Radyoaktif Uranyumun 40 Yılı Aşkın Bir Süre Sonra Keşfedilen İlk Yeni Ağır İzotopu

Bilim insanları, ağır metalin izotoplarının uzun listesindeki bir boşluğu dolduran Uranyum-241'in ilk kez üretimini duyurdular. Tahminen 40 dakikayla, yarı ömür, süpernovalarda veya kilonovalarda oluşan herhangi bir U-241'in hayatta kalması için çok kısa. Diğer yandan, yarı ömürleri mikro veya nanosaniyeyle ölçülen birçok izotopun aksine, özelliklerini incelemek için yeterince uzun.

Elementler çekirdeklerindeki proton sayısıyla tanımlanır, ancak (hidrojen dışında) bir şeyleri bir arada tutmak için nötronlara da ihtiyaç duyarlar. Elementler, değişen sayıda nötrona sahip olabilir ve bu da, birleştirilmiş proton ve nötron sayıları ile ayırt edilen izotoplar oluşturur. Dolayısıyla, tüm uranyum atomları 92 protona sahiptir ve yeni izotopta 149 nötron bulunur, Dünya'nın doğal uranyum atomlarında ise 146 veya 143 nötron vardır.

Bazı izotoplar kararlıdır, radyasyon bombardımanı tarafından zorlanmadığı sürece asla diğer elementlere bozunmazlar. Uranyumun kararlı izotopları yoktur, ancak U-235 ve U-238'in bozunması o kadar uzun sürer ki, Dünya oluştuğunda mevcut olan bu atomların önemli bir kısmı, küçük miktarlarda U-233, U-234 ve U-236 ile birlikte bugün varlığını sürdürür. Uranyumun diğer tüm izotopları laboratuvarda üretilmek zorundaydı ve bilim insanları yavaş yavaş hangilerinin mümkün olduğunu keşfediyor. Şimdi, yeni bir makalede, Japonya'nın Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Kuruluşu’ndan Dr. Toshitaka Niwase liderliğindeki bir ekip, listeye U-241'i ekledi.

2021’de U-214 üretiminin duyurulması, en az nötron ve dolayısıyla en hafif çekirdeğe sahip uranyum izotopu anlamına geliyordu. Yeni keşfedilen çoğu izotop gibi, yalnızca çok küçük bir süre hayatta kaldı. Yarı ömrünün (bir örnekteki atomların yarısının radyoaktif olarak bozunması için geçen süre) sadece 0,0005 saniye olduğu tahmin ediliyor, ancak bu konuda hala bazı belirsizlikler var - bu süre üç kat daha uzun olabilir.

Uranyum-220 henüz keşfedilmemiş durumda, ancak 241'in üretimiyle birlikte U-242'ye kadar olan diğer tüm izotoplar şimdi yapıldı. Bunların çoğunluğunun yarı ömrü bir saniyeden daha kısa, genellikle çok daha azdır, dolayısıyla U-241'in yarı ömrünün hala ölçülmesi gerekse de 40 dakikalık tahmin, U-238'in 4,5 milyar yılına yakın olmasa da, onu bilinen 28 izotop arasında daha uzun ömürlü olanlardan biri yapar. U-241'in keşfi, 1979'dan bu yana ölçeğin daha ağır ucundaki bir izotopun ilk keşfi.

U-241 bozunduğunda, beta ışınları salar, bu da bol miktarda nötron kaynağından birini bir protona dönüştürür ve aynı bozunma sürecinde plütonyum-241 haline gelmeden önce yaklaşık 14 dakika süren neptünyum-241'i oluşturur.

Niwase ve ortak yazarlar, uranyum-238 ve platin-198 parçacıklarını birlikte ateşlediler ve 19 farklı protaktinyum, uranyum, neptünyum ve plütonyum izotopu ürettiler. Bunlardan on sekizi tanıdıktı, ancak U-241'in atomları, ürünlerin ağırlıklarına göre sıralanmasıyla karışımda bulundu.

U-241'in herhangi bir pratik kullanıma sahip olması pek olası değil. Yavru izotoplarını yapmanın başka yollarına zaten sahibiz ve muhtemelen hiç kimse uranyumun mevcut uygulamalarında kullanılan izotopları böyle bir radyoaktif versiyonla değiştirmek istemez. Platin kullanmak, çıktının çoğunun diğer izotoplar olmasına izin vermeden önce bile pahalı bir üretim süreci yaratır. Bununla birlikte, böylesine ağır bir izotopun davranışını araştırmak, nötron açısından zengin atomların nasıl davrandığına dair anlayışımızı artırabilir.

Çalışma, Physical Review Letters'da yayınlandı.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.