יסוד על-כבד

יסוד על-כבד או טרנסאקטיניד הוא יסוד שהמספר האטומי שלו גדול מ-103 (למרות שיש המגדירים זאת כגבוה מ-100, או כגבוה מ-112). המונח "איזוטופים על-כבדים" (של יסוד כלשהו) ו"גרעינים על-כבדים" מתארים איזוטופים בעלי מסה גבוהה, וגרעינים בעלי מסה גבוהה (ליסוד הנתון), בהתאמה.

 ייצור 
ממוזער|תיאור גרפי של תגובת היתוך גרעיני. שני גרעינים מותכים זה לזה ופולטים נייטרון. תגובות שיצרו אלמנטים חדשים עד כה היו דומות, כשההבדל היחיד הוא בכמות הנייטרונים שמשתחררים.
יסודות על-כבדים נוצרים בתגובות היתוך גרעיניות שמאחות שני גרעינים שונים בעלי גודל שונהבשנת 2009, קבוצה במכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) בהובלת אוגאנסיאן פרסמה את תוצאות הניסיון שלהם לייצור האסיום בתגובה סימטרית ^136Xe + ^136Xe, הקבוצה לא זיהתה אף לא אטום בודד שנוצר בריאקציה, ומשם הסיקו כי יש גבול עליון לשטח החתך (cross section) - המדד לסיכוי התגובה להתרחש, של 2.5 בארן. בתור השוואה, התגובה שבעקבותה התגלה האסיום הייתה ^208Pb + ^58Fe, ולה היה סיכוי של כ-20 בארן, כפי שנאמד על ידי המגלים. זה בזה. ככל שההפרש בין המסות של שני הגרעינים המגיבים גדול יותר כך קיים סיכוי גדול יותר שיעברו היתוך. גרעיני האטום הכבד יותר מבין השתיים הופכים למטרה, ומופצצים באלומת חלקיקים של גרעיני האטום הקל יותר. שני גרעינים יכולים לעבור היתוך גרעיני רק אם הם קרובים מספיק זה אל זה. באופן טבעי, גרעינים (שמטענם הוא חיובי), דוחים זה את זה דחייה אלקטרוסטטית. הכוח החזק יכול להתגבר על דחייה זאת, אך רק כשהגרעינים במרחק זעום זה מזה. לכן אלומת הגרעינים מואצת על מנת ליצור מצב בו הדחייה היא אפסית ביחס למהירות האלומה, וחלקיקי האלומה יוכלו להתקרב מספיק למטרה. למרות זאת, רוב הגרעינים שייתקרבו זה לזה יישארו ביחד במשך כ  שניות ואז יפרדו (לא בהכרח באותו הרכב כמו לפני התגובה), במקום לעבור היתוך וליצור גרעין אחד.

אם היתוך אכן מתרחש, המיזוג הזמני הנקרא "גרעין מורכב" נמצא במצב מעורר. בכדי לחזור מהמצב המעורר למצב יציב יותר, הגרעין המורכב עובר ביקוע גרעיני או פולט אחד או יותר נייטרונים.ככל שהגרעין במצב מעורר יותר, כך יפלטו יותר נייטרונים. אם אנרגיית המצב המעורר נמוכה מהאנרגיה המקשרת כל נייטרון לשאר הגרעין אז אף נייטרון לא יפלט, ובמקום, הגרעין המורכב יחזור מהמצב המעורר על ידי פליטת קרינת גמא דבר המשחרר את אנרגיית העירור. תהליך זה מתרחש בערך ב שניות הראשונות שלאחר ההיתוך.ההגדרה לפי IUPAC, קובעת כי יסוד כימי יכול להיחשב כמגולה הגרעין שלו לא דעך בתוך  שניות. ערך זה נבחר כהערכה לכמה זמן לוקח לגרעין להשיג את קליפת האלקטרונים החיצונית שלו ובכך להציג את תכונותיו הכימיות המתאימות. ערך זה מציין גם את הגבול העליון לזמן החיים של גרעין מורכב. האלומה עוברת דרך המטרה ומגיעה לחלק הבא, המפריד. אם גרעין חדש נוצר הוא יסחב עם האלומה אל המפריד. במפריד, הגרעין החדש מופרד משאר הגרעינים (של האלומה המקורית וכל תוצרי הלוואי האחרים)המפריד מתבסס על כך שהגרעין החדש שנוצר נע לאט יותר מאלומת הגרעינים האחרים. המפריד מכיל שדה אלקטרי ומגנטי שהשפעתם על חלקיקים נעים מתבטלת במהירויות ספציפיות של החלקיקים. המפריד יכול להיעזר גם בספקטרוסקופיית המסה זמן-התעופה ובמדידת אנרגיית הרתיעה. שילוב של שניהם יכול לאפשר הערכה של מסת הגרעין ומועבר לגלאי מוליך למחצה שעוצר את הגרעין, המיקום בו נעצר הגרעין נרשם בגלאי, בנוסף הגלאי גם מסמן את האנרגיה של הגרעין והזמן שלקח לו להגיע אליו. תהליך זה לוקח כ  שניות, ועל מנת לזהותו, על הגרעין לשרוד לפחות את משך הזמן הזה. בנוסף הגלאי רושם את המיקום הזמן והאנרגיה כשהגרעין מגיע לדעיכה.

