کشف عنصر 120ام پس از موفقیت در استفاده از پرتو تیتانیوم ممکن به‌نظر می‌رسد!

دانشمندان آزمایشگاه برکلی از پرتو تیتانیوم برای ساخت اتم‌ 116ام جدول تناوبی استفاده کرده‌اند. استفاده از این پرتو نه‌تنها روشی جدید برای ساخت عناصر فوق‌العاده کمیاب است، بلکه به عنوان یک اثبات امکان‌پذیری نشان می‌دهد که به‌زودی ممکن است بتوانند به کمک آن، عنصر 120ام که هنوز کشف نشده و ممکن است پایدار باشد را ایجاد کنند.

جدول تناوبی عناصر بر اساس عدد اتمی آنها یا تعداد پروتون‌هایی که هر عنصر در هسته خود دارد مرتب شده است. در حالی که 94 عنصر اول در طبیعت یافت می‌شوند، عناصر سنگین‌تر آن، تنها با ترکیب عناصر موجود با یکدیگر در آزمایشگاه ایجاد شده‌اند.

روی کاغذ این فرآیند نسبتاً ساده به نظر می‌رسد؛ اگر عنصری با یک عدد اتمی خاص می‌خواهید، کافیست دو عنصر دیگر را که مجموع تعداد پروتون‌هایشان به همان عدد می‌رسد، به هم بچسبانید! به عنوان مثال، برای ساخت عنصر اوگانسون که دارای 118 پروتون است، دانشمندان معمولاً یک پرتو کلسیم (با 20 پروتون) را به سمت هدفی ساخته‌شده از کالیفرنیوم (با 98 پروتون) شلیک می‌کنند.

شلیک پرتو کلسیم به اهداف مختلف، روشی بود که عناصر فوق سنگین 112 تا 118 برای اولین بار با کمک آن سنتز شدند. انتظار می‌رود عناصر بیشتری فراتر از لبه جدول تناوبی قرار گیرند، اما متأسفانه از آنجا که عناصر بعدی بسیار ناپایدار هستند، کالیفرنیوم سنگین‌ترین عنصری است که می‌تواند به عنوان هدف مورد استفاده قرار گیرد!

بنابراین، اگر نمی‌توانیم هدف را تغییر دهیم، باید به سراغ عوض کردن پرتابه بریم. این دقیقا همان کاری است که تیم آزمایشگاه برکلی در این پروژه انجام داده است، با تغییر پرتو از کلسیم به تیتانیوم که دارای 22 پروتون است دو پروتون اضافی به‌دست می‌آورد. البته انجام این کار به‌سادگی که به‌نظر می‌رسد نیست@

اول، این فرآیند به تیتانیوم-50 نیاز دارد، یک ایزوتوپ کمیاب که تنها حدود 5 درصد از کل تیتانیوم طبیعی روی زمین را تشکیل می‌دهد. سپس در یک فِر مخصوص گرم شده که دمای آن را به تقریباً 3000 درجه فارنهایت (1649 درجه سانتیگراد) می‌رساند که در نهایت باعث تبخیر تیتانیوم می‌شود. سپس یک منبع یونی از این سیال یک پلاسمای تیتانیوم باردار تولید می‌کند که می‌تواند به‌صورت یک پرتو درآمده و در نهایت به سمت هدف شلیک شود.

این اولین بار است که از پرتو تیتانیوم در آزمایشی از این نوع استفاده می‌شود. برای بررسی اینکه آیا این روش ممکن است یا نه، محققان ابتدا آن را به سمت هدفی ساخته شده از پلوتونیوم شلیک کردند که فقط 94 پروتون دارد. این برخورد قرار بود منجر به تولید عنصر 116ام، یعنی لیورموریوم، شد. هرچند به مقدار بسیار کم و تنها دو اتم از این ماده در یک آزمایش 22 روزه تولید شد، اما محققان توانستند با ضریب اطمینان بالا این عنصر نادر را شناسایی کنند.

با وجود اثبات امکان‌پذیر بودن، این تیم تحقیقاتی اکنون قصد دارند از پرتو تیتانیوم برای جستجوی عنصر فرضی 120ام استفاده کنند. این کار می‌تواند با شلیک تیتانیوم به یک هدف کالیفرنیوم انجام شود، هرچند انتظار می‌رود این فرآیند حتی از آزمایش قبلی نادرتر باشد.

راینر کروکن، مدیر بخش علوم هسته‌ای آزمایشگاه برکلی، گفت:

ما فکر می‌کنیم حدود 10 برابر بیشتر از به عنصر 116ام طول خواهد کشید تا عنصر 120ام را سازیم. کار آسانی نیست، اما اکنون ممکن به‌نظر می‌رسد!

اگر این عنصر کشف شود، پیش‌بینی شده است که عنصر 120 (یا Unbinilium، به عنوان نام موقتی آن) یک فلز خاکی قلیایی باشد و در ردیف هشتم جدول تناوبی که در حال حاضر خالی است، در کنار عنصر کشف نشده 119 قرار گیرد.

اما هیجان‌انگیزتر از همه این است که عنصر 120 به یک احتمال قوی در “جزیره ثبات” قرار خواهد گرفت یعنی عناصری فوق سنگین که معمولاً نیمه عمر بسیار کوتاهی دارند و در عرض چند میلی‌ثانیه از بین می‌روند. نیمه‌عمر کوتاهشان مطالعه عناصر این جزیره را دشوار و  استفاده‌ی آن‌ها را در دنیای واقعی غیرعملی می‌کند اما پیش‌بینی شده است که برخی از ایزوتوپ‌های این عناصر ممکن است تعداد مناسبی از نوترون‌ برای متعادل کردن کل ساختارشان را داشته باشند و آن‌ها را برای چند دقیقه یا حتی چند روز تثبیت کنند. اگر چنین باشد، عنصر 120 می‌تواند مفیدترین عنصر جدید ایجاد شده در طول یک مدت زمان طولانی باشد.

محققان می‌توانند آزمایش‌ها را در اوایل سال 2025 آغاز کنند، اگرچه ممکن است چند سال طول بکشد تا هر اتم عنصر 120ام تولید شود.

این تحقیق برای بررسی به مجله Physical Review Letters ارسال شده است.

منبع: Newatlas