Международная исследовательская группа под руководством GSI/FAIR, Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) и Гельмгольц-института в Майнце (HIM) успешно создала новый изотоп сиборгия. В эксперименте, проведённом на ускорительном комплексе GSI/FAIR, было обнаружено 22 ядра сиборгия-257. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters и отмечены как «предложение редактора».
Новые изотопы искусственного сверхтяжёлого элемента
Теперь известно о 14 изотопах искусственного сверхтяжёлого элемента сиборгия (атомный номер 106). Для получения сиборгия-257 использовался интенсивный пучок хрома-52 из линейного ускорителя GSI/FAIR UNILAC, который воздействовал на высококачественные мишени из свинца-206.
С помощью высокоэффективной системы обнаружения газонаполненного рекоил-сепаратора TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) было обнаружено в общей сложности 22 распада ядер сиборгия-257: 21 событие деления и один альфа-распад. Период полураспада нового изотопа, расположенного рядом с усиленной нейтронной оболочкой при 152, составляет 12,6 миллисекунд.
Влияние оболочечных эффектов на свойства деления сверхтяжёлых ядер
«Наши результаты по сиборгию-257 дают захватывающие намёки на влияние оболочечных эффектов на свойства деления сверхтяжёлых ядер. Как следствие, возможно, что следующий более лёгкий, всё ещё неизвестный изотоп — сиборгий-256 — может подвергаться делению в очень коротком временном диапазоне от одной наносекунды до шести микросекунд», — говорит доктор Павол Мосат, первый автор публикации из отдела химии сверхтяжёлых элементов (SHE Chemistry) в GSI/FAIR.
Исследование границы стабильности
Недавно был достигнут значительный прогресс в направлении границы стабильности путём обнаружения 60-нс руттеридума-252 через его более долгоживущее K-изомерное состояние. Исследование границы изотопов для элемента сиборгий является естественным продолжением этих экспериментов, картографированием береговой линии острова стабильности сверхтяжёлых ядер.
До сих пор K-изомерное состояние не наблюдалось в изотопах сиборгия. Однако в настоящем эксперименте исследовательская группа также облучала мишень из свинца-208 и наблюдала убедительные доказательства присутствия K-изомерного состояния в сиборгии-259.
«Наши результаты по K-изомерному состоянию в сиборгии-259 открывают путь к изучению явления K-изомеров в других изотопах сиборгия и к синтезу короткоживущего изотопа сиборгия-256, если долгоживущее K-изомерное состояние существует и в этом ядре», — говорит доктор Хуягабаатар Жадамбаа, руководитель соответствующей экспериментальной программы GSI/FAIR.
Пятимерная модель Ланжевена точно предсказывает распределение осколков деления и кинетические энергии в изотопах ртути
Международная команда исследователей, включая учёных из Science Tokyo, разработала пятимерную (5D) модель Ланжевена, которая точно воспроизводит сложные распределения осколков деления и кинетические энергии в изотопах ртути средней массы (¹⁸⁰Hg и ¹⁹⁰Hg). Модель успешно улавливает необычное «двухгорбое» распределение масс осколков, наблюдаемое в ртути-180, и предлагает новое понимание того, как оболочечные эффекты влияют на динамику деления — даже при более высоких энергиях возбуждения, чем предполагалось ранее.
Ядерное деление
Ядерное деление, процесс, при котором атомное ядро расщепляется на более мелкие части, является фундаментальным процессом в ядерной физике. Хотя деление тяжёлых элементов, таких как уран и плутоний, хорошо изучено, более лёгкие ядра, такие как ртуть (Hg), ведут себя неожиданным образом.
Эксперименты показали, что ¹⁸⁰Hg подвергается неожиданной форме асимметричного деления, производя фрагменты очень разных размеров. Эти результаты ставят под сомнение существующие модели и подчёркивают необходимость лучшего понимания того, как ядерная структура влияет на деление в области ниже свинца, которая включает элементы с атомными номерами ниже 82.
Международная исследовательская группа разработала пятимерную (5D) модель Ланжевена
Для лучшего понимания необычного поведения при делении в изотопах Hg международная исследовательская группа под руководством доцента Чикако Ишизуки из Института нулевого углеродного энергопотребления при Институте науки Токио (Science Tokyo), Япония, разработала пятимерную (5D) модель Ланжевена. Их работа, опубликованная онлайн в Physical Review C 20 мая 2025 года, обеспечивает точные прогнозы распределения осколков и общей кинетической энергии (TKE) и была признана журналом «предложением редактора».
Исследование было результатом совместных усилий и включало доктора Ф. А. Иванюка из Института ядерных исследований Украины; профессора К. Шмитта из Университета Страсбурга, Франция; и исследователя Сатоси Чибу из NAT Co., Ltd., Япония, в качестве соавторов.
В отличие от статических моделей, модель Ланжевена динамически отслеживает эволюцию формы ядра от его равновесного состояния до деления, точки, в которой оно расщепляется на более мелкие фрагменты деления. «Описания деления актинидов, таких как уран, недостаточно для понимания полной картины, — говорит Ишизука. — Нам нужны согласованные модели, которые работают и для других ядер, особенно для более лёгких, таких как Hg, которые ведут себя иначе».
Команда успешно смоделировала деление двух изотопов Hg: ¹⁸⁰Hg, полученного в результате столкновения ³⁶Ar и ¹⁴⁴Sm, и ¹⁹⁰Hg из ³⁶Ar и ¹⁵⁴Sm. Для обоих они рассчитали распределение масс осколков деления и их TKE. Модель была разработана для более реалистичного моделирования ядерного деления путём учёта как макроскопического, крупномасштабного движения, подобного капле жидкости, так и микроскопических эффектов оболочечной структуры.
Ключевым улучшением стало использование «мягкой стенки» на границах пространства деформации, которая точно имитирует эволюцию формы ядра во время деления. Модель также учитывала, как оболочечные эффекты изменяются с увеличением энергии возбуждения, аспект, который предыдущие модели часто упрощали.
Результаты моделирования показали хорошее согласие с экспериментальными данными как по распределениям массовых чисел, так и по TKE осколков деления. В случае ¹⁸⁰Hg модель воспроизвела необычный двухгорбый массовый паттерн, наблюдаемый в экспериментах. Ключевым выводом исследования является то, что оболочечные эффекты сохраняются даже при более высоких энергиях возбуждения 40–50 МэВ, где ранее предполагалось, что они исчезают.
Модель также учитывала многовероятное деление, процесс, при котором ядро испускает нейтроны до того, как подвергнется делению. Они обнаружили, что, хотя этот процесс оказывает лишь незначительное влияние на распределение масс осколков при низких энергиях возбуждения, он значительно влияет на TKE, что делает его ценным индикатором для изучения многовероятного деления.
В целом, эти результаты дают новое понимание процесса деления с важными последствиями для фундаментальных исследований. «Расчёты, представленные в этой работе, подтверждают, что наш 5D подход Ланжевена является надёжным инструментом для теоретических предсказаний наблюдаемых характеристик процесса деления», — заключает Ишизука.