Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Lawrence Livermore (LLNL), cùng với các đồng nghiệp quốc tế, vừa phát hiện 5 hạt nhân nguyên tử mới.
Nghiên cứu tiến hành trong mùa thu này tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới tổng hợp các nguyên tố siêu nặng. Các hạt nhân lạ, mới được khám phá, là một đồng vị của mỗi nguyên tố nặng berkelium, neptunium và uranium, và hai đồng vị của nguyên tố americium.
Các nhà khoa học khác tham gia nghiên cứu trên đến từ Đại học Manipal, Ấn Độ; GSI-Giessen, Đức; Đại học Justus Liebig Giessen, Đức; Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản; và Liên viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Nga. Các kết quả công bố trên tạp chí Physics Letters B. Các nhà khoa học ở Livermore bao gồm Dawn Shaughnessy, Ken Moody, Roger Henderson và Mark Stoyer.
Mỗi nguyên tố hóa học có nhiều đồng vị khác nhau. Các đồng vị này khác nhau ở số lượng neutron có trong hạt nhân, và do đó khối lượng của chúng cũng khác nhau. Các đồng vị mới phát hiện có ít neutron hơn và nhẹ hơn các đồng vị đã biết trước đây của các nguyên tố vừa nêu.
Tính đến nay, Bảng tuần hoàn hóa học gồm hơn 3000 đồng vị của 114 nguyên tố hóa học đã được xác nhận. Theo các ước tính khoa học, phải còn tồn tại hơn 4000 đồng vị khác chưa được khám phá. Do số lượng neutron thấp của chúng, cấu trúc của chúng rất lạ và vì thế chúng hấp dẫn cho việc phát triển các mô hình lí thuyết mô tả hạt nhân nguyên tử.
Các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore là thành viên của một đội quốc tế đã khám phá 5 hạt nhân mới: U 218, Np 219, Bk 233, Am 223 và Am 229.
“Các kết quả này thật sự đẩy cái chúng ta biết về cấu trúc hạt nhân đến đầu tận cùng thiếu neutron của biểu đồ hạt nhân,” Shaughnessy nói. “Khi bạn nhận ra rằng uranium thiên nhiên có 146 neutron và đồng vị mới này chỉ có 124 neutron, nó cho thấy vẫn còn rất nhiều cái chúng ta chưa biết về cấu trúc hạt nhân và các lực liên kết hạt nhân với nhau.”
Các nhà khoa học tại LLNL đã tham gia nghiên cứu nguyên tố nặng kể từ khi phòng thí nghiệm này đi vào hoạt động hồi năm 1952 và đã góp công khám phá 6 nguyên tố - 113, 114 (Flerovium), 115, 116 (Livermorium), 117 và 118.
Không những là khám phá mới, phát hiện trên còn là bằng chứng đầu tiên của kĩ thuật mới sản xuất các hạt nhân lạ này.
Trong thí nghiệm, các nhà khoa học đã dùng các hạt nhân calcium tăng tốc bắn vào lá curium dày 300 nano mét. Trong các va chạm đã nghiên cứu, hạt nhân nguyên tử của hai nguyên tố đã chạm nhau và hình thành một phức hệ trong một khoảng thời gian cực ngắn.
Trước khi phức hệ có thể vỡ ra trở lại, sau khoảng 10-21 giây (một phần nghìn tỉ tỉ của một giây), hai hạt nhân đã trao đổi một số viên gạch cấu trúc hạt nhân của chúng – tức proton và neutron. Các đồng vị khác nhau hình thành là sản phẩm kết cục của sự trao đổi này.
Các đồng vị của berkelium, neptunium, uranium và americium được tạo ra là sản phẩm kết cục của những va chạm như thế. Chúng không bền và phân hủy sau vài mili giây hoặc vài giây, tùy thuộc vào loại đồng vị. Toàn bộ các sản phẩm phân hủy thu được có thể được tách riêng và phân tích bằng các bộ lọc đặc biệt tạo bởi điện trường và từ trường. Các nhà khoa học đã sử dụng toàn bộ các sản phẩm phân hủy phát hiện được để nhận ra đồng vị mới.
Các thí nghiệm hiện nay sẽ giúp người ta có thêm công cụ khám phá những vùng trước đây chưa biết trên biểu đồ đồng vị. Các nguyên tố từ 107 đến 112 đã được khám phá tại LLNL và tại GSI.
Tham khảo: Observation of new neutron-deficient isotopes with in multinucleon transfer reactions, Physics Letters B, Volume 748, 2 September 2015, Pages 199-203, ISSN 0370-2693, dx.doi.org/10.1016/j.physletb.2015.07.006
