Chế tạo các hạt nhân siêu nặng

Từ năm 1940 các nhà vật lý hạt nhân đã nghiên cứu vùng biên siêu nặng của bảng tuần hoàn Mendeleev. Như chúng ta biế trong hạt nhân có hai loại hạt là proton ( viết tắt là p) và neutron ( viết tắt là n). Hạt nhân nặng nhất trong thiên nhiên là U (Uranium) với 92 hạt p (proton). Sau U các hạt nhân siêu nặng đã lần lượt được chế tạo.

Các hạt nhân siêu nặng (hình 1).

Những hạt nhân này không bền chóng phân rã. Ví dụ hạt nhân 113 chỉ hạt nhân có số lượng proton bằng 113 và được đặt tên theo cách thay số một bằng un, số hai bằng bium, số bằng trium,…. số 8 tbằng octium và v.v…

Ví dụ hạt nhân có 112 có tên là

un + un + bium = ununbium

hạt nhân 113 có tên là

un + un + trium = ununtrium

hạt nhân 118 có tên là

un + un + octium = ununoctium

Các nhà vật lý hạt nhân tại Viện JINR kiên trì theo đuổi chế tạo các hạt nhân tiếp theo. Họ công bố đã chế tạo được các hạt nhân 116 và 118. Các kết quả này đáng tin cậy song cần được kiểm nghiệm.

Năm 1938 Otto Hahn, Lise Meitner và Fritz Strassmann (Viện Kaiser - Wilhelm, Berlin) tìm ra hiện tượng phân hạch của U dưới tác động bắn phá bởi n (neutron). Otto Hahn nhận được giải Nobel trên cơ sở thành tích này.

Năm 1940 nhà vật lý Nga Georgii Flerov tìm ra hiện tượng phân rã tự phát (không cần đến năng lượng tương tác từ bên ngoài) của U - 238.

Giữa những năm 1940 và 1953 Glenn T. Seaborg và cộng sự ở phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley tiến hành những thí nghiệm bắn U bằng một dòng liên tục n. Sau khi bắt nhạt nhân U phân rã bêta: ntrong hạt nhân U biến thành p, electron và phản neutrino. Và như thế số ptăng lên còn số nthì không.

Muốn làm tăng lên số neutron người ta đưa ra ý tưởng bắn các hạt nhân bằng những ion nặng chứ không phải bằng neutron. Trong trường hợp xảy ra phản ứng tổng hợp thì số neutron sẽ tăng lên. Từ đó hình thành các dự án về máy gia tốc ion nặng.

Sau Mỹ, Nga năm 1969 Đức xây dựng máy gia tốc ion nặng tại Darmstadtcòn Nhật tại Niken, Tokyo .

Nhờ ý tưởng đó mà trong những năm 60 người ta liên tiếp tìm ra các hạt nhân 101, 102, 103, 104, 105 và 106 tại Berkeley và Đúp na.

Năm 1949 Maria Geoppert - Mayer ở Mỹ và Hans Jensen ở Đức đưa ra mẫu vỏ hạt nhân, theo mô hình này các pvà nxếp thành lớp hạt nhân. Nhờ mô hình này người ta tìm được các số magic (số kỳ lạ): 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126… Nếu hạt nhân chứa đúng số proton hoặc neutron bằng số magic thì hạt nhân đó là hạt nhân bền. Các số magic chính là các số làm đầy các lớp trong mô hình của Goeppert - Mayer và Jensen.

Năm 1966 nhà vật lý Nga F. Gareev làm việc tại Đúp - na đưa ra kết quả tính toán khẳng định sự tồn tại những “ ốc đảo bền” quanh vùng ( 108 p, 162 n) và quanh vùng ( 114 p, 184 n). Người ta dùng từ ốc đảo bền để chỉ những hạt nhân bền có đời sống dài nằm riêng lẻ giữa biển các hạt nhân chung quanh không bền với số p và n khác các số p & n của ốc đảo.

Năm 1999 một nhóm các nhà vật lý thuộc Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley thông báo họ đã tìm thấy hạt nhân 118 từ phản ứng sau này

⁸⁶Kr + ²⁰⁸Pb Þ xảy ra quá trình tổng hợp Þ hạt nhân tổng hợp Þ²⁹³118 + 1n

Chú ý rằng các hạt nhân được chế tạo còn chứa quá ít neutron để có thể tiến đến ốc đảo bền( 114 p, 184 n).

Những khó khăn gặp phải trong quá trình chế tạo các hạt nhân siêu nặng dẫn các nhà vật lý đến ý tưởng: rất có thể những tính chất tương đồng hoá - lý vốn là cơ sở của bảng tuần hoàn Mendeleev và những mô hình như mẫu vỏ không còn đúng nữa đối với các hạt nhân siêu nặng, chúng tuân theo những định luật hoá - lý mà chúng ta chưa biết được tường tận (2, 3, 4).

Tài liệu tham khảo:

(1)    Viviane Thivent, La Recherche, tháng 12 năm 2006, số 403.

(2)    Le Journal du CNRS, No 189, tháng 10 - 2005.

(3)    Europhysics News (2004) Vol. 35 No. 4.

(4)    Đối với những hạt nhân nặng, mẫu vỏ (shell model) không cho những kết quả khả quan so với thực nghiệm và người ta phải sử dụng nhiều thế năng lượng khác và những phương pháp khác như Monte - Carlo. Kết quả cho thấy rằng có một sự biến dạng mạnh khỏi dạng cầu khi ta rời xa ốc đảo bền.