Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 344

Nový prvek 118 - oganesson

Když se podaří objevit nový chemický prvek, bývá pojmenován buď po svých vlastnostech (např. radium - dostalo jméno podle latinského radius (paprsek), protože zářilo) nebo na základě návrhu objevitele po zemi (polonium na počest Polska, rodné země Marie Curie) či místu naleziště (yttrium, erbium, terbium, ytterbium podle obce Ytterby), případně na počest některého zasloužilého chemika z historie (např. mendělevium podle Dimitrije Mendělejeva). Donedávna nikdy nebyl nový prvek pojmenován po dosud žijícím člověku. Donedávna... Redaktor Richard Grey z časopisu New Scientist zpovídá ruského jaderného fyzika Jurije Oganesjana (v anglickém přepisu Yuri Oganessian), který je jedinou žijící osobou, po níž byl pojmenován nový prvek. Čtěte nejen rozhovor, ale i vysvětlující poznámky pod článkem.

Fotogalerie (2)
Závislost stability jader na počtu protonů a neutronů (Zdroj: Wikimedia Commons)

Jste první žijící osoba, po které je pojmenován prvek...

Je to pro mne velká čest. Prvek 118 byl objeven v ruském Joint Institute for Nuclear Research (Spojený ústav jaderných výzkumů, Dubna) a v americké Lawrence Livermore National Laboratory. A moji kolegové navrhli, aby se jmenoval po mně. Když jsem začínal, obsahovala periodická tabulka 101 prvků. Dnes doplňuje 118. prvek sedmou řadu tabulky. Od nástupu do Flerovovy laboratoře ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně jsem většinou pracoval na tvorbě prvků, a proto jsem jich pomáhal objevit více. Bylo to v těsné spolupráci s Američany, a to i v době studené války.

Jak se objevují supertěžké prvky?

S velkými obtížemi. Aby atom mohl existovat, potřebuje mít jádro, ve kterém jsou přitažlivé a odpudivé síly vyrovnány. K  tomu napomáhá „magické číslo“ protonů a neutronů. Nové prvky se tvoří urychlováním atomů na desetinu rychlosti světla a jejich srážením. Při kolizi atomů je jen nepatrná naděje, že se spojí a vytvoří supertěžké jádro. Těžší atomy vyžadují větší podíl neutronů oproti protonům, takže k vytvoření supertěžkého prvku z atomů, které spojíte dohromady, je rovněž zapotřebí přebytek neutronů. Problém spočívá v získávání surovin. Využívá se vápník 48 (48Ca), který je ale velmi vzácný a drahý. Jeden gram ho stojí 200 000 dolarů. Rovněž tvorba terčového materiálu je pomalá, například berkelia 97: naši spolupracovníci v USA vyprodukovali pouze 22 miligramů terčového materiálu 97Bk. Stalo se tak až po roce bombardování jiných izotopů berkelia neutrony v jaderném reaktoru.

Jakou mají supertěžké prvky životnost a kam až dospěje tabulka prvků?

Tyto prvky jsou velmi nestálé. Uměle vyrobený prvek s nejdelším poločasem rozpadu je prvek 112 s poločasem rozpadu 29 s. U prvku 114 jsou to 2,6 sekundy a u prvku 116 jen 60 milisekund, u prvku 118 asi 0,9 milisekundy. A jak postupujeme k větším supertěžkým atomům, je stále obtížnější je připravit. Prvku 118 se v současné době vyrobí jen jeden atom za měsíc. Počet prvků musí zde být limit. Když se kladný náboj jádra bude zvyšovat, bude se zvyšovat i rychlost elektronů, takže se přiblíží až k rychlosti světla. A dnes už jsme velmi blízko. Například elektrony prvku 112 se pohybují rychlostí sedmi desetin rychlosti světla. A když se rychlost elektronů přiblíží k rychlosti světla, jejich hmotnost se přiblíží hmotnosti protonů a pak se mohou změnit i chemické vlastnosti atomu.

Mohl by se prvek 118 teoreticky stát vzácným plynem?

