Jądro

Wyspa stabilno

ś

ci - poszukiwanie nowych j

ą

der

W naturze występują 94
pierwiastki chemiczne - od
wodoru (który ma w jądrze
jeden proton) do plutonu (94
protony).

Pozostałe

pierwiastki,

które

dzisiaj

znamy,

nie

występuje

nigdzie na Ziemi. Naukowcy
otrzymali je w laboratorium
w sposób sztuczny. Niestety
okazało się, że kolejnych
nowych pierwiastków nie da

się już tak łatwo wytwarzać - im większe jądro, tym jest mniej trwałe. Większość rozpada się po
przeżyciu zaledwie milisekund. Numer 112 (jeszcze nie nazwany) naukowcy uzyskali w
laboratorium na zaledwie 280 mikrosekund. Każdy następny pierwiastek z tablicy Mendelejewa
ma większe jądro, a w jego wnętrzu więcej protonów i neutronów. Protony obdarzone są
ładunkiem dodatnim. Zgodnie z prawem Coulomba ładunki o tym samym znaku się odpychają.
Każde jądro atomowe powinno się więc rozpaść. Na szczęście tak się nie dzieje. Natura wymyśliła
bowiem, że unikające siebie z daleka protony, kiedy znajdą się bardzo, bardzo blisko siebie -
przyciągają się. Dodatkowym "lepiszczem" jądra są jeszcze neutrony, cząstki pozbawione ładunku
elektrycznego, które nie odpychają się ani z protonami, ani ze sobą nawzajem, tylko sklejają
jądro w całość. Jak jednak wytłumaczyć fenomen; że jądra niektórych atomów są trwalsze od
pozostałych?
Według współczesnej teorii jądro atomowe można wyobrażać sobie jak cebulkę. Nukleony (czyli
protony i neutrony) zapełniają w jądrze kolejne warstwy - powłoki. Tak samo zresztą kolejne
powłoki wypełniają elektrony. które obiegają jądro atomu. Na każdej powłoce może się zmieścić
tylko określona liczba protonów oraz neutronów ani trochę więcej. Okazuje się, że najtrwalsze są
jądra tych pierwiastków, których powłoki są zapełnione całkowicie. Fizycy mówią o nich, że mają
magiczną liczbę nukleonów. Takimi magicznymi liczbami są: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 oraz
najprawdopodobniej 184.
Magiczną liczbę protonów, mają: np.; hel (2 protony), tlen (8 protonów), wapń (28 protonów),
cyna (50 protonów) i ołów (82 protonów). Ołów jest najcięższym ze znanych pierwiastków, który
jest podwójnie magiczny, tzn. oprócz magicznej liczby protonów: (82) ma także magiczną liczbę
neutronów (126). Następnym podwójnie magicznym pierwiastkiem jest pierwiastek 114, w
którego jądrze znajduje się 114 protonów oraz 184 neutrony.. Teoretycy wyliczyli, że w ich
okolicach będzie nawet coś, co nazwać można wyspą stabilności - pierwiastki zamiast rozpadać
się w okamgnieniu, będą żyć latami. W lutym 1999 roku rosyjskim fizykom w Dubnej udało się
otrzymać jądro zawierające 114 protonów i mające czas połowicznego rozpadu aż pół minuty.
Otrzymany izotop miał jedynie 175 neutronów, a więc zabrakło mu dziewięciu neutronów, by
osiągnął magiczną ich liczbę i być może zyskał jeszcze większą trwałość.
Kolejna wyspa stabilności powinna, tkwić wokół pierwiastka nr 126 Za pierwiastkiem 126 jest
otchłań nieznanego oceanu. Teoretyczne modele tam zawodzą i nie dają żadnych sensownych
podpowiedzi. Niektórzy spekulują, że kresem tablicy Mendelejewa jest pierwiastek nr 200.
Większa liczba protonów w jądrze doprowadziłaby do wychwycenia elektronów na najbliższych
orbitach, zapadnięcia się i katastrofy całego atomu. Z niej powstałoby jądro o mniejszej liczbie
protonów.

Atomy egzotyczne

Atom wodoru składa się z jądra (w zwykłym wodorze jest to proton) i elektronu krążącego wokół
jądra. Jeśli jądro zostanie zastąpione cząstką elementarną, naładowaną dodatnio to powstanie
układ związany cząstki dodatniej i ujemnego elektronu. Przykładem takiej cząstki jest pozytonium

(e

+

e

-

) - układ pozytonu e

+

i elektronu e

-

. Co prawda po spotkaniu się cząstki z antycząstką

następuje anihilacja. Jednak często powstaje związany układ dostatecznie długo żyjący. Średni
czas życia pozytonium zależy od wzajemnego usytuowania spinów elektronu i pozytonu. Gdy

Page 1 of 2

Wyspa stabilności - poszukiwanie nowych jąder

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_j4.html

spiny pozytonu i elektronu są skierowane równolegle (ortopozytronium) spin wypadkowy wynosi

jeden, a czas średni życia wynosi 1,4*10

-7

sekundy. Gdy spiny pozytonu i elektronu są

skierowane przeciwnie (parapozytonium) spin wypadkowy wynosi zero, a średni czas życia jest

znacznie krótszy i wynosi 1,25*10

-10

sekundy.

Podobnym przykładem jest układ antymionu z elektronem, zwany mionium (

µ

+

,e

-

).

Jeżeli natomiast w atomie zwyczajnym o liczbie atomowej Z jeden z elektronów powłokowych e

-

zostanie zastąpiony cząstką naładowaną ujemnie, np. mionem, pionem minus, kaonem minus,
antyprotonem lub hiperonem sigma minus to powstanie odpowiednio atom mionowy, pionowy,
kaonowy, antyprotonowy lub hiperonowy. Składa się on z jądra o liczbie atomowej Z, cząstki
ujemnej (o masie o wiele większej niż elektron) związanej w polu kulombowskim jądra oraz Z-1
elektronów powłokowych. Takie atomy nazywamy atomami egzotycznymi. Stosuje się też często
nazwę mezoatomy lub atomy mezonowe (nie tylko w tych wypadkach, gdy cząstką związaną jest
mezon, lecz i wtedy, gdy jest nią mion lub barion). Wszystkie wymienione atomy egzotyczne
zostały zaobserwowane w doświadczeniach.
Interesujące rezultaty otrzymano badając oddziaływania mionów z izotopami wodoru. Mion ma
masę 207 razy większą niż elektron, pozostałe zaś własności są takie same jak elektronu. Dzięki
temu mion łatwo może zamienić elektron na jego orbicie w atomie, ale promień orbity mionu
będzie około 200 razy mniejszy od promienia orbity elektronu. Takie atomy mogą się zbliżyć na
dużo mniejsze odległości. Może to mieć znaleźć w energetyce jądrowej. Jest nadzieja, że takie
cząstki będą mogły uczestniczyć w

zimnej fuzji

, czyli reakcji

syntezy j

ą

drowej

(fuzji jądrowej) w

temperaturach pokojowych.
Przy opracowaniu tematu najwięcej korzystano z następujących publikacji:
Encyklopedia fizyki współczesnej;
Czesław Bobrowski, Fizyka - krótki kurs;

Jądro

Page 2 of 2

Wyspa stabilności - poszukiwanie nowych jąder

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/struktura/struktura_j4.html