Остров на стабилноста

Во јадрената физика, островот на стабилноста е предвидена хипотетичка група на изотопи на супертешки елементи кои може да имаат значително подолг полураспад од познатите изотопи на овие елементи. Се предвидува дека ќе се појави како „остров“ во табелата со нуклиди, одделен од познатите стабилните и долговечни првобитни радионуклиди. Неговото теоретско постоење се припишува на стабилизирачките ефекти на предвидените „магични броеви“ на протони и неутрони во областа на супертешка маса.
Направени се неколку предвидувања во врска со точната местоположба на островот на стабилноста, иако генерално се смета дека се наоѓа во близина на изотопите на копернициум и флеровиум во близина на предвидената затворена неутронска обвивка на ''N.'' = 184. Овие модели силно покажуваат дека затворената обвивка ќе даде дополнителна стабилност кон цепење и алфа-распаѓање. Додека овие ефекти се очекува да бидат најголеми во близина на атомскиот број ''Z'' = 114 (флеровиум) и ''N'' = 184, регионот на зголемена стабилност се очекува да опфати неколку соседни елементи, а може да има и дополнителни острови на стабилност околу потешките јадра кои се двојно волшебни (имаат волшебни броеви и на протони и на неутрони). Проценките за стабилноста на нуклидите во рамките на островот обично се околу полураспад од минути или денови; некои оптимисти предлагаат полураспад од редот на милиони години.
Иако моделот на јадрената обвивка кој предвидува волшебни броеви постои уште од 1940-тите, постоењето на долговечни супертешки нуклиди не е дефинитивно докажано. Како и останатите супертешки елементи, нуклидите на островот на стабилност никогаш не биле пронајдени во природата; така, тие мора да се создадат вештачки преку јадрена реакција за да се проучуваат. Научниците не нашле начин да изведат таква реакција, бидејќи веројатно ќе бидат потребни нови видови реакции за да се населат јадрата во близина на средината на островот. Сепак, успешната синтеза на супертешки елементи до ''Z'' = 118 (оганесон) со до 177 неутрони покажува благ стабилизирачки ефект околу елементите 110 до 114 што може да продолжи во потешки изотопи, во согласност со постоењето на островот на стабилност.
1 Вовед
1.1 Нуклидна стабилност
Составот на нуклид (атомско јадро) се дефинира со бројот на протони ''Z'' и бројот на неутрони ''N'', кои се собираат на масениот број ''A.'' Протонскиот број ''Z'', наречен и атомски број, ја одредува положбата на елементот во периодниот систем на елементите. Околу 3300 познати нуклиди вообичаено се претставени во графикон со ''Z'' и ''N'' за неговите оски и полураспад за радиоактивното распаѓање означен за секој нестабилен нуклид (погледни слика). Од 2019 година, 251 нуклида се забележани како стабилни (никогаш не биле забележани да се распаѓаат); генерално, како што се зголемува бројот на протони, стабилните јадра имаат повисок сооднос неутрони-протон (повеќе неутрони по протон). Последниот елемент во периодниот систем кој има стабилен изотоп е олово (''З'' = 82), со стабилност (т.е. полураспад на најдолговечните изотопи) генерално се намалува кај потешките елементи, особено надвор од кириумот (''Z'' = 96). Полураспадот на јадрата, исто така, се намалува кога има неопределен однос неутрони-протон, така што добиените јадра имаат премалку или премногу неутрони за да бидат стабилни.
Стабилноста на јадрото се определува со неговата енергија на сврзување, повисоката енергија на врзување дава поголема стабилност. Енергијата на врзување по нуклеон се зголемува со атомскиот број до широко плато околу ''А'' = 60, а потоа се намалува. Доколку јадрото може да се подели на два дела кои имаат помала вкупна енергија (последица на масовниот дефект што произлегува од поголемата енергија на врзување), тоа е нестабилно. Јадрото може да се држи заедно за одредено време бидејќи постои потенцијална бариера што се спротивставува на расцепот, но оваа бариера може да се помине преку квантниот тунелски ефект. Колку е помала бариерата и масите на фрагментите, толку е поголема веројатноста за разделување по единица време.
