Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Жидкий литий избавил ионы в пучке от лишних электронов
Новый метод отделения электронов позволил поднять мощность пучка ионов, предназначенного для синтеза изотопов с необычными соотношениями чисел протонов и нейтронов.
В стабильных изотопах количество нейтронов обычно варьируется в пределах нескольких штук, а у радиоактивных оно может изменяться в гораздо более широких пределах. К примеру, у стабильных изотопов никеля бывает от 30 до 36 нейтронов, а у радиоактивных — от 20 до 52. Если расположить все известные изотопы на карте, по осям которой отложены количества протонов и нейтронов, получится узкий «хребет стабильности» и широкие «отмели» радиоактивных изотопов.
Число возможных радиоактивных изотопов может составлять около шести тысяч, и пока ученые синтезировали лишь около половины из них. Изучение нестабильных изотопов с большим дисбалансом протонов и нейтронов представляет большой интерес — исследуя особенности их распада, физики шаг за шагом совершенствуют описание сил, удерживающих ядра воедино.
Изучать такие изотопы приходится буквально «на лету» — период их полураспада обычно составляет от десятых до тысячных долей секунды (но бывает и намного меньше). В 2022 году к этой работе приступила лаборатория FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) университета штата Мичиган (Michigan State University).
Процесс получения нестабильных изотопов в лаборатории FRIB реализован следующим образом. Сначала из тяжелого элемента, такого, как ксенон или уран, получают ионы, которые разгоняют и направляют в отделитель электронов (charge stripper). В нем ионы лишаются почти всех электронов и направляются в основной ускоритель, а оттуда пучок ионов попадает в мишень.
Сталкиваясь с ядрами мишени на скорости до половины световой, ядра пучка «разлетаются» на крупные фрагменты, которые сортируют магнитным полем и направляют в ловушку, окруженную детекторами распада. По энергиям и типам испущенных частиц ученые восстанавливают структуру ядра.
Сложность поджидала разработчиков новой установки на этапе отделения электронов, которое необходимо для повышения заряда ионов и эффективности их разгона перед мишенью. При столкновениях образуются ядра с самым разнообразным содержанием протонов и нейтронов, но многие изотопы при этом образуются слишком редко. Чтобы повысить темп их образования, нужно поднимать ток пучка ионов, а отделитель электронов этого не выдерживает.
В менее мощных ускорителях отделитель электронов состоит из графитовой фольги, но пролетая через нее, ионы разрушают кристаллическую структуру графита. Оказалось, что в пучке FRIB графит выгорает слишком быстро.
Исследователи во главе с Такудзи Канемурой (Takuji Kanemura) изобрели самовосстанавливающийся отделитель электронов, который обошел ограничение по мощности пучка. Для этого они использовали мощный поток расплавленного лития. Выбор именно этого металла связан с двумя факторами — легкие атомы лития не способны сильно рассеять летящий сквозь него пучок тяжелых ионов, а высокая температура его кипения предотвращает нарушение вакуума, который необходим для поддержания пучка.
В жидкометаллическом отделителе электронов струя расплавленного лития выходит из сопла и ударяется о край дефлектора, который превращает ее в пленку толщиной 10 — 20 микрометров, летящую со скоростью до 180 километров в час. Пучок проходит через эту пленку, но каждый объем расплава подвергается его действию лишь на очень короткое время, и не успевает нагреться и вскипеть. С помощью литиевого отделителя исследователи смогли поднять мощность пучка до 400 киловатт.
Похожее решение используется в сверхъярких рентгеновских трубках. Их анод представляет собой струю металлического галлия, способную выдержать сфокусированный электронный луч такой мощности, которая испарила бы даже самые тугоплавкие материалы.
Применение редких радиоактивных изотопов не ограничивается изучением ядерных сил. В установке FRIB образуется огромное количество изотопов — в том числе использующихся в ядерной медицине и других областях, — и ученые планируют собирать их для дальнейшего применения.
Кроме того, этот способ получения радиоактивных ядер может пригодиться при достижении «острова стабильности» на карте изотопов, который содержит сверхтяжелые элементы с интереснейшими химическими свойствами. К настоящему моменту ученые достигли только нестабильного нейтронно-недостаточного края этого «острова». В его центре могут отыскаться изотопы с периодами полураспада в миллионы лет, но продвинуться вглубь не дает проблема нейтронной недостаточности.
Обычно сверхтяжелые элементы синтезируют, бомбардируя трансурановую мишень легкими ядрами, и все достаточно устойчивые изотопы, из которых можно заранее приготовить «снаряды» и мишени, содержат слишком малые доли нейтронов. Нестабильные ядра могут содержать гораздо больше нейтронов: если удастся синтезировать их в достаточном количестве «на лету» и тут же отправлять в мишень, проблема нейтронного недостатка может оказаться преодоленной.
Telegram 
Дзен 
VK В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
Жизнь в суровых условиях вечной мерзлоты — вызов даже для бактерий. Для нее требуются уникальные адаптации к холоду и другим стрессовым факторам. В новом исследовании ученые МФТИ с коллегами описали белки Exiguobacterium sibiricum — бактерии, найденной в многолетнемерзлых породах на северо-востоке Сибири. Исследователи выяснили, как набор белков в мембране микроба зависит от температуры, при которой его культивируют.
Десятки странных архитектурных структур, обнаруженных в тропических лесах Юкатана, когда-то были не ритуальными сооружениями майя, а рынками с рядами прилавков, пришли к выводу археологи.
В разрыве протопланетного диска звезды WISPIT 2 ученые разглядели зарождающуюся планету. Это уже второй гигант в этом формирующемся «семействе», что делает его крайне похожим на молодую Солнечную систему.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии