Bảng tuần hoàn hóa học ngày một thêm đông đúc với sự xuất hiện của các thành viên siêu nặng. Bằng chứng cho sự ra đời nhân tạo của nguyên tố 117 mới thu được gần đây tại Trung tâm Nghiên cứu Ion Nặng GSI Helmholtz, một phòng thí nghiệm máy gia tốc hạt ở Darm-stadt, nước Đức.
Nghiên cứu được thực hiện bởi một đội khoa học quốc tế đứng đầu bởi giáo sư Christoph Düllmann tại GSI, đại học Mainz Johannes Gutenberg, và Viện Mainz Helmholtz. Đội bao gồm 72 nhà khoa học và kĩ sư đến từ 16 trường viện ở Australia, Phần Lan, Đức, Ấn Độ, Nhật Bản, Na Uy, Ba Lan, Thụy Điển, Thụy Sĩ, Anh, và Mĩ.
Các nguyên tố có số nguyên tử trên 104 được gọi là các nguyên tố siêu nặng. Người ta cho rằng những nguyên tố sống dai nhất là thuộc cái gọi là “hòn đảo ổn định”, nơi những hạt nhân với chu kì bán rã dài nhất được tìm thấy. Mặc dù các nguyên tố siêu nặng chưa từng được tìm thấy trong thiên nhiên, nhưng chúng có thể được tạo ra bằng cách bắn những chùm hạt nhân đã gia tốc vào những hạt nhân bia nặng nhất. Sự hợp nhất hai hạt nhân – một sự kiện rất hiếm – thỉnh thoảng tạo ra một nguyên tố siêu nặng. Những nguyên tố đó hiện nay thường chỉ xuất hiện trong một khoảng thời gian ngắn. Những báo cáo ban đầu về việc khám phá ra một nguyên tố với số nguyên tử 117 đã được công bố hồi năm 2010 từ một nhóm hợp tác Nga-Mĩ làm việc tại Liên Viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Dubna, Nga.
Là một chương trình hợp tác quốc tế sâu rộng, phép đo mới này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa sức mạnh máy gia tốc và dò hạt tại GSI ở Đức với năng lực sản xuất và phân tách đồng vị actinide có một không hai tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) ở Mĩ. Vật liệu đặc biệt làm bia berkelium, cần thiết cho sự tổng hợp nguyên tố 117, được tạo ra trong một chiến dịch kéo dài 18 tháng. Điều này đòi hỏi sự chiếu xạ neutron mạnh tại Lò phản ứng Đồng vị Thông lượng Cao thuộc ORNL, sau đó là quá trình phân tách và tinh lọc hóa học tại Trung tâm Phát triển Kĩ thuật Hóa Xạ thuộc ORNL. Khoảng 13 mili gam đồng vị tinh khiết Bk-249, bản thân nó phân hủy với chu kì bán rã 330 ngày, đã được chuyển đến trường Đại học Mainz. Tại đó, đồng vị mới lạ được chuyển làm bia, có khả năng chịu được những chùm ion calcium năng lượng cao đến từ máy gia tốc GSI. Các nguyên tử của nguyên tố 117 được tách li khỏi số lượng khổng lồ các sản phẩm phản ứng hạt nhân khác trong Thiết bị Hóa Phân tích TransActinide và được nhận dạng qua sự phân hủy phóng xạ của chúng. Những chuỗi phân rã alpha đã được đo này tạo ra các đồng vị nguyên tố nhẹ hơn với số nguyên tử 115 và 103 mà sự hiện diện của chúng bổ sung thêm bằng chứng rằng người ta đã quan sát thấy nguyên tố 117.
Bên trong máy gia tốc thẳng dài 120 m tại GSI, thiết bị gia tốc các ion calcium để tạo ra nguyên tố 117.
Trong các chuỗi phân rã, cả kênh phân rã alpha đã biết trước đây ở Db-270 (dubnium – nguyên tố 105_ và đồng vị mới Lr-266 (lawrencium – nguyên tố 103) đều được nhận dạng. Với chu kì bán rã lần lượt khoảng 1 giờ và khoảng 11 giờ, chúng là những đồng vị siêu nặng sống thọ nhất từng được biết cho đến nay. Vì những sự kiện nền không mong muốn cũng có mặt trong mọi thí nghiệm nguyên tố siêu nặng, nên một đồng vị sống càng lâu bao nhiêu thì càng khó nhận dạng nó một cách tin cậy bấy nhiêu. Thí nghiệm hiện nay, với sự nâng cấp đáng kể nhằm tách loại những sản phẩm nền không mong muốn và do đó cho phép nhận dạng nhạy hơn với các nguyên tố siêu nặng, chứng minh rằng việc nhận dạng đáng tin cậy bây giờ là có thể thực hiện được.
Nguyên tố 117 chưa được đặt tên: một ủy ban gồm các thành viên thuộc Hiệp hội Quốc tế Hóa học và Hóa học Ứng dụng sẽ thẩm tra những kết quả mới này, cùng với các tác giả, và sẽ quyết định liệu có cần thêm thí nghiệm để xác nhận khám phá nguyên tố mới hay không. Chừng nào được thông qua bởi Hiệp hội thì các nhà khám phá mới đề xuất tên gọi cho nguyên tố mới.
Nguồn: Đại học Mainz, PhysOrg.com