Протоните во јадрото се врзани заедно со голема заемна сила, која го балансира Кулоновото одбивање помеѓу позитивно наелектризираните протони. Во потешките јадра, потребни се поголем број на ненаелектризирани неутрони за да се намали одбивноста и да се даде дополнителна стабилност. И покрај тоа, како што физичарите започнале да синтетизираат елементи кои не се наоѓаат во природата, тие откриле дека стабилноста се намалува како што јадрата започнале да стануваат потешки. Така, тие расправале дека периодниот систем може да дојде до својот крај. Откривачите на плутониумот (елементот 94) размислувале да го наречат „ултимиум“, мислејќи дека е последен. Следејќи ги откритијата на потешките елементи, од кои некои се распаѓале во микросекунди, се сметало дека нестабилноста во однос на спонтоното цепење ќе го ограничи постоењето на потешки елементи. Во 1939 година, горната граница на синтеза на потенцијални елементи била проценета околу елементот 104, и по првите откритија на задактинидни елементи во раните 1960-ти, ова горно гранично предвидување било проширено до елементот 108.
1.2 Волшебни броеви
Веќе во 1914 година, било предложено можното постоење на супертешки елементи со атомски броеви далеку од оној на ураниумот - тогаш најтешкиот познат елемент - кога германскиот физичар Ричард Свин предложил дека супертешки елементи околу ''Z.'' = 108 претставуваат извор на зрачење во космичките зраци. Иако тој не направил никакви дефинитивни набљудувања, тој во 1931 година поставил хипотеза дека задураниумските елементи околу ''Z.'' = 100 или ''Z'' = 108 може да бидат релативно долговечни и можеби постојат во природата. Во 1955 година, американскиот физичар Џон Арчибалд Вилер исто така предложил постоење на овие елементи; тој станал заслужен за првата употреба на терминот „супертежок елемент“ во труд од 1958 година објавен со Фредерик Вернер. Оваа идеја привлекла голем интерес дури една деценија подоцна, по подобрувањата во јадрениот слоест модел. Во овој модел, атомското јадро е изградено во „обвивки“, аналогно на електронските обвивки во атомите. Независно еден од друг, неутроните и протоните имаат енергетски нивоа кои вообичаено се блиску еден до друг, но откако ќе се пополни дадената обвивка, потребна е значително повеќе енергија за да се започне со полнење на следната. Така, енергијата на врзување по нуклеон достигнува локален максимум и јадрата со пополнети обвивки се постабилни од оние без пополнети обвивки. Оваа теорија за модел на јадрена обвивка потекнува од 1930-тите, но дури во 1949 година германските физичари Марија Геперт-Мајер и Јоханес Ханс Даниел Јенсен и соработниците самостојно ја смислиле точната формулација.
Броевите на нуклеоните за кои се пополнуваат обвивки се нарекуваат волшебни броеви. За неутроните се забележани волшебните броеви од 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126, а следниот број се предвидува да биде 184. Протоните ги делат првите шест од овие волшебни броеви, и 126 се предвидува како волшебен протонски број уште од 1940-тите. Нуклиди со волшебен број од секој - како што е 16<sup>0</sup> (''Z'' = 8, ''N'' = 8), <sup>132</sup>Sn (''Z'' = 50, ''N'' = 82), и <sup>208</sup>Pb (''Z'' = 82, ''N'' = 126) - се нарекуваат „двојно волшебни“ и се постабилни од блиските нуклиди како резултат на поголемите врзувачки енергии.
Во доцните 1960-ти, пософистицираните модели на обвивки биле формулирани од американскиот физичар Вилијам Мајерс и полскиот физичар Владислав Швитецки, и независно од германскиот физичар Хајнер Мелднер (1939-2019 ). Со овие модели, земајќи ја предвид Кулоновата одбивност, Мелднер предвидел дека следниот протонски волшебен број може да биде 114 наместо 126. Изгледа дека Мајерс и Свитецки го измислиле терминот „остров на стабилноста“, а американскиот хемичар Глен Сиборг, подоцна откривач на многу од супертешките елементи, брзо го усвоил терминот и го промовирал. Мајерс и Швитецки, исто така, предложиле некои супертешки јадра да бидат подолготрајни како последица на повисоките бариери за цепење. Понатамошните подобрувања во моделот на јадрена обвивка од советскиот физичар Вилен Струтински довеле до појава на макроскопско-микроскопски метод, модел на јадрена маса што ги зема предвид и мазните трендови карактеристични за моделот на пад на течноста и местните флуктуации како што се ефектите на обвивка. Овој пристап му овозможил на шведскиот физичар Свен Нилсон и соработниците, како и на други групи, да ги направат првите детални пресметки за стабилноста на јадрата во рамките на островот. Со појавата на овој модел, Струтински, Нилсон и други групи се расправале за постоењето на двојно магичен нуклид <sup>298</sup>Fl (''Z'' = 114, ''N'' = 184), наместо <sup>310</sup>Ubh (''Z'' = 126, ''N'' = 184) што се предвидувало дека е двоен волшебен уште во 1957 година. Последователно, проценките за волшебниот број на протон се движеле од 114 до 126, и сè уште нема консензус.
