ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı‘ndaki (Berkeley Lab) bilim insanları, bilinen 118 elementten (92 tanesi doğal) 16’sının keşfine imza atmakla tanınıyor. Şimdi ise potansiyel olarak başka bir elementi yaratmak için önemli ve tarihi ilk adımı tamamladılar: Artık hedef, element 120! Heder artık 120. element
Berkeley Lab’ın uluslararası araştırma ekibi, titanyum ışını kullanarak süper ağır element 116’yı sentezlediklerini ve bunun element 120’nin yapımında önemli bir adım olduğunu duyurdu. Nuclear Structure 2024 konferansında çalışmanın sonuçları sunulurken çalışma da arXiv’de yayınlandı.
Ekip, ağır iyon hızlandırıcısı 88 inçlik Siklotron’da (Cyclotron) 22 gün süren çalışma sonucunda 116 numaralı elementin iki atomunu (livermoryum) başarıyla sentezledi. 120. elementi üretebilmenin daha doğrusu oluşturabilmenin ise 10 kat daha uzun süreceği düşünülüyor. Bilim insanları artık bunun mümkün olduğunu ve eğer 120. elementi keşfedebilirlerse oluşturulan en ağır atom olarak periyodik tablonun sekizinci sırasında yer alacağını söylüyor.
Öte yandan şimdiye kadar keşfedilen süper ağır elementler neredeyse anında parçalanıyor. Ancak proton ve nötronların doğru kombinasyonu daha uzun süre hayatta kalan daha kararlı bir çekirdeklere izin verebilir ve araştırmacılara incelemeleri için benzersiz bir durum sağlayabilir. Bunlar son derece önemli zira uç noktalardaki elementleri keşfetmek, atomların nasıl davrandığına dair içgörüler sağlayabilir, nükleer fizik modellerini test edebilir ve atom çekirdeğinin sınırlarını belirleyebilir.
Süper ağır element yapımı tarifi
Süper ağır elementleri yapmanın tarifi teoride oldukça basit. İstediğiniz son atomda olması gereken proton sayısına sahip iki daha hafif elementi birleştirmek yeterlidir. Bu aslında temel matematik gibi bir şey: 1+2=3.
Başka bir deyişle, iki hafif element alıp onları çarpıştırarak daha ağır bir element oluşturursunuz. Örneğin, iki elementin proton sayılarını topladığınızda istediğiniz süper ağır elementin proton sayısını elde edersiniz.
Ancak pratikte bu, inanılmaz derecede zordur. İki atomun başarılı bir şekilde birleşmesi için trilyonlarca etkileşim gerekebilir ve hangi elementlerin makul bir şekilde parçacık ışınına veya hedefe dönüştürülebileceği konusunda sınırlamalar bulunuyor. Yani işlemi yapmak için çok sayıda deneme gerekir. Ayrıca, her element parçacık ışını veya hedef olarak kullanılamaz, bu da işlemi daha da zorlaştırır. Araştırmacılar genellikle ışınları ve hedefleri için belirli izotopları, aynı sayıda protona ancak farklı sayıda nötrona sahip elementlerin varyantlarını seçerler. En pratik ağır hedef, 98 protona sahip olan kaliforniyum-249 adlı bir izotoptur. Bu da araştırmacıların 120. elementi üretmeye çalışmak için 20 protonlu kalsiyum-48 demetini kullanamayacakları anlamına geliyor. Bunun yerine, 22 protonlu bir atom demetine ihtiyaçları var. Bu da titanyum, yani süper ağır elementlerin yapımında yaygın olarak kullanılmayan bir şey.
Bilim insanları haftalar boyunca titanyum-50 izotopundan yeterince yoğun bir ışın üretebileceklerini doğrulamak ve şimdiye kadar yapılmış en ağır element olan 116. elementi yapmak için kullandılar. Bu daha önce yapılmamış bir şey. Dediğimiz gibi, 114 ila 118 arasındaki elementler yalnızca, süper ağır elementler üretmek için hedef çekirdeklerle kaynaşmasına yardımcı olan kalsiyum-48 ışını ile yapılmıştı
Mühendislik harikası
116. elementi yani livermorium’u üretmek titanyum izotoplarından yeterince yoğun bir ışın oluşturmakla başlıyor. Bunun için kullanılan titanyum-50, doğal titanyumun yaklaşık yüzde 5’ini oluşturan nadir bir izotoptur. Bu metal, serçe parmağınızın son kısmı kadar küçük bir fırına konulur ve 1600 dereceye kadar ısıtılır. Bu sıcaklıkta titanyum buharlaşmaya başlar.
Bu süreç, VENUS adı verilen ve plazmayı hapseden karmaşık bir süper iletken mıknatıs içinde gerçekleştiriliyor. Plazmada serbest elektronlar, mikrodalgalarla enerji kazanarak titanyumun 22 elektronundan 12’sini çıkarıyor. Yüklü hale gelen titanyum iyonları, mıknatıslar yardımıyla yönlendiriliyor ve Cyclotron’da hızlandırılıyor. Ardından her saniye yaklaşık 6 trilyon titanyum iyonu, bir kağıttan daha ince ve ısıyı dağıtmak için dönen hedefe çarptırılıyor. Bu süreçte hızlandırıcı operatörleri, ışının enerji seviyesini hassas bir şekilde ayarlamaya yardımcı oluyor. Zira yeterince enerji olmazsa izotoplar birleşmez, fazla olursa titanyum hedefteki çekirdekleri parçalayabilir. Bu zorlu işlemler tamamlandığında ise istenilen nadir süper ağır element oluşuyor.
120. element için süreç başlayacak
Araştırmacılar element 120‘yi üretmeye başlamadan önce hala yapılması gereken işlerin olduğunu söylese de artık gidilecek yol açılmış durumda. Zamanlama henüz belirlenmedi ancak araştırmacılar potansiyel olarak 2025 yılında denemeye başlamayı planlıyor. Deney başladıktan sonra 120. elementin ilk atomlarını görmek ise birkaç yıl sürebilir.