Wetenschappers van Berkeley Lab gebruikten titaniumbundels om atomen van element 116 te creëren. Dit vertegenwoordigt niet alleen een nieuwe manier om ultrazeldzame elementen te maken, maar het is ook een proof of concept dat ze binnenkort misschien het nog te ontdekken element 120 kunnen maken, dat mogelijk stabiel is.
Het periodiek systeem rangschikt de elementen op basis van hun atoomnummer, dat is het aantal protonen in de kern van het atoom van elk element. Hoewel de eerste 94 elementen op de lijst allemaal in de natuur voorkomen, kunnen elementen die zwaarder zijn dan deze alleen in een laboratorium worden gemaakt door bestaande elementen samen te smelten.
Op papier klinkt dit relatief eenvoudig: als je een element met een specifiek atoomnummer wilt, fuseer dan gewoon twee andere elementen met hetzelfde totale aantal protonen. Om bijvoorbeeld het element ogan te creëren, dat 118 protonen heeft, schieten wetenschappers doorgaans een straal calcium (met 20 protonen) op een doelwit gemaakt van californium (dat 98 protonen heeft).
Dit is hoe de superzware elementen 112 tot en met 118 oorspronkelijk werden gesynthetiseerd. Er wordt verwacht dat er meer elementen buiten de randen van het periodiek systeem zullen zijn, maar helaas is Californië het zwaarste element dat als doelwit kan worden gebruikt - de volgende elementen zijn allemaal te onstabiel.
Dus als je het doel niet kunt veranderen, verander dan het projectiel. Dat is wat het Berkeley Lab-team nu heeft gedaan door de straal van calcium naar titanium, dat 22 protonen heeft, te versterken, waardoor er twee extra protonen ontstaan. Dit doen is echter niet zo eenvoudig als het klinkt.
Ten eerste vereist het proces titanium-50, een zeldzame isotoop die slechts ongeveer 5% uitmaakt van het totale natuurlijk voorkomende titanium op aarde. De titanium-50 wordt vervolgens verwarmd in een gespecialiseerde oven, waardoor de temperatuur wordt verhoogd tot bijna 3000 ° F (1649 ° C), waardoor het titanium verdampt. Een ionenbron creëert een geladen titaniumplasma, dat vervolgens wordt gemanipuleerd tot een straal die op een doel wordt afgevuurd.
Dit was de eerste keer dat een titaniumstraal werd gebruikt in een soortgelijk experiment, dus om te testen of het werkte, vuurde het team het af op een doelwit gemaakt van plutonium, dat 94 protonen heeft. Dit resulteerde in element 116, "Vis". En ja hoor, het team ontdekte dit ongrijpbare element, zij het zeer zelden: er werden slechts twee atomen geproduceerd tijdens de 22 dagen van experimenten.
Met dit proof-of-concept in de hand is het team nu van plan om titaniumbundels te gebruiken om naar het hypothetische element 120 te zoeken. Dit kan worden bereikt door titanium op een Californië-doel af te vuren - hoewel dit naar verwachting zeldzamer zal zijn.
"We denken dat het ongeveer tien keer zo lang zal duren om er 120 te maken dan om er 116 te maken", zegt Reiner Kruecken, directeur van de afdeling Nucleaire Wetenschappen van Berkeley Lab. "Het zal niet makkelijk zijn, maar het lijkt nu wel haalbaar."
Er wordt voorspeld dat als element 120 wordt ontdekt, het een aardalkalimetaal (of "Unbinilium") zal zijn en zich zal voegen bij het eveneens onontdekte element 119 in de momenteel lege achtste rij van het periodiek systeem.
Maar het meest opwindende is dat Element 120 zich waarschijnlijk op een ‘eiland van stabiliteit’ zal bevinden. Superzware elementen hebben doorgaans een korte halfwaardetijd, wat betekent dat ze binnen milliseconden vervallen, waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn en in principe onmogelijk te gebruiken voor enig praktisch doel. Er wordt echter voorspeld dat bepaalde isotopen van deze elementen precies het juiste aantal neutronen kunnen hebben om het hele proces in evenwicht te brengen, waardoor het minuten of zelfs dagen stabiel blijft. Als dat zo is, zou Element 120 het nuttigste nieuwe element kunnen worden dat in lange tijd is gemaakt.
Onderzoekers zouden al in 2025 met experimenten kunnen beginnen, hoewel het nog enkele jaren kan duren voordat atomen van element 120 worden geproduceerd.
Het onderzoek is ingediend bij het tijdschrift Physical Review Letters.