2 Откритија
+Најстабилни изотопи на супертешки елементи (''Z'' ≥ 104)
Елемент, Атомскиброј, Најстабиленизотоп, Полураспад
Објавени печати<ref, NUBASE 2020
Радерфордиум, 104, <sup>267</sup>Rf, data-sort- 48 мин<ref, data-sort- 2.5 h
Дубниум, 105, <sup>268</sup>Db, data-sort- 16 h<ref, data-sort- 1.2 d
Сиборгиум, 106, <sup>269</sup>Sg, data-sort- 14 мин, data-sort- 5 мин
Бориум, 107, <sup>270</sup>Bh, data-sort- 2.4 мин<ref, data-sort- 3.8 мин
Хасиум, 108, <sup>269</sup>Hs, data-sort- 9.7 s<ref, data-sort- 16 s
Мајтнериум, 109, <sup>278</sup>Mt, data-sort- 4.5 s, data-sort- 6 s
Дармштатиум, 110, <sup>281</sup>Ds, data-sort- 12.7 s, data-sort- 14 s
Рендгениум, 111, <sup>282</sup>Rg, data-sort- 1.7 мин, data-sort- 2.2 мин
Копернициум, 112, <sup>285</sup>Cn, data-sort- 28 s, data-sort- 30 s
Нихониум, 113, <sup>286</sup>Nh, data-sort- 9.5 s, data-sort- 12 s
Флеровиум, 114, <sup>289</sup>Fl, data-sort- 1.9 s, data-sort- 2.1 s
Московиум, 115, <sup>290</sup>Mc, data-sort- 650 ms, data-sort- 840 ms
Ливермориум, 116, <sup>293</sup>Lv, data-sort- 57 ms, data-sort- 70 ms
Тенесин, 117, <sup>294</sup>Ts, data-sort- 51 ms, data-sort- 70 ms
Оганесон, 118, <sup>294</sup>Og, data-sort- 690 μs, data-sort- 700 μs
Интересот за можен остров на стабилност започнал да се зголемува во текот на 1960-тите, бидејќи некои пресметки сугерирале дека тој може да содржи нуклиди со полураспад од милијарди години. Исто така, се предвидувало дека тие ќе бидат особено стабилни против спонтаното цепење и покрај нивната висока атомска маса.. Се сметало дека доколку таквите елементи постојат и се доволно долготрајни, може да има неколку нови употреби како последица на нивните јадрени и хемиски својства. Тие вклучуваат употреба како забрзувачи на честички како извори на неутрони, во јадреното оружје како последица на нивните предвидени ниски критични маси и големиот број на неутрони емитирани при цепење, и како јадрено гориво за напојување на вселенските мисии. Овие расправи довеле до тоа многу истражувачи да спроведат пребарување за супертешки елементи во 1960-тите и 1970-тите, и во природата и преку нуклеосинтезата во забрзувачите на честички.
Во текот на 1970-тите, биле спроведени многу пребарувања за долговечни супертешки јадра. Експериментите насочени кон синтетизирање на елементи со атомски број од 110 до 127 биле спроведени во лаборатории ширум светот. Овие елементи се барале во реакциите на соединување-испарување, во кои тешка цел направена од еден нуклид е озрачена од забрзани јони на друг во циклотрон, а нови нуклиди се произведуваат откако овие јадра се соединуваат и добиениот возбуден систем ослободува енергија со испарување на неколку честички (обично протони, неутрони). Овие реакции се поделени на „''ладна''“ и „''топла''“ фузија, кои соодветно создаваат системи со помали и повисоки енергии на возбудување; ова влијае на приносот на реакцијата. На пример, реакцијата помеѓу <sup>248</sup>Cm и <sup>40</sup>Ar се очекувало да даде изотопи на елементот 114, и дека помеѓу <sup>232</sup>Th и <sup>84</sup>Kr се очекувало да даде изотопи на елементот 126. Ниту еден од овие обиди не бил успешен, што покажува дека таквите експерименти можеби биле недоволно чувствителни доколку пресеците на реакцијата биле ниски - што резултирало со помали приноси - или дека било кое јадра достапно преку такви реакции на соединување-испарување може да биде премногу краткотрајно за откривање. Последователните успешни експерименти откриваат дека полураспадите и пресеците навистина се намалуваат со зголемување на атомскиот број, што резултира со синтеза на само неколку краткотрајни атоми од најтешките елементи во секој експеримент; Од 2022 година, највисокиот пријавен пресек за супертежок нуклид во близина на островот на стабилност е за 288Mc во реакцијата помеѓу <sup>243</sup>Am и <sup>48</sup>Ca.
