Element 114 am GSI erzeugt

Seine Erzeugung konnte bisher weltweit nur in zwei anderen Forschungseinrichtungen erreicht werden.

Einem internationalen Team von Wissenschaftlern ist es gelungen, erstmals am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt das chemische Element 114 nachzuweisen. Es ist eines der schwersten Elemente überhaupt. Seine Erzeugung ist nur mit großem Aufwand an Teilchenbeschleunigern möglich und gelang bisher weltweit nur an zwei anderen Forschungszentren in den USA und in Russland. Für den Nachweis des kurzlebigen Elementes 114 bei GSI haben die Wissenschaftler den neuen, komplexen Messaufbau TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) eingesetzt, den sie in den letzten Jahren entwickelt haben. Ziel ist es nun, mit der neuen Messapparatur zu noch schwereren Elementen vorzudringen und vielleicht sogar neue Elemente jenseits von Element 118 zu entdecken.

Abb.: Im Experiment bestrahlte Plutonium-Targets auf dünnen Folien aus Titan. Die auf dem segmentierten Rad montierten drei Folien wurden mit Calcium-Ionen bestrahlt. Deutlich zu erkennen sind die Stellen, an denen die Folien getroffen wurden. (Bild: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, G. Otto)

Mit dem Messaufbau TASCA ist es Wissenschaftlern um Christoph Düllmann gelungen, in einem vierwöchigen Experiment 13 Atome des Elements 114 nachzuweisen. Obwohl das nur wenige Atome sind, ist dies die höchste jemals gemessene Produktionsrate für Element 114. Das wird in Zukunft weitreichende chemische, atom- und kernphysikalische Messungen an superschweren Elementen erst möglich machen. In ihrem Experiment konnten sie zwei verschiedene Isotope des Elements 114 mit den Massenzahlen 288 und 289 identifizieren. Die gemessenen Halbwertszeiten liegen im Bereich von einer Sekunde.

"TASCA hat weltweit die höchste Effizienz zum Nachweis superschwerer Elemente an Beschleunigeranlagen. Dies ist die entscheidende Grundlage für zukünftige Experimente, in denen wir superschwere Elemente im Bereich von Element 114 auch chemisch untersuchen werden, um sie an die richtige Stelle im Periodensystem einordnen zu können", sagt Christoph Düllmann von GSI, der Leiter der Kollaboration, der auch am neu gegründeten Helmholtz-Institut Mainz, das an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz angesiedelt ist, tätig ist.

In ihren Experimenten schossen die Wissenschaftler mit Hilfe des 120 Meter langen GSI-Teilchenbeschleunigers Calcium-Ionen auf eine mit Plutonium beschichtete Folie. Durch Kernfusion verschmolzen die beiden Atomkerne der beiden Elemente Calcium und Plutonium zu einem Atomkern des neuen Elements. Es besitzt die Kernladungszahl 114, das ist die Summe der Kernladungszahlen der beiden Ausgangselemente: Calcium mit 20 und Plutonium mit 94. Der vorläufige Name lautet einfach "Element 114" oder Ununquadium (nach den Regeln für systematische Elementnamen der IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry).

Im gasgefüllten Separator TASCA wurden die mit dem Beschleuniger erzeugten Atome sehr selektiv von anderen Reaktionsprodukten abgetrennt und in einen speziellen Halbleiterdetektor implantiert. Anschließend wurden die Atome des Elements 114 identifiziert, indem die beim Zerfall ausgesandte Strahlung mit diesem Detektor gemessen wurde.

Das vor 10 Jahren erstmals im Kernforschungszentrum in Dubna, Russland, nachgewiesene Element 114 wurde bisher noch nicht offiziell von der dafür zuständigen Kommission, der IUPAC anerkannt. Die Ergebnisse von GSI, Darmstadt, und aus Berkeley, USA, wo fast zeitgleich zwei Atome des Elements 114 nachgewiesen wurden, bestätigen nun im Wesentlichen die Ergebnisse aus Dubna.

Erst vor kurzem hatte die IUPAC das letzte bei GSI entdeckte Element 112 offiziell als das bisher schwerste Element anerkannt. Noch unbestätigt sind Experimente aus Russland zur Erzeugung der Elemente bis hin zu 118.

Am Experiment zur Erzeugung von Element 114 mit TASCA bei GSI waren Wissenschaftler von GSI, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Technischen Universität München federführend. Beteiligt waren weiterhin Wissenschaftler aus Berkeley (USA), Jyväskylä (Finnland), Kolkata (Indien), Liverpool (Großbritannien), Lund (Schweden), Oslo (Norwegen) und Warschau (Polen).

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung/PH

 Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Ch. E. Dülmann et al.: Production and Decay of Element 114: High Cross Sections and the New Nucleus ²⁷⁷Hs. Phys. Rev. Lett. 104, 252701 (2010)
  dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.252701
 
• Website des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung über TASCA:
  http://www-win.gsi.de/tasca/
   
• Interaktive Videovorstellung aller chemischen Elemente der Periodentafel (Uni Nottingham):
  http://www.periodicvideos.com/