แนะนำไอโซโทปใหม่: Mendelevium-244

Mendelevium ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ของ Berkeley Lab ในปี 1955 และเป็นหนึ่งในองค์ประกอบอื่นๆ อีก 16 รายการที่นักวิทยาศาสตร์ของ Berkeley Lab ค้นพบหรือช่วยในการค้นพบ ไอโซโทปเป็นรูปแบบหนึ่งของธาตุที่มีนิวตรอน (อนุภาคไม่มีประจุ) ในนิวเคลียสของอะตอมมากกว่าหรือน้อยกว่าธาตุในรูปแบบอื่น ในการค้นพบครั้งล่าสุด ทีมงานใช้ Cyclotron ขนาด 88 นิ้วของ Berkeley Lab ซึ่งเร่งลำแสงอันทรงพลังของอนุภาคมีประจุไปที่เป้าหมายเพื่อสร้างอะตอมของธาตุที่หนักกว่า เพื่อสร้าง Mendelevium-244 ไซโคลตรอนเป็นเครื่องเร่งอนุภาคประเภทหนึ่งซึ่งคิดค้นโดยเออร์เนสต์ โอ. ลอว์เรนซ์ ผู้ก่อตั้งห้องแล็บในปี พ.ศ. 2473 ทีมที่นำโดย Berkeley Lab ได้ค้นพบไอโซโทปของเมนเดเลเวียม 12 จาก 17 ไอโซโทป และค้นพบไอโซโทปทั้งหมด 640 ไอโซโทป ซึ่งประมาณหนึ่งในห้าของไอโซโทปที่รู้จักทั้งหมด และนับเป็นจำนวนที่สูงที่สุดสำหรับสถาบันเดียว ณ สิ้นปี 2562 มีไอโซโทปที่รู้จัก 3,308 รายการ การค้นพบไอโซโทปใหม่นี้เป็นครั้งแรกโดยทีมงานที่นำโดย Berkeley Lab ตั้งแต่ปี 2010 Jennifer Pore นักวิทยาศาสตร์โครงการ Berkeley Lab ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษารายละเอียดการค้นพบไอโซโทปกล่าวว่า "การค้นพบไอโซโทปของเมนเดเลเวียมชนิดใหม่นี้เป็นเรื่องท้าทาย เพราะไอโซโทปของเมนเดเลเวียมที่อยู่ใกล้เคียงทั้งหมดมีคุณสมบัติการสลายตัวที่คล้ายคลึงกันมาก" การสลายตัวของรังสีอัลฟ่าอธิบายถึงกระบวนการที่ธาตุกัมมันตภาพรังสี เช่น เมนเดเลเวียมแตกตัวเป็นธาตุที่เบากว่าเมื่อเวลาผ่านไป โดยรวมแล้ว ทีมงานวัดคุณสมบัติของ 10 อะตอม ของเมนเดเลเวียม-244 สำหรับการศึกษา ซึ่งปรากฏในวารสารPhysical Review Letters ในปัจจุบัน "แต่ละไอโซโทปแสดงถึงการรวมกันของโปรตอนและนิวตรอน" Pore กล่าว "เมื่อมีการค้นพบไอโซโทปใหม่ การรวมตัวเฉพาะของโปรตอน (อนุภาคที่มีประจุบวก) และนิวตรอนนั้นไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน การศึกษาเกี่ยวกับการผสมผสานที่รุนแรงเหล่านี้มีความสำคัญต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสสารนิวเคลียร์ทั้งหมด" นอกจากการค้นพบไอโซโทปใหม่แล้ว ผลงานของทีมวิจัยยังได้ให้หลักฐานโดยตรงชิ้นแรกสำหรับกระบวนการสลายตัวที่เกี่ยวข้องกับไอโซโทปของธาตุเบอร์คีเลียม ทีมงานประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์จาก UC Berkeley, Lawrence Livermore National Laboratory, San Jose State University และ Lund University ของสวีเดน นักวิจัยพบหลักฐานว่าเมนเดเลเวียม-244 มีห่วงโซ่การสลายตัวที่แยกจากกัน 2 สาย แต่ละช่วงมีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกัน: 0.4 วินาทีและ 6 วินาที โดยขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าพลังงานที่แตกต่างกันของอนุภาคในนิวเคลียส ครึ่งชีวิตคือเวลาที่จำนวนอะตอมของธาตุกัมมันตรังสีจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่อนิวเคลียสของธาตุเหล่านั้นสลายตัวไปสู่นิวเคลียสอื่นที่เบากว่า ในการตรวจวัดแยกต่างหากจากการศึกษาเดียวกัน นักวิจัยพบหลักฐานแรกสำหรับกระบวนการสลายตัวแบบแอลฟาของเบอร์คีเลียม-236 ซึ่งเป็นไอโซโทปของธาตุเบอร์คีเลียม ขณะที่มันเปลี่ยนรูปเป็นอะเมริเซียม-232 ซึ่งเป็น ไอโซโทป ที่เบากว่าเล็กน้อย Berkelium ถูกค้นพบในปี 1949 โดยทีมงาน Berkeley Lab ศูนย์กลางของการค้นพบไอโซโทปคือเครื่องมือที่ไซโคลตรอนขนาด 88 นิ้วที่เรียกว่า FIONA หรือสำหรับการระบุนิวไคลด์เอ "A" ใน FIONA แสดงถึงเลขมวลของธาตุ ซึ่งเป็นจำนวนโปรตอนทั้งหมด (อนุภาคที่มีประจุบวก) และ นิวตรอน (อนุภาคที่ไม่มีประจุ) ในนิวเคลียสของอะตอม เลขมวลของไอโซโทปใหม่คือ 244 "เครื่องมือที่สำคัญที่สุดที่เรามีในการค้นพบนี้คือ FIONA" Pore ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทีมที่ช่วยในการทดสอบและการเริ่มต้นของ FIONA กล่าว FIONA วัดเลขมวลของไอโซโทปใหม่ได้อย่างแม่นยำ Barbara Jacak ผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ของ Berkeley Lab กล่าวว่า "เราสร้าง FIONA เพื่อช่วยให้สามารถค้นพบเช่นนี้ได้ และน่าตื่นเต้นที่ได้เห็นเครื่องมือนี้ประสบความสำเร็จ" Michael Thoennessen ศาสตราจารย์กิตติคุณแห่งมหาวิทยาลัย Michigan State University ซึ่งอยู่ระหว่างการลาเพื่อทำหน้าที่เป็นบรรณาธิการบริหารของ American Physical Society ได้จัดทำรายการไอโซโทปที่ค้นพบและบันทึกว่ารายการไอโซโทปใหม่บางกว่าปกติในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ปี. "การค้นพบไอโซโทปนั้นเป็นวัฏจักรและขึ้นอยู่กับตัวเร่งความเร็วใหม่และความก้าวหน้าที่สำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์ทดลอง" เขากล่าว FIONA ของ Berkeley Lab และ Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) ซึ่งเป็นหน่วยงานของกระทรวงพลังงานสหรัฐที่กำลังพัฒนาอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิชิแกน เป็นความสามารถพิเศษ "ที่มีศักยภาพในการค้นพบสูง" สำหรับไอโซโทปใหม่ประเภทต่างๆ ในสหรัฐอเมริกา เขาตั้งข้อสังเกต เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดของ FIONA นั้นแม่นยำ ทีมวิจัยได้ทำการวัดคุณสมบัติการสลายตัวและเลขมวลของไอโซโทปของเมนเดเลเวียมที่รู้จักเป็นครั้งแรก ซึ่งรวมถึงเมนเดเลเวียม-247, เมนเดเลเวียม-246 และเมนเดเลเวียม-245 Pore ​​กล่าวว่า "เมื่อเรามั่นใจว่าเราเชี่ยวชาญในคุณสมบัติของไอโซโทปเมนเดเลเวียมเบาเหล่านี้แล้ว เราก็พยายามทำการทดลองเพื่อค้นหาไอโซโทปเมนเดเลเวียม-244 "หากไม่มีการยืนยันโดยตรงว่าเราได้ผลิตไอโซโทปที่มีเลขมวล 244 ขึ้นมา มันคงเป็นเรื่องยากมากที่จะแยกแยะผลลัพธ์และพิสูจน์การค้นพบ" ในการสร้างไอโซโทปที่แปลกใหม่เช่นนี้ แม้แต่รูปแบบที่เบาที่สุดของเมนเดเลเวียมก็ยังหนักกว่ายูเรเนียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์ได้ผลิตลำอนุภาคที่ Cyclotron ขนาด 88 นิ้ว ซึ่งมีอนุภาคที่มีประจุของอาร์กอน-40 ซึ่งเป็นไอโซโทปของอาร์กอน ลำแสงที่เป้าหมายฟอยล์บาง ๆ ประกอบด้วยบิสมัท-209 ซึ่งเป็นไอโซโทปของบิสมัท ในบางครั้งในการทดลองเหล่านี้ นิวเคลียสในลำอนุภาคพลังงานสูงจะกระทบและหลอมรวมกับนิวเคลียสในฟอยล์เป้าหมายโดยตรง ทำให้เกิดอะตอมเดี่ยวของธาตุที่หนักกว่า และสำหรับไอโซโทปที่มีครึ่งชีวิตสั้นมาก ก็เป็นการแข่งขันเพื่อวัดขนาดอะตอมก่อนที่มันจะสลายตัวไปเป็นอย่างอื่น Cyclotron ขนาด 88 นิ้วของ Berkeley มีเครื่องมืออีกชิ้นหนึ่งที่อยู่เหนือ FIONA ซึ่งเรียกว่า Berkeley Gas-Filled Separator ตัวคั่นช่วยดึงอะตอมที่เกี่ยวข้องออกมาซึ่งสามารถวัดได้อย่างรวดเร็วและเป็นรายบุคคลโดยละเอียดด้วย FIONA นักวิจัยอาจติดตามการศึกษาอื่น ๆ ของ mendelevium-244 ด้วยเครื่องมืออื่น ๆ เพื่อพยายามเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างของมัน Pore กล่าว และตอนนี้ FIONA ได้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าของมันในการค้นพบไอโซโทป นักวิจัยของ Berkeley Lab กำลังตั้งเป้าไปที่ไอโซโทปใหม่อื่นๆ "เรากำลังวางแผนการศึกษาที่คล้ายคลึงกันในห่วงโซ่ไอโซโทปอื่น ๆ เพื่อค้นหาไอโซโทปใหม่" Pore กล่าว