יציבות הגרעין תלויה בכוח החזק, למרות זאת, תחומו מאוד קטן, וככל שהגרעין יהיה גדול יותר כך תקטן השפעתו של הכוח על הנוקליאונים בקצוות הגרעין. בנוסף לכך, על הגרעין פועלים כוחות פירוק בעקבות הדחייה האלקטרוסטטית בין הפרוטונים בגרעין, שלעומת הכוח החזק, לדחייה האלקטרוסטטית תחום אינסופי. ולכן הגרעינים של היסודות הכי כבדים יתפרקו בעיקר על ידי סוגי דעיכה שנגרמים מדחייה אלקטרוסטטית: דעיכת אלפא ודעיכה אקראית. דעיכת האלפא נמדדת על ידי חלקיקי האלפא (הידועים גם כ-^4He) שנפלטו, ואת תוצרי הדעיכה ניתן לזהות בקלות עוד לפני זיהוי הדעיכה עצמה בגלאי. אם דעיכה כזאת או סדרה של דעיכות כאלה נותנת גרעין ידוע, את הגרעין המקורי של התגובה ניתן יהיה לקבוע אריתמטית במדידה עקיפה.מאחר שהמסה של הגרעין אינה מחושבת באופן ישיר אלא מחושבת מגרעינים אחרים, המדידה נקראת עקיפה. קיימות גם מדידות ישירות, אך הן לרוב בלתי אפשריות לגרעינים כבדים. המדידה הישירה הראשונה של גרעין כבד התבצעה בשנת 2018 בLBNL. המסה נקבעה לפי המיקום של הגרעין לאחר המעבר עם האלומה (המיקום מאפשר לגלות את המסלול שעבר, אשר קשור ליחס המסה-מטען של הגרעין מאחר שהמעבר נעשה תחת מגנט) דעיכה אקראית לעומת זאת, מייצרת כמה סוגי גרעינים כתוצרים ולכן לא ניתן לקבוע מהם את הגרעין המקורי.

אם כן, המידע היחיד המתקבל כאשר מסנתזים את אחד היסודות העל-כבדים הוא המיקום, האנרגיה והזמן של הגעת החלקיק לגלאי ושל דעיכתו. לאחר מכן, כתלות בתוצאות, ניתן להסיק כי זהו אכן יסוד חדש ושהתוצאות לא היו יכולות להיגרם על ידי שום חלקיק ידוע אחר. או, שהמידע שהתקבל אינו מספיק כדי להסיק שזהו אכן יסוד חדש ואין שום הסבר אחר חוץ מלהסיק שהיו שגיאות שהפריעו בתהליך.לדוגמה, יסוד 102 זוהה בטעות בשנת 1957 במכון נובל לפיזיקה בסטוקהולם, שוודיה, לא היו טענות קודמות ליצירת היסוד, ושמו ניתן לו על ידי מגליו. לאחר מכן הראו כי הגילוי היה שגוי לאחר שLBNL לא הצליחו לשחזר את תוצאות הניסוי השוודי.

 יסודות על-כבדים 

עד היום נוצרו 17 יסודות על-כבדים:

 מספר אטומי (z)  שם  שנת גילוי/יצירה  מגלים/יוצרים  מוסד 104  רתרפורדיום  1968  אלברט גיורסומאטי נורימה ואחרים  המעבדה הלאומית לורנס ברקלי 105  דובניום  1970  אלברט גיורסומאטי נורימה ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה)
והמעבדה הלאומית לורנס ברקלי 106  סיבורגיום  1974  אלברט גיורסומאטי נורימהגלן סיבורג ואחרים  המעבדה הלאומית לורנס ברקלי 107  בוהריום  1981  פטר ארמברוסטרגוטפריד מינצנברג ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 108  האסיום  1984  גוטפריד מינצנברג פטר ארמברוסטר ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 109  מייטנריום  1982  גוטפריד מינצנברג  פטר ארמברוסטר ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 110  דרמשטטיום  1994  זיגורד הופמן ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 111  רנטגניום  1994  זיגורד הופמן ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 112  קופרניקיום  1996  זיגורד הופמן ואחרים  מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים, דרמשטאדט (גרמניה) 113  ניהוניום  2004  קוסוקה מוריטה  RIKEN, טוקיו (יפן) 114  פלרוביום  1999  יורי אוגאנסיאן ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה) 115  מוסקוביום  2004  יורי אוגאנסיאן ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה) 116  ליברמוריום  2000  יורי אוגאנסיאן ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה) 117  טנסין  2010  יורי אוגאנסיאן ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה) 118  אוגאנסון  2002  יורי אוגאנסיאן ואחרים  המכון המאוחד למחקר גרעיני, דובנה (רוסיה)

 ראו גם 
 יציבות האטום
 הטבלה המחזורית
 אי של יציבות

הערות שוליים

*