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Dr. Alexander Yeremin (links) und Dr. Robert
Eichler (rechts) vor der Bestrahlungsanlage am U-400 des
Forschungsinstituts in Dubna.
Foto: Paul Scherrer Institut, Villigen
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"Wir sind erfolgreich auf der Insel gelandet",
sagen freudig die Initiatoren des Projekts, Heinz Gäggeler,
Forschungsbereichsleiter am PSI und Chemieprofessor an der Universität
Bern, und Robert Eichler, Leiter der Schwerelementforschung am PSI.
Schon seit einigen Jahren produzieren Physiker am russischen
Kernforschungszentrum Dubna in Kernfusionsreaktionen neue Isotope, die
sie auf Grund ihrer radioaktiven Zerfallseigenschaften der theoretisch
vorhergesagten Insel der superschweren Atomkerne zuordnen. Eine solche
Insel im Periodensystem ist nicht nur durch die Zahl der Protonen
(Ordnungszahl), sondern auch durch die Zahl der Neutronen (Isotope) in
ihren Atomkernen vom Gebiet bekannter Elemente abgesetzt. Doch
bisherige Versuche in den USA, diese Entdeckungen experimentell zu
bestätigen, schlugen fehl. Der Grund liegt darin, dass von den neuen
Elementen sich nur wenige Atome pro Woche herstellen lassen. Sie
werden künstlich an einem Schwerionenbeschleuniger erzeugt, indem
radioaktives Material mit hochenergetischen Strahlen aus Kalzium
bestrahlt wird.
Das internationale Team mit Forschern des PSI und
der Universität Bern hat im Rahmen eines vom Schweizerischen
Nationalfonds unterstützten Projekts nun einen Durchbruch geschafft.
Mitgearbeitet haben auch Wissenschaftler aus dem Dubnaer
Kernforschungszentrum und dem Institut für Elektronische Technologie
in Warschau. Während zwei Monaten wurde in Dubna ein Target aus
Plutonium mit hochintensiven Strahlen aus Kalzium bombardiert. Daraus
bildete sich in einer Kernfusionsreaktion zuerst ein Isotop des
Elements 114 mit der Massenzahl 287, das in weniger als einer Sekunde
in das Isotop 283 des Elements 112 zerfällt. Dessen Halbwertszeit von
4 Sekunden ist aber genügend lang, um chemische Untersuchungen
durchzuführen.
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Die "Insel der
superschweren Elemente" inmitten des "Meers der Instabilität" ?
wie Forscher das Periodensystem sehen: Darstellung der bekannten
Elemente in Form einer Hügelkette. Kernphysikalisch besonders
stabile Elemente sind dargestellt als Bergspitzen. Die
wolkenverhangene Insel ist die seit 40 Jahren theoretisch
vorhergesagte Zone der superschweren Elemente. Der Pfeil zeigt auf
das Element 112, mit dem nun erstmals chemische Untersuchungen
durchgeführt wurden.
Quelle: ©
Departement für Chemie und Biochemie, Universität
Bern |
Experiment mit zwei Atomen gelungen
Mit dem Experiment wollte das Forschungsteam die
Entstehung des neutronenreichen Isotops des Elements 112 in dieser
Kernreaktion erstmals unabhängig bestätigen und das Atom gleichzeitig
chemisch untersuchen. Theoretische Berechnungen sagen für Element 112
ein chemisches Verhalten voraus, das sich zwischen demjenigen von
Quecksilber als einem flüchtigen Schwermetall und demjenigen von Radon
als einem Edelgas bewegt. Der Versuch in Dubna verlief erfolgreich. Am
11. Mai 2006 gegen drei Uhr früh sowie am 25. Mai um halb neun Uhr
morgens Moskauer Zeit gelang es, den Zerfall zweier Atome von Element
112 zu beobachten, wobei die Zerfallscharakteristik eindeutig mit den
bisherigen Beobachtungen übereinstimmte. Die Atome des Elements 112
zerfielen durch Emission eines Alphateilchens in das Isotop des
Elements 110 mit der Massenzahl 279, das etwa eine halbe Sekunde
später durch eine spontane Kernspaltung zerplatzte.
Die gemessene Energie der beiden Bruchstücke aus
der Kernspaltung war wie erwartet erheblich grösser als die
entsprechende Energie aus der bekannten Kernspaltung von Uran, wie sie
in jedem Kernkraftwerk genutzt wird. Interessanterweise verhielten
sich die zwei Atome vom Element 112 im Experiment wie ein flüchtiges
Schwermetall, also ähnlich wie Quecksilber, und nicht wie Radon. Dem
internationalen Forschungsteam ist somit eine erste chemische
Untersuchung auf der Insel der superschweren Elemente gelungen. |