Слични пребарувања во природата исто така биле неуспешни, сугерирајќи дека доколку навистина постојат супертешки елементи во природата, нивното изобилство е помало од 10<sup>−14</sup> молови на супертешки елементи по мол руда. И покрај овие неуспешни обиди да се набљудуваат долговечните супертешки јадра, нови супертешки елементи се синтетизирале на секои неколку години во лабораториите преку светлосно-јонско бомбардирање и реакции на ладно соединување; радерфордиум, првиот задактинид, бил откриен во 1969 година, а копернициум, осум протони поблиску до островот на стабилност, предвидени на Z. = 114, бил откриен до 1996 година. И покрај тоа што полураспадот на овие јадра е многу краток (од редот на секунди), самото постоење на елементи потешки од радерфордиумот е показател за стабилизирачките ефекти кои се смета дека се предизвикани од затворени обвивки; модел кој не ги разгледува таквите ефекти би го забранил постоењето на овие елементи поради брза спонтана фисија..
Флеровиумот, со очекуваните волшебни 114 протони, првпат бил синтетизиран во 1998 година во Заедничкиот институт за јадрени истражувања во Дубна, Русија, од група физичари предводени од Јуриј Оганесјан. Откриен е еден атом на елементот 114, со животен век од 30,4 секунди, а неговите распадни производи имале полураспад мерлив во минути. Бидејќи произведените јадра претрпеле алфа распаѓање наместо јадрено цепење, а полураспадите биле неколку реда по големина подолги од оние претходно предвидените или забележани за супертешки елементи, овој настан се сметал за „''учебнички пример''“ за ланец на распаѓање карактеристичен за островот на стабилност, обезбедувајќи силен доказ за постоењето на островот за стабилност на регионот. И покрај тоа што оригиналниот ланец од 1998 година не бил забележан повторно, и неговото назначување останува неизвесно, понатамошните успешни експерименти во следните две децении довеле до откривање на сите елементи до оганесон, за чиј полураспад било утврдено дека ги надминува првично предвидените вредности; овие својства на распаѓање дополнително го поддржуваат присуството на островот на стабилност. Сепак, едно проучување од 2021 година за ланците на распаѓање на изотопите на флеровиум сугерира дека не постои силен стабилизирачки ефект од Z = 114 во регионот на познати јадра (N = 174), и таа дополнителна стабилност би била претежно последица на затворањето на неутронската обвивка. Иако познатите јадра сè уште паѓаат неколку неутрони помалку од N = 184 каде што се очекува максимална стабилност (најбогатите со неутрони потврдени јадра, <sup>293</sup>Lv и <sup>294</sup>Ts, достигнуваат само N = 177), а точната местоположба во средината на островот останува непозната, трендот на зголемување на стабилноста поблиску до N = 184 е докажан. На пример, изотопот <sup>285</sup>Cn, со осум неутрони повеќе од <sup>277</sup>Cn, има полураспад речиси пет реда по големина подолг. Овој тренд се очекува да продолжи во непознати потешки изотопи во близина на затворањето на обвивката.
2.1 Деформирани јадра
Иако јадрата во рамките на островот на стабилност околу N = 184 се предвидува да бидат сферични, проучувањата од раните 1990-ти - почнувајќи со полските физичари Зигмунт Патик и Адам Собицевски во 1991 година - сугерираат дека некои супертешки елементи немаат совршено сферични јадра.. Промената на обликот на јадрото ја променува положбата на неутроните и протоните во обвивката. Истражувањата покажуваат дека големите јадра подалеку од сферичните магични броеви се деформирани, што предизвикува поместување на волшебните броеви или појавување на нови волшебни броеви. денешното теоретско истражување покажува дека во регионот Z = 106–108 и N ≈ 160-164, јадрата може да бидат поотпорни на цепење како последица на ефектите на обвивката за деформирани јадра; така, таквите супертешки јадра би доживеале единствено алфа распаѓање. Денес се верува дека Хасиум-270 е двојно волшебно деформирано јадро, со деформирани магични броеви Z = 108 и N = 162. Има полураспад од 9 секунди. Ова е во согласност со моделите кои ја земаат предвид деформираната природа на јадрата меѓу актинидите и островот на стабилност во близина на N = 184, во кој се појавува „полуостров“ на стабилност кај деформираните волшебни броеви Z = 108 и N = 162. Определување на својствата на распаѓање на соседните изотопи на хасиум и морето во близина на N = 162 обезбедува дополнителни силни докази за овој регион на релативна стабилност во деформираните јадра. Ова исто така силно сугерира дека островот на стабилност (за сферични јадра) не е целосно изолиран од регионот на стабилни јадра, туку дека двата региони наместо тоа се поврзани преку провлак од релативно стабилни деформирани јадра.
