Ö av stabilitet

De kemiska grundämnena utöver bly är radioaktiva och har inga stabila isotoper. Det innebär att de kommer att sönderfalla till andra grundämnen. Med undantag för plutonium är deras halveringstid i storleksordningen flera minuter till sekunder. Det finns en teori inom fysiken som säger att efter ett antal grundämnen med kort halveringstid kommer det att finnas andra med längre halveringstid. Dessa är allmänt kända som stabilitetsöar. Dessa grundämnen förväntas ha isotoper med halveringstider på flera minuter. Hypotesen är att atomkärnan är uppbyggd i "skal" på ett sätt som liknar strukturen hos de mycket större elektronskalen i atomer. I båda fallen är skalen bara grupper av kvantenerginivåer som ligger relativt nära varandra. Energinivåer från kvanttillstånd i två olika skal kommer att skiljas åt av ett relativt stort energigap. Så när antalet neutroner och protoner helt fyller energinivåerna i ett visst skal i kärnan kommer bindningsenergin per nukleon att nå ett lokalt maximum och därmed kommer den särskilda konfigurationen att ha en längre livslängd än närliggande isotoper som inte har fyllda skal.

Ett fyllt skal skulle ha "magiska tal" av neutroner och protoner. Ett möjligt magiskt neutronantal för sfäriska kärnor är 184, och några möjliga matchande protonantal är 114, 120 och 126 - vilket skulle innebära att de mest stabila sfäriska isotoperna skulle vara Flerovium-298, unbinilium-304 och unbihexium-310. Särskilt intressant är Ubh-310, som skulle vara "dubbelt magisk" (både dess protonnummer 126 och neutronnummer 184 tros vara magiska) och därmed den mest sannolika att ha en mycket lång halveringstid. (Den nästa lättare dubbelt magiska sfäriska kärnan är bly-208, den tyngsta stabila kärnan och mest stabila tungmetallen).

Ny forskning tyder på att stora kärnor deformeras, vilket gör att magiska tal förskjuts. Hassium-270 tros nu vara en dubbelt magiskt deformerad kärna, med deformerade magiska nummer 108 och 162. Den har dock en halveringstid på endast 3,6 sekunder.

Isotoper har producerats med tillräckligt många protoner för att planteras på en stabil ö, men med för få neutroner för att ens placeras på öns yttre "stränder". Det är möjligt att dessa grundämnen har ovanliga kemiska egenskaper och att de, om de har isotoper med tillräcklig livslängd, skulle vara tillgängliga för olika praktiska tillämpningar (t.ex. som mål för partikelacceleratorer och även som neutronkällor).

Periodiskt system med grundämnen färgade enligt halveringstiden för deras mest stabila isotop.       Stabila grundämnen.      Radioaktiva grundämnen med halveringstider på över fyra miljoner år.      Halveringstider mellan 800 och 34 000 år.      Halveringstider mellan 1 dag och 103 år.      Halveringstider mellan en minut och en dag.      Halveringstider på mindre än en minut.Zoom
Periodiskt system med grundämnen färgade enligt halveringstiden för deras mest stabila isotop.       Stabila grundämnen.      Radioaktiva grundämnen med halveringstider på över fyra miljoner år.      Halveringstider mellan 800 och 34 000 år.      Halveringstider mellan 1 dag och 103 år.      Halveringstider mellan en minut och en dag.      Halveringstider på mindre än en minut.

Frågor och svar

F: Vilka element är bortom bly?


S: Elementen bortom bly är radioaktiva och har inga stabila isotoper.

F: Vilken teori inom fysiken förklarar varför vissa grundämnen har längre halveringstid?


S: Enligt fysikens teori kommer det efter ett antal grundämnen med kort halveringstid att finnas andra med längre halveringstid, så kallade stabilitetsöar. Detta beror på att när antalet neutroner och protoner fullständigt fyller energinivåerna i ett visst skal i kärnan kommer bindningsenergin per nukleon att nå ett lokalt maximum och därmed kommer den särskilda konfigurationen att ha en längre livslängd än närliggande isotoper.

F: Vilka är de magiska siffrorna för sfäriska kärnor?


Svar: Magiska nummer för sfäriska kärnor är neutronerna 184 och protonerna 114, 120 och 126. Detta skulle innebära att de mest stabila sfäriska isotoperna skulle vara flerovium-298, unbinilium-304 och unbihexium-310.

F: Tror man att hassium-270 är dubbelt magiskt?


Svar: Ja, Hassium-270 tros vara en dubbelt magisk deformerad kärna, med deformerade magiska nummer 108 och 162.

F: Hur lång är dess halveringstid?


S: Halveringstiden är 3,6 sekunder.

F: Finns det några praktiska tillämpningar för dessa grundämnen?


Svar: Ja, om de har isotoper med lämplig livslängd skulle de kunna användas för olika praktiska tillämpningar, t.ex. som mål för partikelacceleratorer eller som neutronkällor.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3