Pravděpodobně se tak nestane, protože by to znamenalo konec periodicity, jak ji známe dnes. V současné době usilujeme zjistit, jak vůbec pracovat s prvkem 118, když má poločas rozpadu kratší než je 1 milisekunda. Chceme prozkoumat chemické vlastnosti nejnovějších supertěžkých prvků, zejména jejich periodicitu. K tomu jich potřebujeme vyprodukovat co nejvíce. Za tím účelem se plánuje výstavba nového závodu, který se bude jmenovat Superheavy Element Factory. Američtí kolegové zdokonalí svůj reaktor, aby produkoval více terčového materiálu, v Dubně zase postavíme nový urychlovač a nový experimentální stroj.

Proč jsou supertěžké prvky důležité?

Podle mne to souvisí s řešením základních otázek atomové fyziky, ale i astrofyziky. Vezměme si neutronovou hvězdu. Může mít průměr 20 km, ale má stejnou hmotnost jako Slunce. Skládá se z velmi hutné neutronové hmoty: když v ní proniknete do hloubky 2 km, najdete materiál o stejné hustotě, jakou má atomové jádro. Je to jakási polévka z neutronů, méně protonů a z velmi těžkého jádra bohatého na neutrony. V současné době se chci blíže podívat na vrchol „ostrova stability“. Teoretici předpovídají určité supertěžké atomy s určitými počty protonů a neutronů, které by měly být velmi stabilní. Máme „kontinent“ stabilních prvků, který končí olovem, prvkem 82. Když pokračujeme dále k prvkům těžším, než je olovo, následuje „poloostrov“, obsahující prvky jako uran a thorium, které jsou radioaktivní a po určité době se rozpadají na lehčí prvky. Odpudivost kladně nabitých protonů brání tvorbě velkých jader a vede nás do hlubokých vod „moře nestability“, kde se atomy rozpadají ještě rychleji. Vypadá to jako konec materiálního světa, ale já si to nemyslím.

Ostrov stability je kontroverzní myšlenka. Může existovat?

Kdyby neexistoval, pak bychom nemohli syntetizovat prvky, které jsou těžší než prvek 112. Jejich životnost je velmi krátká, ale když se přidají neutrony do jádra těchto atomů, doba života se jim prodlužuje. Po přidání osmi neutronů do nejtěžších známých izotopů prvků 110, 111, 112 a dokonce 113, se zvyšuje jejich životnost asi stotisíckrát. Je tomu tak proto, že se dostáváme do vnitrozemí ostrova stability. Domnívám se, že jsme na pevné zemi, ale stále ještě daleko od vrcholu ostrova, kde mohou mít atomy životnost snad až milionů let. Budeme potřebovat nová zařízení, abychom toho dosáhli.

Podle: Breaking the periodic table. New Scientist, 2017, č. 3121, s. 40 – 41

Poznámka 1: Co je Ostrov stability

Ostrov stability je v jaderné fyzice předpověď skupiny těžkých izotopů s počtem nukleonů blízkým magickým číslům, která zvrátí trend klesající stability chemických prvků těžších než uran. Odhady poločasu přeměny prvků v ostrovu stability jsou obvykle minuty či dny, některé optimistické odhady však uvádějí až miliony let. Ačkoli teorie existuje již od 60. let, existence takovýchto supertěžkých relativně stabilních izotopů dosud nebyla prokázána. Podobně jako další supertěžké izotopy se ani ty, které by se měly nacházet v ostrovu stability, nevyskytují v přírodě, a proto musejí být vytvářeny uměle při jaderných reakcích. Žádná taková reakce však zatím nebyla úspěšná.

