หมู่เกาะแห่งเสถียรภาพ
 | บทความนี้ต้องการตรวจสอบความถูกต้องจากผู้เชี่ยวชาญในเรื่องนั้น ๆ โปรดเพิ่มพารามิเตอร์ reason หรือ talk ลงในแม่แบบนี้เพื่ออธิบายปัญหาของบทความ |
ในเชิงฟิสิกส์นิวเคลียร์ หมู่เกาะแห่งเสถียรภาพ (อังกฤษ: island of stability) อธิบายถึงไอโซโทปของธาตุหลังยูเรเนียมหมู่หนึ่งที่ยังไม่เคยมีการค้นพบมาก่อนซึ่งคาดเดาว่าจะเสถียรกว่าธาตุกัมมันตรังสีอื่นๆ คาดว่าไอโซโทปของธาตุเหล่านี้จะสลายตัวช้ากว่าไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสีอื่นๆ โดยมีอายุยาวนานอย่างน้อยในหน่วยเป็นนาทีหรือวันเมื่อเปรียบเทียบกับไอโซโทปของธาตุกัมมันตรังสีบางธาตุที่มีอายุเพียงไม่กี่วินาทีหรือน้อยกว่านั้น บางไอโซโทปอาจมีครึ่งชีวิตหลายล้านปีทีเดียว[1]
สมมติฐานและที่มา
[แก้]แนวคิดความเป็นไปได้ที่จะมี "หมู่เกาะแห่งเสถียรภาพ" ได้ถูกเสนอครั้งแรกโดยเกลนน์ ที. ซีบอร์กในช่วงปลายทศวรรษที่ 1960[2] สมมติฐานได้กล่าวไว้ว่านิวเคลียสอะตอมได้ถูกสร้างขึ้นเป็นชั้นๆ ในรูปแบบที่คล้ายชั้นพลังงานของอิเล็กตรอนซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าในอะตอม ในกรณีทั้งสอง ชั้นพลังงานเหล่านี้เป็นเพียงระดับพลังงานควอนตัมที่อยู่ค่อนข้างใกล้กันเท่านั้น ระดับพลังงานของสภาวะควอนตัมในชั้นพลังงานสองชั้นที่ต่างกันจะถูกคั่นด้วยช่องโหว่พลังงานที่ค่อนข้างใหญ่ ดังนั้นเมื่อจำนวนนิวตรอนและโปรตอนได้เติมเต็มระดับพลังงานของชั้นพลังงานในนิวเคลียสที่กำหนดไว้ พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนจะเพิ่มสูงขึ้นจนถึงค่าสูงสุดเฉพาะที่ฉะนั้นการจัดเรียงอีเล็กตรอนนั้นๆ จะมีช่วงชีวิตที่ยาวนานกว่าไอโซโทปใกล้เคียงซึ่งไม่มีชั้นพลังงานที่ถูกเติมจนเต็ม[3]
ชั้นพลังงานที่ถูกเติมจนเต็มจะมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่เท่ากับเลขมหัศจรรย์ เลขมหัศจรรย์ที่เป็นไปได้สำหรับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสทรงกลมคือ 114, 120 และ 126 ซึ่งหมายความว่าไอโซโทปทรงกลมที่เสถียรที่สุดจะเป็น ฟลีโรเวียม-298, อูนไบนิลเลียม-304 และ อูนไบเฮกเซียม-310 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Ubh-310 ซึ่งมีเลขมหัศจรรย์คู่ (เนื่องจากเลขโปรตอนของมันเท่ากับ 126 และเลขนิวตรอนของมันเท่ากับ 184 ซึ่งคาดว่าเป็นเลขมหัศจรรย์) จึงน่าจะมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานมาก (ไอโซโทปที่มีนิวเคลียสทรงกลมและเลขมหัศจรรย์คู่ที่เบากว่าน่าจะเป็น ตะกั่ว-208 นิวเคลียสเสถียรที่หนักที่สุดและโลหะหนักที่เสถียรที่สุด)