3 Предвидени својства на распаѓање
Полураспадот на јадрата на самиот остров на стабилност е непознат бидејќи ниту еден од нуклидите што би биле „на островот“ не е забележан. Голем број на физичари веруваат дека полураспадот на овие јадра е релативно краток, од редот на минути или денови. Некои теоретски пресметки покажуваат дека нивниот полураспад може да биде долг, од редот на 100 години, или можеби дури 109 години.
Затворањето на обвивката кај N = 184 се предвидува дека ќе резултира со подолги делумни полураспади за алфа распаѓање и спонтано цепење. Се верува дека затворањето на обвивката ќе резултира со повисоки бариери за цепење за јадрата околу <sup>298</sup>Fl, што силно ќе го попречи цепењето и можеби ќе резултира со полураспад за 30 реда на големина поголеми од оние на јадрата кои не се засегнати од затворањето на обвивката. На пример, изотопот <sup>284</sup>Fl со недостаток на неутрони (со N = 170) се подложува на цепење преку полураспад од 2,5 милисекунди и се смета дека е еден од нуклидите со најнеутронски дефицит со зголемена стабилност во близина на затворената обвивка со вредност N. = 184.
Надвор од оваа точка, се предвидува дека некои неоткриени изотопи ќе претрпат цепење со уште пократок полураспад ограничувајќи го постоењето и можното набљудување На тој начин, главната тешкотија е да се припишат распаѓањата на правилното родителско јадро, бидејќи супертежок атом што се распаѓа пред да стигне до детекторот воопшто нема да биде регистриран. на супертешки јадра далеку од островот на стабилност (имено за N < 170 како и за З > 120 и N > 184). Овие јадра може да претрпат алфа распаѓање или спонтано цепење за микросекунди или помалку, со некои полуживоти на цепење проценети од редот на 10-20 секунди во отсуство на бариери за цепење. Спротивно на тоа, <sup>298</sup>Fl (се предвидува дека се наоѓа во регионот на максимални ефекти на обвивата) може да има многу подолг полуживот на церпење, веројатно од редот на 10<sup>19</sup> години.
Во средината на островот, може да има конкуренција помеѓу алфа распаѓањето и спонтаното цепење , иако точниот сооднос зависи од моделот. Полураспадот на алфа-распаѓањето на 1700 јадра со 100 ≤ З ≤ 130 се пресметани во модел на квантно тунелирање и со експериментални и со теоретски Q-вредности на распаѓање на алфа, и се во согласност со набљудуваните полураспади за некои од најтешките изотопи..
Се предвидува дека најдолговечните нуклиди се наоѓаат на линијата на бета-стабилност, бидејќи бета-распаѓањето се предвидува да се натпреварува со другите начини на распаѓање во близина на предвидената средина на островот, особено за изотопи на елементите 111-115. За разлика од другите начини на распаѓање предвидени за овие нуклиди, бета распаѓањето не го менува масениот број. Наместо тоа, неутронот се претвора во протон или обратно, создавајќи соседен изобар поблиску до средината на стабилност (изобар со најмала вишок на маса). На пример, значајни гранки на бета распаѓање може да постојат во нуклиди како што се <sup>291</sup>Fl и <sup>291</sup>Nh; овие нуклиди имаат единствено неколку неутрони повеќе од познатите нуклиди и може да се распаѓаат преку „тесен пат“ кон средината на островот на стабилност. Можната улога на бета распаѓањето е многу неизвесна, бидејќи некои изотопи на овие елементи (како што се <sup>290</sup>Fl и <sup>293</sup>Mc) се предвидува да имаат пократок делумен полуживот за алфа распаѓање. Бета распаѓањето би ја намалило конкуренцијата и би резултирало алфа распаѓањето да остане доминантен канал на распаѓање, освен доколку не постои дополнителна стабилност кон алфа распаѓањето кај супердеформираните изомери на овие нуклиди.
