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Chemie: Beweise für eine neue nukleare "magische Zahl"

Anonim

Die Forscher sind dem Verständnis instabiler Atomkerne einen Schritt näher gekommen. Ein Team von Forschern von RIKEN, der Universität von Tokio und anderen Institutionen in Japan und Italien hat Beweise für eine neue nukleare magische Zahl im instabilen, radioaktiven Calciumisotop 54Ca geliefert. In einer heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie zeigen sie, dass 54Ca der erste bekannte Kern mit 34 Neutronen (N) ist, wobei N = 34 eine magische Zahl ist.

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Die Protonen und Neutronen im Inneren des Atomkerns weisen ähnliche Schalenstrukturen auf wie Elektronen in einem Atom. Für natürlich stabile Kerne füllen sich diese Kernschalen vollständig, wenn die Anzahl der Protonen oder die Anzahl der Neutronen gleich den "magischen" Zahlen 2, 8, 20, 28, 50, 82 oder 126 ist.

Es wurde jedoch kürzlich gezeigt, dass die traditionellen magischen Zahlen, die einst für alle Kerne als robust und allgemein üblich galten, sich in instabilen, radioaktiven Kernen mit einem großen Ungleichgewicht von Protonen und Neutronen ändern können. In der aktuellen Studie von David Steppenbeck vom Center for Nuclear Study der Universität Tokio konzentrierte sich das Forscherteam auf 54Ca, das in seinem Kern 20 Protonen und 34 Neutronen hat. Sie konnten diesen Kern dank der Radioaktiven Isotopenstrahl-Fabrik (RIBF) bei RIKEN untersuchen, die die radioaktivsten Strahlen mit der höchsten Intensität der Welt produziert.

In ihrem Experiment wurde ein radioaktiver Strahl aus Scandium-55- und Titan-56-Kernen, die sich mit etwa 60% der Lichtgeschwindigkeit bewegten, ausgewählt und durch den BigRIPS-Fragmentseparator, einen Teil des RIBF, gereinigt. Der radioaktive Strahl wurde auf ein Reaktionsziel aus Beryllium fokussiert. In diesem Target fand eine Projektilfragmentierung der 55Sc- und 56Ti-Kerne statt, die zahlreiche neue radioaktive Kerne, einige in angeregten Zuständen, erzeugten. Die Forscher maßen die Energie der γ-Strahlen, die von angeregten Zuständen der radioaktiven Kerne emittiert wurden, unter Verwendung einer Anordnung von 186 Detektoren, die das Reaktionsziel umgeben.

Die Ergebnisse des Experiments zeigen, dass der erste angeregte Zustand von 54Ca bei einer relativ hohen Energie liegt, was charakteristisch für einen großen Spalt in der Kernhülle ist. Dies bedeutet, dass N = 34 in 54Ca eine neue magische Zahl ist, wie von der Universität Tokio vorhergesagt Die Forscher konnten anhand eines detaillierteren Vergleichs zur Kerntheorie zeigen, dass die magische Zahl N = 34 ebenso signifikant ist wie einige andere Lücken in der Kernhülle.

"Unsere neue Messung liefert wichtige Daten für das Verständnis von neutronenreichen Kernen und wird dazu beitragen, die Behandlung nuklearer Kräfte in Systemen weit von der Stabilität abzugrenzen", erklärt David Steppenbeck.

"Die Anreicherung unseres Wissens über die Strukturen hochgradig instabiler Kerne und die Nukleon-Nukleon-Kräfte, die die Entwicklung der Kernhülle und das Auftreten oder Verschwinden der nuklearen magischen Zahlen in radioaktiven Kernen vorantreiben, spielt eine wichtige Rolle beim Verständnis astrophysikalischer Prozesse wie der Nukleosynthese in Sternen." er addiert.

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Geschichte Quelle:

Materialien von RIKEN zur Verfügung gestellt . Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.


Zeitschriftenreferenz :

  1. D. Steppenbeck, S. Takeuchi, N. Aoi, P. Doornenbal, M. Matsushita, H. Wang, H. Baba, N. Fukuda, S. Go, M. Honma, J. Lee, K. Matsui, S. Michimasa, T. Motobayashi, D. Nishimura, T. Otsuka, H. Sakurai, Y. Shiga, P.-A. Söderström, T. Sumikama, H. Suzuki, R. Taniuchi, Y. Utsuno, J. J. Valiente-Dobón, K. Yoneda. Beweise für eine neue nukleare "magische Zahl" aus der Level-Struktur von 54Ca . Natur, 2013; 502 (7470): 207 DOI: 10.1038 / nature12522