Tiedotteet

Näytä tiedotekategoriat

Etusivu » Tiedotteet » Tiede ja tutkimus » Ydinmallien ennusteet isotooppien lukumäärästä tarkentuneet

Suomen Akatemia

Ydinmallien ennusteet isotooppien lukumäärästä tarkentuneet

Tiedote.
Julkaistu: 28.06.2012 klo 10:21
Julkaisija: Suomen Akatemia

Kansainvälinen tutkijaryhmä on selvittänyt atomin ytimen eri isotooppien mahdollisen lukumäärän. Tutkimuksessa käytetyt eri mallit antoivat yhdenmukaisen kuvan rajalinjan sijainnista eri alkuaineille. Osa tutkimuksesta suoritettiin Jyväskylän yliopiston fysiikanlaitoksella, ydinfysiikan tutkimuksen huippuyksikössä ja FiDiPro-tutkimusryhmässä. Tulokset on julkaistu 28.6.2012 Nature-lehdessä.

Tutkimuksessa selvisi että erilaisia protoni- ja neutroniluku kombinaatioita, eli isotooppeja, on sidotuille ytimille olemassa noin 7000 kappaletta, kun protoniluvussa rajoitutaan maksimissaan 120:een. Suurinta osa näistä isotoopeista ei ole vielä kokeellisesti havaittu. Aiemmat arviot kaikkien isotooppien lukumäärästä vaihtelivat 5000 ja 12000 välillä.

Professori Witold Nazarewiczin (University of Tennessee ja Oak Ridge National Laboratory) johtama tutkimusryhmä sovelsi tiheysfunktionaaliteoriana tunnettua kvanttimekaanista teoriaa ydinlaskuissa, käyttäen kuutta hyvin testattua eri mallia ydinvuorovaikutukselle. Suoritetut laskut identifioivat ns. driplinet, eli rajalinjat, joiden jälkeen ydin ei voi enää sitoa lisää rajalinjaa vastaavia hiukkasia. Tietyn varausluvun omaavaan ytimeen ei voida lisätä rajattomasti neutroneja. Lisättäessä yhä enemmän ja enemmän neutroneja neutronirikkaaseen ytimeen, energia joka vaaditaan yksittäisen neutronin irrottamiseen käy yhä pienemmäksi.

Kun yksittäisen neutronin irrottamiseen vaadittu energia on nolla tai negatiivinen, on päädytty ns. neutroni-rajalinjalle. Tällöin ydin ei voi enää sitoa ylimääräistä lisättyä neutronia, vaan se lentää pois ytimestä. Vastaavasti ytimeen ei voida lisätä määrättä protoneja kun neutroniluku pidetään vakiona, sillä lopulta päädytään ns. protoni-rajalinjalle. Näiden rajalinjojen, etenkin neutroni-rajalinjan, sijainti ydinkartalla määritetään usein teoreettisten ennusteiden kautta ekstrapoloimalla olemassa olevia malleja.

Neutroni-rajalinja on määritetty kokeellisesti vain muutamalle kevyimmälle alkuaineelle, kun taas protoni-rajalinja tunnetaan varsin hyvin isolle osalle alkuaineista. Koska käytettyjä malleja ekstrapoloitiin kokeellisesti tunnettujen ytimien alueelta hyvin neutronirikkaisiin ytimiin, sisältävät ne monia epävarmuuksia. Näiden epävarmuuksien suuruuden määrittäminen oli yksi tutkimuksen oleellisista pääkohdista.

Mitä lähempänä isotooppi on rajalinjaa, sitä nopeammin se hajoaa stabiilimmaksi isotoopiksi. Lopulta kaikki nämä isotoopit hajoavat joksikin yhdestä 288 isotoopista, jotka sijaitsevat ns. beetta-stabiilisuuden laaksossa. Näiden stabiilien isotooppien puoliintumisaika on pidempi kuin Aurinkokunnan odotettu elinikä.

Vaativat mallinnukset vihdoin mahdollisia

Kokeellisesti havaittuja eri protoni- ja neutronilukukombinaation omaavia ytimiä tunnetaan tällä hetkellä noin 3000. Vaikka raskaampia, hyvin neutronirikkaita ytimiä ei vielä pystytä tuottamaan laboratorioissa, on niillä silti oleellinen merkitys esimerkiksi tähtien alkuainetuotannolle.

Supernovaräjähdyksen neutronirikkaassa ympäristössä nämä ytimet voivat esiintyä hetken ajan, hajoten sitten lopulta stabiileimmiksi isotoopeiksi. Esimerkiksi mallinnukset omaan aurinkokuntamme liittyvästä alkuainesynteesistä tarvitsevat tietoa näistä neutronirikkaista ytimistä.

Ydinlaskuissa käytettiin ORNL:n Jaguar-supertietokonetta. Laskujen vaatiman suuren laskukapasiteetin vuoksi vastaavaa systemaattista mallinnusta koko ydinkartan alueelle ei olisi muutamia vuosia sitten voitu suorittaa.

 

Lisätietoja:

Markus Kortelainen
email: etunimi.sukunimi (at) jyu.fi

 

Julkaisu:

 Jochen Erler, Noah Birge, Markus Kortelainen, Witold Nazarewicz, Erik Olsen, Alexander M. Perhac, Mario Stoitsov, The limits of the nuclear landscape, Nature 486, 509-512 (28 June 2012), http://dx.doi.org/10.1038/nature11188

 

Suomen Akatemian viestintä
Juho Karjalainen
puh. +358 40 670 7755
etunimi.sukunimi(at)aka.fi

Suomen Akatemian verkkosivut www.aka.fi

Tutustu julkaisijan muuhun lehdistöaineistoon

Hae kategoriasta

ePressin asiakkaita
Trafi Radisson Blu Tellabs