Земајќи ги предвид сите начини на распаѓање, различни модели укажуваат на поместување на средината на островот (т.е. најдолговечниот нуклид) од <sup>298</sup>Fl на помал атомски број и конкуренција помеѓу алфа распаѓањето и спонтано цепење кај овие нуклиди; тие вклучуваат 100-годишен полураспад за <sup>291</sup>Cn и <sup>293</sup>Cn, 1000 години полураспад за <sup>296</sup>Cn, 300 години полураспад за <sup>294</sup>Ds, и 3500 години полураспад за <sup>293</sup>Ds, со <sup>294</sup>Ds и <sup>296</sup>Cn точно на N = 184. Исто така, се претпоставува дека овој регион има зголемена стабилност за елементите со 112 ≤ З ≤ 118 наместо тоа може да биде последица на јадрена деформација, и дека вистинската средина на островот на стабилност за сферични супертешки јадра лежи околу <sup>306</sup>Ubb (''Z'' = 122, ''N'' = 184). Овој модел го дефинира островот на стабилност како регион со најголема отпорност на цепење наместо најдолг вкупен полураспад; нуклидот <sup>306</sup>Ubb сè уште се предвидува да има краток полураспад во однос на алфа распаѓањето. Островот на стабилност за сферични јадра може да биде и „корален гребен“ (т.е. широк регион со зголемена стабилност без јасен „врв“) околу N. = 184 и 114 ≤ З ≤ 120, со полураспад што брзо се намалува при поголем атомски број, поради комбинираните ефекти од затворањето на протонската и неутронската обвивка.
Друг потенцијално значаен начин на распаѓање за најтешките супертешки елементи бил предложен да биде распаѓањето на кластерот од романските физичари Дорин Н. Поенару и Раду А. Гергеску и германскиот физичар Валтер Грајнер. Неговиот сооднос на разгранување во однос на алфа распаѓањето се очекува да се зголеми преку атомскиот број така што може да се натпреварува со алфа распаѓањето околу Z = 120, и можеби ќе стане доминантен начин на распаѓање за потешки нуклиди околу Z = 124. Како таков, се очекува да игра поголема улога надвор од средината на островот на стабилност (иако сè уште е под влијание на ефектите на обвивката), освен доколку средината на островот не лежи на поголем атомски број од предвиденото..
4 Можна природна појава
Иако полураспадот од стотици или илјадници години би бил релативно долг за супертешките елементи, тие се премногу кратки за таквите нуклиди да постојат провобитно на Земјата. Дополнително, нестабилноста на јадрата меѓу примордијалните актиниди (<sup>232</sup>Th, <sup>235</sup>U, and <sup>238</sup>U) и островот на стабилност може да го спречи производството на јадра во островот во нуклеосинтезата на r -процесот. Различни модели сугерираат дека спонтаното цепење ќе биде доминантен начин на распаѓање на јадрата со А > 280, и тоа цепење индуцирано од неутрони или бета-одложено цепење - соодветно зафаќање на неутрони и бета распаѓање веднаш проследено со цепење - ќе станат примарни канали за реакција. Како резултат на тоа, бета распаѓањето кон островот на стабилност може да се случи само во многу тесен пат или може да биде целосно блокиран со цепење, со што се исклучува синтезата на нуклиди во рамките на островот. Ненабљудувањето на супертешки нуклиди како што се <sup>292</sup>Hs and <sup>298</sup>Fl во природата се смета дека е последица на нискиот принос во r -процесот што произлегува од овој механизам, како и полураспадот премногу краток за да се дозволи мерливи количини да опстојуваат во природата.
Различни проучувања кои користат акцелераторска масена спектроскопија и кристални сцинтилатори ги објавиле горните граници на природното изобилство на таквите долговечни супертешки јадра од редот од 10-14во однос на нивните стабилни хомологи.
И покрај овие пречки за нивната синтеза, проучувањето од 2013 година кое било објавено од страна на група руски физичари предводени од Валериј Загребаев предлага дека најдолговечните изотопи на копернициум може да се појават со изобилство од 10<sup>−12</sup> во однос на оловото, при што тие може да се детектираат во космичките зраци. Слично на тоа, во експеримент од 2013 година, група руски физичари предводени од Александар Багулја објавиле можно набљудување на три космогени супертешки јадра во кристали на оливин во метеорити. Атомскиот број на овие јадра се проценува дека е помеѓу 105 и 130, со едно јадро веројатно ограничено помеѓу 113 и 129, а нивниот животен век се проценува на најмалку 3.000 години. Иако оваа опсервација допрва треба да биде потврдена во независни проучувања, таа силно укажува на постоење на островот на стабилност и е во согласност со теоретските пресметки за полураспад на овие нуклиди.
