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Kernphysik: Neue Isotope am Limit der superschweren Elemente

Die Insel der Stabilität wird erreicht, wenn eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen die Schalen im Atom komplett besetzen. Dadurch werden Kollisionen der Teilchen untereinander verhindert.Laden...
Das Periodensystem kennt eine natürliche Obergrenze für Elemente, die Forscher seit Jahrzehnten zu durchbrechen versuchen: Dahinter liegen die superschweren Elemente. Diese Isotope mit hoher Masse und großer Kernladungszahl entstehen nur künstlich im Labor, denn in der Natur zerfallen die labilen Elemente im Bruchteil einer Sekunde. Heino Nitsche, Leiter der Nuklearen Wissenschaftsabteilung des Berkeley Laboratory in Kalifornien, gelang es nun, einen der superschweren Vertreter mit längerer Lebenszeit herzustellen.

Die Insel der Stabilität wird erreicht, wenn eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen die Schalen im Atom komplett besetzen. Dadurch werden Kollisionen der Teilchen untereinander verhindert.Laden...
Atomschalenmodell | Die Insel der Stabilität wird erreicht, wenn eine bestimmte Anzahl von Protonen und Neutronen die Schalen im Atom komplett besetzen. Dadurch werden Kollisionen der Teilchen untereinander minimiert.
Die Lebensdauer von schweren Kernen hängt mit der Anzahl und Verteilung von Protonen und Neutronen im Isotop zusammen: Mit komplett gefüllten Schalen werden interne Kollisionen verringert, was eine "Insel der Stabilität" bedingt. Nach der Theorie liegt die nächste noch nicht erreichte Insel unter den superschweren Elementen bei dem bislang noch nie hergestellten Isotop 298114.

Nitsche gelang es nun aber immerhin, das Fusionsprodukt 290114 herzustellen: Diesem fehlen noch acht Neutronen bis zur prophezeiten Stabilität. Dazu bediente er sich zweier kleinerer Elemente, die er aufeinander abfeuerte. In einem Teilchenbeschleuniger wurde dafür Kalzium-48 angeregt, das als über zwei Meter langer Ionenstrahl ein Plutonium-242 bombardierte. Durch die 20 Protonen des Kalziums und die 94 Protonen des Plutoniums entstand das Fusionsprodukt 290114.

Für Nitsche stand der Aspekt des Kernzerfalls im Vordergrund. Ihm gelang die Beobachtung einer kompletten Zerfallsreihe vom Ausgangsisotop 114 über vier weitere, nie zuvor entdeckte Isotope zum Rutherfordium-104, welches dann durch den spontanen Zerfall das Ende der Reihe darstellte. "Das 298114-Isotop zu erschaffen, wird in der nahen Zukunft nicht möglich sein, da die Technik dazu bislang fehlt", resümiert der Wissenschaftler: "Bis dahin können wir – auch mit diesem Versuch – viel über den Schalenaufbau der Atomkerne lernen und die kommenden Schritte noch besser berechnen." (sh)
43. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 43. KW 2010

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  • Quellen
Nitsche, H. et al.: New superheavy element isotopes: 242Pu (48Ca,5n)285114. In: Physical Review Letters, Vol. 105 (18), doi: 10.1103/PhysRevLett.105.182701, 2010

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