Strona głównaPytania → Stabilność pierwiastków transuranowych

Stabilność pierwiastków transuranowych

Pytanie

Pyta Bartosz

Mam pytanie odnośnie tzw. wyspy stabilności pierwiastków transuranowych. Pamiętam jak w wielu publikacjach z lat 80-tych przypuszczano, że trwałe pierwiastki pojawią się ok. liczby atomowej 112. Obecnie już przekroczono tą wartość w nowo wytworzonych pierwiastkach, ale dalej są one bardzo nietrwałe. Czy „wyspa stabilności” została przesunięta? Czy nowe teorie przewidują w ogóle trwałość pierwiastków przy określonej liczbie atomowej?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Już w latach pięćdziesiątych pojawiły się pierwsze przewidywania co do możliwości istnienia w przyrodzie bardzo ciężkich pierwiastków. Termin „wyspa stabilności” pojawił się w latach sześćdziesiątych. Zaczęto wtedy także poszukiwać takich pierwiastków w szeroko pojętej przyrodzie: w widmach gwiazd, w materiałach przyniesionych przez meteoryty, czy w ziemskich minerałach. Do tej pory nie przyniosły one pozytywnych rezultatów, ale są nadal prowadzone. Natomiast bardziej skuteczne okazało się wytwarzanie nowych pierwiastków w laboratoriach, w zderzeniach przyspieszonych jąder. Jednak tak wytwarzane izotopy mają krótkie czasy życia — od mikrosekund do godzin.

Dziś częściej można usłyszeć bezpieczniejszy termin „wyspa podwyższonej stabilności”. Okazuje się bowiem, że pierwiastki superciężkie istnieją dzięki tzw. efektom powłokowym, czyli specyficznej strukturze wewnętrznej jąder. Na podobnej zasadzie jak w powłokach atomu pewne kombinacje obsadzeń elektronów prowadzą do powstania gazów szlachetnych, w jądrach atomowych wyróżniamy tzw. liczby magiczne (2, 8, 20, 28, 50, 82, …). Ponieważ w jądrze mamy protony i neutrony, najbardziej wyróżnione będą te izotopy, które są podwójnie magiczne. Ostatnie znane takie jądro to ołów-208 (82 protony, 126 neutronów). Ale taka magiczność nie oznacza koniecznie, że dane jądro będzie stabilne. Jedyne co na pewno można powiedzieć, to to, że jest ono bardziej stabilne niż jego sąsiedzi — czyli jądra w których dodamy lub usuniemy kilka protonów lub neutronów.

Obecne przewidywania teoretyczne najczęściej mówią, że następną magiczną liczbą powinno być 114 dla protonów i 184 dla neutronów. Jeżeli spojrzymy na to jakie jądra superciężkie potrafimy wytwarzać, to okaże się, że najwięcej neutronów mają nuklidy oganesson-294 (118 protonów, 176 neutronów) i tennessin-294 (117 protonów, 177 neutronów). Oznacza to, że wytwarzane jądra mają wciąż za mało neutronów aby osiągnąć wyspę stabilności. We wszystkich izotopach pierwiastków superciężkich czasy życia zdecydowanie rosną wraz ze zwiększającą się liczbą neutronów. Najdłuższe czasy połowicznego zaniku dla znanych jąder superciężkich sięgają doby (np. dubnium-270 – 23 godziny).

Czy oznacza to, że istnieją izotopy stabilne lub bardzo długo żyjące tych pierwiastków? Tego wciąż nie wiadomo. Modele teoretyczne są bardzo rozbieżne w swoich przewidywaniach. Bardziej pesymistyczne oceniają najdłuższe czasy życia na sekundy, ale inne dają szansę na miliony czy miliardy lat. Na razie staramy się krok po kroku weryfikować te przewidywania i wytwarzać coraz cięższe jądra.