ผลการวิจัยล่าสุดได้ชี้ให้เห็นว่านิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่นั้นมีลักษณะผิดเพี้ยนจากทรงกลมเป็นทรงรี จึงทำให้เลขมหัศจรรย์เปลี่ยนไป อาทิเช่น ณ ตอนนี้คาดว่า ฮัสเซียม-270 เป็นนิวเคลียสรูปทรงผิดเพี้ยนที่ "มหัศจรรย์สองเท่า" ด้วยเลขมหัศจรรย์คู่ที่ผิดเพี้ยน 108 และ 162[4][5] อย่างไรก็ตาม มันมีครึ่งชีวิตเพียง 3.6 วินาที[6]
ไอโซโทปที่มีจำนวนโปรตอนมากพอที่จะสามารถตั้งรากฐานไว้บนเกาะใดเกาะหนึ่งได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นแล้ว แต่ทว่าไอโซโทปเหล่านี้มีจำนวนนิวตรอนที่น้อยเกินกว่าที่จะสามารถวางมันลงบนแม้แต่ "ชายฝั่ง" รอบนอกของเกาะเสียอีก เป็นไปได้ที่ว่าธาตุเหล่านี้จะมีสมบัติทางเคมีที่แตกต่างจากธาตุอื่นๆ และถ้าธาตุเหล่านี้มีไอโซโทปที่มีช่วงชีวิตยาวพอ อาจสามารถนำไปใช้ได้หลายประการ (เช่นเป้าหมายในเครื่องเร่งอนุภาครวมถึงการนำไปใช้เป็นต้นกำเนิดนิวตรอนอีกด้วย)
ครึ่งชีวิตของธาตุที่มีหมายเลขสูงสุด
[แก้]ธาตุที่มีหมายเลขอะตอมเกิน 82 (ตะกั่ว) นั้นไม่เสถียร และเสถียรภาพ (ครึ่งชีวิตของไอโซโทปที่เสถียรที่สุด) โดยปกติจะค่อยๆ ลดลงตามลำดับด้วยหมายเลขอะตอมที่ค่อยๆ สูงขึ้น จากยูเรเนียม (92) ที่ค่อนข้างเสถียร สูงขึ้นไปถึงธาตุที่หนักที่สุดเท่าที่เคยค้นพบมา (118) โดยที่เสถียรภาพของธาตุเพิ่มขึ้นเล็กน้อยมากระหว่างธาตุที่ 110 ถึง 113 ซึ่งอาจเป็นจุดเริ่มต้นขอหมู่เกาะแห่งเสถียรภาพ ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของธาตุที่หนักที่สุดต่างๆ ได้ถูกจัดเรียงไว้ตามตารางนี้
(สำหรับธาตุที่ 109–110, 112–114 และ 116–118 ไอโซโทปที่เสถียรที่สุดจะเป็นไอโซโทปที่หนักที่สุดเท่าที่เคยค้นพบมาเสมอ จึงคาดว่าน่าจะยังมีไอโซโทปที่เสถียรกว่าในระหว่างไอโซโทปที่หนักกว่านี้)
เพื่อเป็นการเปรียบเทียบ ธาตุที่มีหมายเลขอะตอมต่ำกว่า 100 ที่มีช่วงชีวิตน้อยที่สุดคือแฟรนเซียม (ธาตุที่ 87) ด้วยครึ่งชีวิตเพียง 22 นาที
ครึ่งชีวิตของนิวเคลียสที่อยู่ภายในตัวเกาะแห่งเสถียรภาพนั้นยังไม่ทราบแน่ชัด เพราะว่ายังไม่มีการค้นพบไอโซโทปใดที่ "อยู่บนเกาะ" นักฟิสิกส์หลายคนคาดคิดว่าครึ่งชีวิตของไอโซโทปเหล่านี้น่าจะค่อนข้างสี้นเป็นนาทีหรือวัน[1] แต่การคำนวณในเชิงทฤษฎีได้บ่งบอกว่าครึ่งชีวิตของไอโซโทปพวกนั้นยาวนานถึง 109 ปี[ต้องการอ้างอิง]
ครึ่งชีวิตการสลายให้อนุภาคแอลฟาของนิวเคลียส 1,700 อัน ด้วย 100 ≤ Z ≤ 130 ได้ถูกคำนวณโดยแบบจำลองควอนตัมทันเนลลิ่งโดยค่าของ Q ของการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาทั้งในเชิงการทดลองและเชิงทฤษฎี[10][11][12][13][14][15] การคำนวณในเชิงทฤษฎีจึงไปด้วยกันได้กับผลการทดลอง [ไม่แน่ใจ ]
การสลายตัวที่รุนแรงกว่าซึ่งเป็นไปได้สำหรับธาตุที่หนักยิ่งยวดของยิ่งยวดได้ถูกแสดงให้เห็นโดยดอริน โพเอนารุว่าเป็นการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีแบบกลุ่ม[16]
เกาะแห่งความสัมพันธ์เสถียรภาพ
[แก้]232
Th(ทอเรียม) 235
Uและ 238
U(ยูเรเนียม) เป็นไอโซโทปที่พบเห็นในธรรมชาติเพียงไม่กี่ไอโซโทปเท่านั้นที่ค่อนข้างเสถียรที่อยู่หลังบิสมัทและมีครึ่งชีวิตยาวนานมากกว่าหรือใกล้เคียงกับอายุของจักรวาล บิสมัทได้ถูกค้นพบในปี 2546 ว่าไม่เสถียร และสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา ด้วยครึ่งชีวิตประมาณ 1.9×1019 ปีสำหรับ209
Biไอโซโทปหลังบิสมัทที่เหลือทั้งหมดนั้นค่อนข้างไม่เสถียรหรือไม่เสถียรมาก ดังนั้นตารางธาตุหลักจึงสิ้นสุดตรงนั้น (ตามความคล้ายคลึงกันทางภูมิศาสตร์จุดนั้นจะอยู่บริเวณขอบของทวีป อย่างไรก็ตาม ไหล่ทวีปนั้นดำเนินต่อไปอย่างไม่รู้จบ น้ำตื้นจะเริ่มต้นที่เรเดียมและค่อยตกลงไปอีกทีหลังแคลิฟอร์เนียม โดยมีเกาะที่สำคัญตั้งอยู่ที่ทอเรียมและยูเรเนียม และเกาะเล็กเกาะน้อยอย่างเช่นพลูโทเนียม ซึ่งเกาะทั้งหมดถูกล้อมรอบโดย "ทะเลแห่งความไม่เสถียร" [17] (อังกฤษ: sea of instability) โดยแสดงให้เห็นว่าธาตุเช่นแอสทาทีน เรดอน และ แฟรนเซียม มีความสัมพันธ์กับธาตุเบาทั้งหมด และยังมีครึ่งชีวิตที่น้อยมากีกดวย ยกเว้นธาตุหนักที่ถูกค้นพบมาแล้วทั้งหมดจนถึงตอนนี้
การตรวจสอบเชิงทฤษฎีเมื่อไม่นานมานี้ได้แสดงให้เห็นว่าในบริเวณ Z=106–108 and N≈160–164 "เกาะ/คาบสมุทร" สักแห่งอาจเสถียรโดยคำนึงถึงนิวเคลียร์ฟิชชั่นและการปล่อย β- ออกมา นิวเคลียสหนักยิ่งยวดเช่นนั้นสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคออกมาเท่านั้น[11][12][13]ยิ่งไปกว่านั้น 298
Flไม่ใช่ใจกลางของเกาะมหัศจรรย์ดังที่เคยคาดการณ์ไว้[18] ในทางตรงกันข้าม นิวเคลียสที่มี Z=110 และ N=183 (293
Ds) ดูเหมือนว่าจะอยู่ใกล้ใจกลางของ "เกาะมหัศจรรย์" ที่เป็นไปได้ (Z=104–116 และ N≈176–186) ในบริเวณ N≈162 268
Sgรอดชีวิตจากการสลายตัวแบบบีตา-เสถียรและนิวเคลียร์ฟิชชั่นและครึ่งชีวิตของการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟาที่ทำนายไว้ของไอโซโทปนี้อยู่ราว ~3.2 ชั่วโมง มากกว่า 270
Hs(~28 วินาที) ซึ่งมีนิวเคลียสรูปทรงผิดเพี้ยนที่มหัศจรรย์สองเท่า [19] อย่างไรก็ตาม นิวเคลียสหนักยิ่งยวด 268