(Zdroj: Wikipedie)

Poznámka 2: Jak vyrobit oganesson, prvek 118

Vznikl reakcí 24998 Cf  +  4820 Ca →  294118 Og + 3  10 n

Vědci posílali z urychlovače svazek iontů vápníku 48 na terčík atomů kalifornia 249 za účelem vytvořit přechodně hrstku atomů představujících prvek s protonovým číslem 118. Jádra těchto atomů mají celkem 294 nukleonů (součet protonů a neutronů). Experiment se zdařil, byly pozorovány tři takové atomy. Po vyslání 2.1010 zmíněných vápníkových projektilů na terčík byl objeven jeden atom prvku 118 v roce 2002 a dva další takové atomy v roce 2005. Podle Kena Moodyho, fyzika z Livermorovy laboratoře, byly zmíněné tři události dobře prostudovány a podíl statistické chyby je menší než setina procenta. Jak je ale při zkoumání velkého počtu srážek (např. 1019 ) možné zjistit, že byl nalezen nový prvek? Fyzikové to mohou určit díky jasné a jedinečné rozpadové řadě, kde se emitují výhradně alfa částice, což jsou balíčky sestávající ze dvou protonů a dvou neutronů. V našem případě se jádro prvku 118 při rozpadu přemění na jádro prvku 116 (tímto způsobem samo objeveno poprvé), potom na prvek 114 a nakonec na prvek 112, kdy jsou vysílány (neboli emitovány) už zmíněné detekované částice alfa. (Zdroj: Fyzweb)

Poznámka 3: Potvrzení a vlastnosti oganessonu

Oganesson byl potvrzen detekcí rozpadu alfa jeho jader na lawrencium 290116 Lv. V prosinci 2015 potvrdila Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii IUPAC  splnění kritérií pro prokázání objevu nového prvku a vyzvala objevitele k navržení konečného názvu a značky. Navržený název oganesson a značka Og jsou v souladu s názvoslovným doporučením IUPAC a ctí tradiční příponu vzácných plynů. 28. listopadu 2016 byl schválen.

Bez ohledu na nestabilitu způsobenou radioaktivitou očekávají vědci následující vlastnosti: Oganesson bude reaktivnější než xenon či radon a bude tvořit stabilní oxidy (např. OgO3), chloridy nebo fluoridy. Je to v důsledku jeho elektronové konfigurace, která, ač je uzavřena stabilním elektronovým oktetem, obsahuje valenční sféru v nepoměrně větší vzdálenosti od jádra, než je tomu u předchozího vzácného plynu. Tím je vyvolána menší soudržnost jádra a obalu (a tím i menší ionizační energie pro elektrony ve valenční sféře). Pokud by se oganesson vyskytoval ve větším množství v přírodě a pokud by tvořil stabilní oxid, bude se nacházet převážně jako oxidický minerál, nikoli jako plyn.

(Zdroj: Wikipedia)

Václav Vaněk
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Jak mohou roboti zneužít naši důvěřivost

Roboti se stávají čím dál rychleji součástí našich všedních životů. Proto bychom neměli podceňovat jejich vliv na společnost a možná bezpečnostní rizika, která jejich začleňování do běžného života přinese.

Alfred Werner a milník v dějinách chemie

K letošnímu stému výročí úmrtí zakladatele komplexní chemie Alfreda Wernera přinášíme jeho životopis i zajímavosti o vzniku nového vědního oboru anorganické chemie.

Profesoři laserové fúze - Bruecker a Siegel

O soukromém úsilí v oblasti termojaderné fúze jsme již psali vícekrát. O prvním „soukromníkovi“ zatím ani jednou. Poslyšte příběh, který měl dva konce. Dobrý a špatný. Vůbec prvními fúzními podnikateli byli Americký fyzik Keith Brueckner a podnikatel Kip Siegel.

Den otevřených dveří na MatFyz

dne 21.11.2019 pořádá Matematicko-fyzikální fakulta UK tradiční Den otevřených dveří. Připravuje opět bohatý program, který probíhá po celý den v budově Matfyzu na Malostranském náměstí 25. Mnoho inspirativního nabídne také učitelům fyziky, matematiky či informatiky.

Vakuum jako na měsíci

Specialitou české pobočky firmy Edwards jsou přístroje pro oblast vědeckého vakua. Firma z Lutína jimi zásobuje celý svět. Díky vývěvám fungují nejpřesnější elektronové mikroskopy na světě či supersilné vědecké lasery.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail