אי של יציבות

אי של יציבות הוא חיזוי תאורטי לפיו, על-אף שיסודות טרנס-אורניים (כלומר יסודות כימיים כבדים יותר מאורניום) נוטים להיות בעלי זמן מחצית חיים קצר מאוד (שניות בודדות ולמטה מכך), הרי שישנן קבוצות של איזוטופים בעלות "מספר קסם" של פרוטונים ונייטרונים, המקיימות זמן מחצית חיים ארוך באופן ניכר, של דקות, ימים ואף מיליוני שנים.

 רקע תאורטי 
הצעה לקיום "אי של יציבות" הועלתה כבר בשנות ה-60 של המאה ה-20 על ידי גלן תיאודור סיבורג. לפי תאוריה זו, כפי שישנם "מספרי קסם" ברמה האטומית, כלומר מילוי של "שכבות" או "קליפות" באלקטרונים סביב הגרעין, המשפיעות על תכונותיו הכימיות של החומר, כך ישנן "קליפות" מקבילות ברמה הגרעינית, הפועלות לפי עקרון האיסור של פאולי, כך שקליפה "מלאה" בנוקליאונים (פרוטונים או נייטרונים) מאריכה את זמן מחצית החיים. "מספר הקסם" הוא מספר הפרוטונים או הנייטרונים הנדרש על מנת למלא קליפה (החלת עיקרון זה ברמת הגרעין היא פרי מחקרה של מריה גופרט-מאייר). מריה גופרט-מאייר קראה בשם "מספרי קסם" למספרי הנוקלאונים הנחוצים למילוי הרמות בגרעין. "מספר הקסם הכפול" הוא מספר שבו מתמלאות הן רמות הפרוטונים והן רמות הנייטרונים.

"מספר הקסם" התאורטי של נייטרונים ב"אי של יציבות" התאורטי הראשון של היסודות העל-כבדים הוא 184, כך שאיזוטופים בעלי מספר זה של נייטרונים צפויים להיות יציבים יחסית, כאשר מספר הפרוטונים להשגת יציבות הוא 114, 120 או 126. מכל היסודות האפשריים מתמקד המחקר ב-289Fl, יסוד בן מספר מתאים של פרוטונים (114) שהצליחו לייצר, אף שטרם נמצאה דרך ליצור איזוטופ יציב מספיק במעבדה (שהוא יהיה כנראה 298Fl). מועמד נוסף הוא איזוטופ 304Ubn (כלומר גרעין עם 120 פרוטונים ו-184 נייטרונים).

התוצאות האמפיריות שנצפו בעת יצירת אטומי ליברמוריום (116) ואוגאנסון (118) הצליחו לשכנע את החוקרים שהאי של יציבות אכן קיים בפועל.

בכנס האגודה האמריקנית לכימיה ב-2008 הציע יורי אוגאנסיאן שאי היציבות הבא צריך להימצא בגרעין בעל 164 פרוטונים (ו-318 נייטרונים, "מספר הקסם" הבא, כלומר האיזוטופ התאורטי 482Uhq).

החשיבות בהשגת איזוטופים יציבים ליסודות על-כבדים, מלבד העניין שבמדע בסיסי, היא שייתכנו להם שימושים מעשיים ותכונות כימיות ייחודיות. אחד השימושים הדוחפים תחום זה הוא האפשרות ליצור פצצת נייטרון זעירה מבוססת חומר על-כבד כזה, שתשמש כמקור אנרגיה ראשוני לתהליך של היתוך גרעיני.

 זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118
כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) הם בלתי-יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

 מספר אטומי  שם היסוד  האיזוטופ היציב ביותר  מחצית חיים 83 ביסמוט  209Bi  84 פולוניום  209Po 130 שנים 85 אסטטין  210At 8 שעות 86 רדון  222Rn 3.824 ימים 87 פרנציום 223Fr 22 דקות 88 רדיום  226Ra 1600 שנים 89 אקטיניום  227Ac 21.77 שנים 90 תוריום  232Th  91 פרוטקטיניום  231Pa 32800 שנים 92 אורניום  238U  93 נפטוניום  237Np  94 פלוטוניום  244Pu  95 אמריציום  243Am 7370 שנים 96 קוריום  247Cm  97 ברקליום  247Bk 1380 שנים 98 קליפורניום  251Cf 900 שנים 99 איינשטייניום  252Es 470 ימים 100 פרמיום  257Fm 100.5 ימים 101 מנדלביום  258Md 51.5 ימים 102 נובליום  259No 58 דקות 103 לורנציום  266Lr ~11 שעות 104 רתרפורדיום  267Rf ~1.3 שעות 105 דובניום  268Db 1.3 ימים 106 סיבורגיום  269Sg ~3.1 דקות 107 בוהריום  270Bh 3.8 דקות 108 האסיום  277mHs ~130 שניות 109 מייטנריום  278Mt 7.6 שניות 110 דרמשטטיום  281mDs ~3.7 דקות 111 רנטגניום  282Rg 2.1 דקות 112 קופרניקיום  285mCn ~8.9 דקות 113 ניהוניום  286Nh 19.6 שניות 114 פלרוביום  289mFl ~1.1 דקות 115 מוסקוביום  289Mc 220 מילי-שניות 116 ליברמוריום  293Lv 61 מילי-שניות 117 טנסין  294Ts 78 מילי-שניות 118 אוגאנסון  294Og 890 מיקרו-שניות

 קישורים חיצוניים 

 Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability
 ?The Island of Stability
 משה נחמני, הוכן היסוד הכימי ה-117 בטבלה המחזורית, הידען, 16 באפריל 2010

 Viewpoint: Heavy into Stability

הערות שוליים

*
קטגוריה:איזוטופים
קטגוריה:פיזיקה גרעינית
קטגוריה:רדיואקטיביות