Sgนั้นยังไม่เคยถูกสังเคราะห์ขึ้นในห้องทดลอง (พ.ศ. 2552) ส่วนสำหรับนิวเคลียสหนักยิ่งยวดที่ Z>116 และ N≈184 นั้นครึ่งชีวิตของการสลายตัวให้อนุภาคแอลฟานั้นได้ถูกทำนายว่าน่าจะต่ำกว่าหนึ่งวินาที นิวเคลียสที่ Z=120, 124, 126 และ N=184 นั้นน่าจะเป็นนิวเคลียสทรงกลมมหัศจรรย์คู่และเสถียรเมื่อคำนึงถึงนิวเคลียร์ฟิชชั่น[20]การคาดการณ์จากแบบจำลองควอนตัมทันเนลลิ่งได้แสดงให้เห็นว่านิวเคลียสที่หนักยิ่งยวดเช่นนั้นจะสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมาภายในไมโครวินาทีหรือน้อยกว่านั้น[11][12][13]
ปัญหาการสังเคราะห์
[แก้]![[icon]](/wiki/%E0%B9%84%E0%B8%9F%E0%B8%A5%E0%B9%8C:Wiki_letter_w_cropped.svg){kind=small} | ส่วนนี้รอเพิ่มเติมข้อมูล คุณสามารถช่วยเพิ่มข้อมูลส่วนนี้ได้ |
ดูเพิ่ม
[แก้]- ฟลีโรเวียม — อูนไบนิลเลียม — อูนไบเฮกเซียม
- ตารางไอโซโทป
- ตารางธาตุ และ ตารางธาตุ (ขยาย)
- เกาะแห่งการผกผัน
อ้างอิง
[แก้]- ↑ 1.0 1.1 "Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability" (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 11 ตุลาคม 2552.
{{cite web}}: ตรวจสอบค่าวันที่ใน:|accessdate=(help) - ↑ "The Island of Stability" (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 24 กรกฎาคม 2555.
{{cite web}}: ตรวจสอบค่าวันที่ใน:|accessdate=(help)[ลิงก์เสีย] - ↑ "Shell Model of Nucleus". HyperPhysics (ภาษาอังกฤษ). Department of Physics and Astronomy, Georgia State University. สืบค้นเมื่อ 22 มกราคม 2550.
{{cite web}}: ตรวจสอบค่าวันที่ใน:|accessdate=(help) - ↑ Dvořák, Jan (2007-07-12). "PhD. Thesis: Decay properties of nuclei close to Z = 108 and N = 162" (PDF). Technische Universität München. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2012-02-25. สืบค้นเมื่อ 2012-11-25.
- ↑ Dvorak, J.; Brüchle, W.; Chelnokov, M.; Dressler, R.; Düllmann, Ch.; Eberhardt, K.; Gorshkov, V.; Jäger, E.; Krücken, R. (2006). "Doubly Magic Nucleus Hs162-108-270". Physical Review Letters. 97 (24): 242501. Bibcode:2006PhRvL..97x2501D. doi:10.1103/PhysRevLett.97.242501. PMID 17280272.
- ↑ ดูการอ้างอิงที่ ฮัสเซียม
- ↑ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks ((Hardcover, First Edition) ed.). Oxford University Press. pp. (pages 143, 144, 458). ISBN 0-19-850340-7.