Распаѓањето на тешки, долговечни елементи на островот на стабилност е предложено објаснување за невообичаеното присуство на краткотрајните радиоактивни изотопи забележани во ѕвездата на Пшибилски.
5 Синтеза и тешкотии
Производството на јадра на островот на стабилност се покажува како многу тешко бидејќи јадрата достапни како почетни материјали не ја испорачуваат потребната сума на неутрони. Радиоактивните јонски зраци (како <sup>44</sup>S) во комбинација со цели на актиниди (како што се <sup>24</sup>Cm) може да овозможат производство на повеќе јадра богати со неутрони поблиску до средината на островот на стабилност, иако таквите зраци моментално не се достапни во потребниот интензитет за спроведување на такви експерименти. Неколку потешки изотопи, како што се <sup>250</sup>Cm и <sup>254</sup>Es, сè уште можат да бидат употребливи како цели, што овозможува производство на изотопи со еден или два неутрони повеќе од познатите изотопи, иако производството на неколку милиграми од овие ретки изотопи за да се создаде цел е тешко. Исто така, може да биде можно да се испитаат алтернативни канали за реакција во истите 48Ca -индуцирани реакции на соединување-испарување кои ги населуваат најбогатите со неутрони познати изотопи, имено оние со пониска енергија на возбудена состојба (што резултира со помалку неутрони кои се емитуваат за време на де-ексцитација), или оние кои вклучуваат испарување на наелектризирани неутрони честички или ''п.''''αxn'', испарувајќи алфа честичка и неколку неутрони). Ова може да овозможи синтеза на изотопи збогатени со неутрони на елементите 111-117. Иако предвидените пресеци се од редот од 1-900 fb, помала отколку кога се испаруваат само неутроните (''xn'' канали), сепак може да биде можно да се генерираат инаку недостижни изотопи на супертешки елементи во овие реакции. Некои од овие потешки изотопи (како што се <sup>291</sup>Mc, <sup>291</sup>Fl и <sup>291</sup>Nh), исто така, може да подлежат на електронски зафат (претворање на протон во неутрон) покрај алфа распаѓањето со релативно долги полураспади, распаѓање до јадра како <sup>291</sup>Cn за кои се предвидува дека е блиску до средината на островот да лежи. Сепак, ова останува во голема мера хипотетичко мислење бидејќи сè уште не се синтетизирани супертешки јадра во близина на линијата за бета-стабилност и предвидувањата за нивните својства значително се разликуваат кај различни модели. Во 2024 година, тим истражувачи од Обединет институт за јадрен истражувања забележале еден ланец на распаѓање на познатиот изотоп <sup>289</sup>Mc како производ во каналот ''p2n'' на реакцијата помеѓу <sup>242</sup>Pu и <sup>50</sup>Ti, експеримент насочен кон изотопи на црн дроб со дефицит на неутрони. Ова било првиот успешен извештај за излезниот канал со наелектризирани честички во реакција на топло јадрено соединување помеѓу целта на актинид и проектил со ''Z'' ≥ 20.
Процесот на бавен неутронски зафат што се користи за производство на нуклиди тешки до <sup>257</sup>Fm е блокиран од краткотрајните изотопи на фермиумот кои се подложени на спонтано соединување (на пример, <sup>258</sup>Fm има полураспад од 370 μs); ова е познато како „фермиумов јаз“ и спречува синтеза на потешки елементи при таква реакција. Можеби е можно да се заобиколи овој јаз, како и друг предвиден регион на нестабилност околу ''А'' = 275 и ''Z'' = 104–108, во серија контролирани јадрени експлозии со повисок неутронски флукс (околу илјада пати поголем од флуксот во постоечките реактори) што го имитира астрофизичкиот ''r'' -процес. Првпат предложена во 1972 година од Мелднер, таквата реакција може да овозможи производство на макроскопски количини на супертешки елементи во рамките на островот на стабилност; Улогата на јадреното соединување кај среднотешките нуклиди е многу неизвесна и може силно да влијае на приносот на таквата реакција.
