تأكيد العنصر 117 من الجدول الدوري

صورة داخل المسرع الخطي في مركز GSI، والذي تم استخدامه في تسريع أيونات الكالسيوم لإنتاج  العنصر 117.

تم إفساح المجال لوضع عنصر جديد فائق الثقل للجدول الدوري وذلك بعد أن تم نشر بحث جديد في العدد الأخير من Physics Review Letters.
حيث تم إجراء بحث من قبل علماء الفيزياء النووية في مركز هيلمهولتز لأبحاث الأيونات الثقيلة في ألمانيا GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research، واستطاعوا من خلال البحث خلق ذرات من العنصر 117 مطابقة لأثقل الذرات مشاهدة
من أي وقت مضى. وهي أثقل بـ 40% من ذرة الحديد.

تم إجراء التجربة من قبل فريق دولي من الكيميائيين والفيزيائيين بقيادة البروفسور كريستوف دولمان Christoph Düllmann، الذي يشغل عدة مناصب في مركز GSI، وجامعة يوهانس غوتنبرغ ماينتس Johannes Gutenberg University Mainz-JGU، بالإضافة إلى معهد هيلمهولتز ماينز Helmholtz Institute Mainz-HIM. تضمن الفريق 72 عالماً ومهندساً من 16 مؤسسة في أستراليا، وفنلندا، وألمانيا، والهند، واليابان، والنرويج، بالإضافة إلى السويد، والمملكة المتحدة، والولايات المتحدة.

يشار عادة إلى العناصر التي تأتي بعد الرقم 104 في الجدول الدوري بالعناصر فائقة الثقل. ويتوقع بأنّ أكثرها بقاءًا يسمى “جزيرة الاستقرار – island of stability”، حيث تمتلك النوى عمر نصف طويل للغاية. وعلى الرغم من أنّ العناصر فائقة الثقل لم يتم العثور عليها في الطبيعة بعد، إلا أنّ إنتاجها ممكن من خلال تسريع حزم النوى وإطلاقهم على نوى أثقل هدف ممكن. ينتج التحام نواتين، وهو حدث نادر، أحياناً عنصر فائق الثقل. وقد تم نشر التقارير الأولية لاكتشاف العنصر صاحب الرقم الذري 117 في عام 2010 من قبل تعاون روسي-أميركي في المعهد المشترك للأبحاث النووية the Joint Institute for Nuclear Research في دوبنا Dubna، روسيا.

كيف تمت التجربة؟

لقد تطلب هذا القياس تنسيقاً وثيقاً بين المسرع وقدرات الكشف في مركز GSI في ألمانيا، وتصنيع النظير الفريد للأكتنيد ومرافق للفصل في مختبرات أوك ريدج الوطني Oak Ridge National Laboratory-ORNL في الولايات المتحدة. كان عنصر البركيليوم Bk المادة الهدف والضرورية لاصطناع العنصر 117، حيث تم تحضير البركيليوم قبل 18 شهر من التجربة. وهذا ما تطلب تشعيع نيوتروني مكثف في مختبرات ORNL عن طريق استخدام مفاعل التدفق المرتفع للنظائر High Flux Isotope Reactor، يليه عملية فصل وتنقية في مركز تنمية هندسة الكيمياء الإشعاعية Radiochemical Engineering Development Center المتواجد أيضاً في مختبرات ORNL. ومن ثم تم شحن ما يقارب 13 ملغ من النظير Bk-249 العالي النقاوة، والذي يمتلك عمر نصف يصل إلى 330 يوم إلى جامعة ماينتس، حيث تمكن الخبراء من تحويل النظائر المشبعة الغريبة إلى هدف قادر على تحمل أشعة عالية الطاقة من أيونات الكالسيوم ضمن مفاعل مركز GSI. تم بعدها فصل ذرات من العنصر 117 من أعداد هائلة من نواتج تفاعلات نووية أخرى، وتم تحديدها من خلال تحللها الإشعاعي. أنتجت سلاسل القياس هذه نظائر لعناصر أخف تملك الأعداد الذرية من 103 إلى 115، والتي أضيفت كبرهان من اجل مراقبة العنصر 117.

تم التعرف من ضمن سلاسل التحلل الإشعاعي، على مسار تحلل جسيم ألفا في عنصر الدوبنيوم Db-270 (العنصر رقم 105)، ونظير جديد Lr-266 لعنصر اللورنسيوم (العنصر رقم 103). وتم تحديد عمر النصف بحوالي ساعة و11 ساعة على التوالي، وهذا ما يعتبر من أطول أعمار النصف للنظائر فائقة الثقل المعروفة.

أهمية التجربة

يشرح البروفسور كريستوف دولمان بقوله بأنّ هذا أمر بالغ الأهمية فكما يتوقع فإنّ النظائر الأطول عمراً توجد في المناطق المعززة من ناحية الاستقرار النووي. ويضيف البروفسور هورست ستوكر Horst Stöcker، المدير العلمي في مركز GSI، قائلاً: “التجارب الناجحة على العنصر 117 هي خطوة هامة في طريق إنتاج وتحديد العناصر التي تقع في “جزيرة الاستقرار” من العناصر فائقة الثقل.” ويعبر ثوم ماسون Thom Mason، مدير مختبرات ORNL عن أهمية النتائج العلمية بقوله بأنّها مثال بارز للتعاون الدولي في مجال العلوم، والأبحاث المتقدمة في العناصر فائقة الثقل من خلال الاستفادة من القدرات الخاصة التي نملكها في المختبرات الوطنية في ألمانيا والولايات المتحدة.

التسمية الجديدة؟

وإلى الآن لم تتم عملية تسمية العنصر 117، حيث سوف تقوم لجنة مكونة من مجموعة من أعضاء الاتحاد الدولي للكيمياء والفيزياء البحتة والتطبيقية بمراجعة النتائج الجديدة جنباً إلى جنب مع النتائج الأصلية، ومن ثم تقرير فيما إذا كانت هناك حاجة لمزيد من التجارب قبل الإقرار باكتشاف العنصر. وبعد هذه الإجراءات من المتوقع أن يتم اقتراح الاسم من قبل المكتشفين أنفسهم.

ترجمة: ماهر شعار،
المصدر:  الكيمياء العربي