- ↑ Alexandra Witze (April 6, 2010). "Superheavy element 117 makes debut" (ภาษาอังกฤษ). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2010-04-09. สืบค้นเมื่อ 6 เมษายน 2553.
{{cite web}}: ตรวจสอบค่าวันที่ใน:|accessdate=(help) - ↑ http://www.rsc.org/chemistryworld/podcast/Interactive_Periodic_Table_Transcripts/Hassium.asp
- ↑ P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu (26 มกราคม 2549). "α decay half-lives of new superheavy elements". Phys. Rev. C. 73: 014612. arXiv:nucl-th/0507054. Bibcode:2006PhRvC..73a4612C. doi:10.1103/PhysRevC.73.014612.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ 11.0 11.1 11.2 C. Samanta, P. Roy Chowdhury and D.N. Basu (2007). "Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements". Nucl. Phys. A. 789: 142–154. arXiv:nucl-th/0703086. Bibcode:2007NuPhA.789..142S. doi:10.1016/j.nuclphysa.2007.04.001.
- ↑ 12.0 12.1 12.2 P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu (2551). "Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability". Phys. Rev. C. 77 (4): 044603. arXiv:0802.3837. Bibcode:2008PhRvC..77d4603C. doi:10.1103/PhysRevC.77.044603.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ 13.0 13.1 13.2 P. Roy Chowdhury, C. Samanta, and D. N. Basu (2008). "Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 < Z < 130". At. Data & Nucl. Data Tables. 94 (6): 781. arXiv:0802.4161. Bibcode:2008ADNDT..94..781C. doi:10.1016/j.adt.2008.01.003.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ P. Roy Chowdhury, D. N. Basu and C. Samanta (January 26, 2007). "α decay chains from element 113". Phys. Rev. C. 75 (4): 047306. arXiv:0704.3927. Bibcode:2007PhRvC..75d7306C. doi:10.1103/PhysRevC.75.047306.
- ↑ Chhanda Samanta, Devasish Narayan Basu, and Partha Roy Chowdhury (2550). "Quantum tunneling in 277112 and its alpha-decay chain". Journal of the Physical Society of Japan. 76 (12): 124201–124204. arXiv:0708.4355. Bibcode:2007JPSJ...76l4201S. doi:10.1143/JPSJ.76.124201.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ Dorin N Poenaru, R.A. Gherghescu, Walter Greiner (2011). "Heavy-Particle Radioactivity of Superheavy Nuclei". Phys. Rev. Lett. 107 (6): 062503. arXiv:1106.3271. Bibcode:2011PhRvL.107f2503P. doi:10.1103/PhysRevLett.107.062503.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ Note graphic: Known and predicted regions of nuclear stability, surrounded by a “sea” of instability. cf. the Chart of Nuclides เก็บถาวร 2011-07-21 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน by half-life.
- ↑ Sven Gösta Nilsson, Chin Fu Tsang, Adam Sobiczewski, Zdzislaw Szymaski, Slawomir Wycech, Christer Gustafson, Inger-Lena Lamm, Peter Möller and Björn Nilsson (February 14, 1969). "On the nuclear structure and stability of heavy and superheavy elements". Nuclear Physics A. 131 (1): 1–66. Bibcode:1969NuPhA.131....1N. doi:10.1016/0375-9474(69)90809-4.
{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์) - ↑ Dvořák, J.; Brüchle, W.; Chelnokov, M.; และคณะ (2006). "Doubly Magic Nucleus 270
108Hs
162". Physical Review Letters. 97 (24): 242501-1–242501-4. Bibcode:2006PhRvL..97x2501D. doi:10.1103/PhysRevLett.97.242501. PMID 17280272. - ↑ S. Cwiok, P.-H. Heenen and W. Nazarewicz (2005). "Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei" (PDF). Nature. 433 (7027): 705. Bibcode:2005Natur.433..705C. doi:10.1038/nature03336. PMID 15716943. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (PDF)เมื่อ 2010-06-23. สืบค้นเมื่อ 2012-12-04.