Исто така, можно е да се генерираат изотопи на островот на стабилност, како што е <sup>298</sup>Fl во преносни реакции на повеќе нуклеони при судири на ниско-енергетски јадра на актиноиди (како што се <sup>238</sup>U и <sup>248</sup>Cm). Овој инверзен механизам (делумно соединување проследено со цепење, со оддалечување од масовна рамнотежа што резултира со повеќе асиметрични производи) може да обезбеди пат до островот на стабилност доколку влијанието на обвивката околу ''Z'' = 114 е доволно силно, иако полесни елементи како што се нобелиум и сиборгиум (''Z'' = 102-106) се предвидува дека ќе имаат повисоки приноси. Прелиминарни проучувања на <sup>238</sup>U + <sup>238</sup>U и <sup>238</sup>U + Преносните реакции од <sup>248</sup>Cm не успеале да произведат елементи потешки од менделевиумот (''Z'' = 101), иако зголемениот принос во последната реакција сугерира дека употребата на уште потешки цели како што е <sup>254</sup> Es (ако е достапно) може да овозможи производство на супертешки елементи. Овој резултат е поддржан од подоцнежна пресметка која сугерира дека приносот на супертешки нуклиди (со ''Z'' ≤ 109) најверојатно ќе бидат повисоки во преносните реакции користејќи потешки цели. Проучување од 2018 година на <sup>238</sup>U + <sup>232</sup> Реакцијата во Тексас А&amp;amp;М Циклотрон Институт од Сара Вуеншел и сор. пронајдени неколку непознати алфа распаѓања кои можеби се припишуваат на нови изотопи кои се богати со неутрони на супертешки елементи со 104 < Z < 116, иако е потребно дополнително истражување за недвосмислено да се одреди атомскиот број на производите. Овој резултат силно сугерира дека ефектите на обвивката имаат значително влијание врз пресеците и дека островот на стабилност би можел да се достигне во идните експерименти со преносни реакции.
6 Други острови на стабилност
Понатамошно затворање на обвивката надвор од главниот остров на стабилност во близина на ''Z'' = 112-114 може да доведе до дополнителни острови на стабилност. Иако предвидувањата за местоположбата на следните магични броеви значително се разликуваат, се смета дека постојат два значајни потешки острови со двојно волшебни јадра; првиот во близина на <sup>354</sup>126 (со 228 неутрони) и вториот во близина на <sup>472</sup>164 или <sup>482</sup>164 (со 308 или 318 неутрони). Нуклидите во овие два острова на стабилност може да бидат особено отпорни на спонтано цепење и имаат полуживот на алфа распаѓање мерливи со години, со што имаат споредлива стабилност со елементите во близина на флеровиумот. Други региони со релативна стабилност, исто така, може да се појават со послаби затворања на протонска обвивка во бета-стабилни нуклиди; таквите можности вклучуваат региони во близина на <sup>342</sup>126 и <sup>462</sup>154. Значително поголема електромагнетна одбивност помеѓу протоните во таквите тешки јадра може во голема мера да ја намали нивната стабилност и можеби да го ограничи нивното постоење на локализирани острови во близина на ефектите на обвивката. Ова може да има последица на изолирање на овие острови од главната карта на нуклиди, бидејќи посредни нуклиди, а можеби и елементи во „морето на нестабилност“ брзо би претрпеле цепење и суштински не постојат. Исто така, можно е дека надвор од регионот на релативна стабилност околу елементот 126, потешките јадра да се наоѓаат над прагот на цепење даден и на тој начин ќе подлежат на тоа со многу краток век на траење, што ги прави суштински непостоечки дури и во близина на поголеми волшебни броеви.
Исто така, се претпоставува дека во регионот надвор од ''А'' > 300, може да постои цел „ континент на стабилност“ кој се состои од хипотетичка фаза на стабилна кварковна материја, која содржи кваркови што слободно течат нагоре и надолу наместо кваркови врзани во протони и неутрони. Таков облик на материја е теоретизиран дека е основна состојба на барионска материја со поголема енергија на врзување по барион од јадрената материја, што го фаворизира распаѓањето на јадрената материја над овој праг на маса во кварковна материја. Доколку постои оваа состојба на материјата, таа веројатно би можела да се синтетизира во истите јадрени соединувања што доведуваат до нормални супертешки јадра и би се стабилизирала против цепење како последица на нејзиното посилно поврзување што е доволно за да се надмине Кулоновата одбивност.
7 Наводи
7.1 Библиографија
*****