Element 117 ist da!

Ein russisch-amerikanisches Forscherteam hat zwei Isotope des superschweren Elements 117 hergestellt und damit die vorläufig letzte Lücke im Periodensystem geschlossen.

Sechs Atome des neuen, noch namenlosen Elements 117 hat man am russischen Kernforschungszentrum in Dubna hergestellt und nachgewiesen, bevor sie nach einigen Hundertstelsekunden wieder zerfielen. Mit dieser Entdeckung konnte die letzte verbliebene Lücke in der 7. Periode des Periodensystems, zwischen den schon früher in Dubna entdeckten Elementen 116 und 118, geschlossen werden. Zugleich hat man damit die „Insel der Stabilität“ der superschweren Elemente weiter eingekreist.

Wie Yuri Oganessian vom Joint Institute for Nuclear Research in Dubna und seine Kollegen berichten, haben sie das neue Element durch Beschuss eines Targets aus Berkelium-249 mit doppelt-magischen Kalzium-48-Kernen erzeugt. Um etwa 22 Milligramm ²⁴⁹Bk herzustellen, wurden zunächst Proben aus Americium und Curium 250 Tage lang im High Flux Isotope Reactor in Oak Ridge mit Neutronen bestrahlt. In den folgenden drei Monaten wurde das Berkelium, das eine Halbwertzeit von 320 Tagen hat, gereinigt, nach Russland gebracht und dort zu mehreren Targets verarbeitet.

Die Berkeliumtargets wurden im Schwerionenbeschleuniger von Dubna 70 Tage lang einem äußerst intensiven Kalzium-48-Strahl ausgesetzt. Kollidierte ein Kalziumkern mit einem Berkeliumkern, so konnten sie verschmelzen und den angeregten Compoundkern ²⁹⁷117 des neuen Elements bilden, der jedoch augenblicklich drei oder vier Neutronen abgab. Auf diese Weise entstanden, wie jetzt nachgewiesen, fünf Kerne des Isotops ²⁹³117 und ein Kern des Isotops ²⁹⁴117, die sich durch mehrfachen Alpha-Zerfall in leichtere Kerne umwandelten.

Die Zerfallsketten ließen sich anhand der abgegebenen Alpha-Teilchen rekonstruieren, deren Energie gemessen wurde. Es entstanden für Sekundenbruchteile neutronenreiche Isotope aller Elemente mit ungerader Kernladungszahl zwischen Z=117 und Z=105. Die Teilchenenergien sowie die Halbwertzeiten der Zerfälle stimmten zumeist gut mit den theoretischen Vorhersagen überein. Am Ende der Alpha-Zerfallsketten war aus ²⁹⁴117 das Dubnium-Isotop ²⁷⁰Db geworden und aus ²⁹³117 das Roentgenium-Isotop ²⁸¹Rg entstanden, die schließlich durch spontane Kernspaltung zerplatzten.

Die beiden jetzt hergestellten Isotope des neuen Elements 117 und die bei ihrem schrittweisen Zerfall entstehenden neutronenreichen Kerne liefern wichtige Informationen über den Bereich der Nuklidkarte, in dem die superschweren Kerne eine erhöhte Stabilität aufweisen. So hat sich bestätigt, dass diese Kerne eine umso größere Halbwertzeit haben, je mehr Neutronen sie enthalten. Außerdem werden sie durch ihre ungerade Protonen- und Neutronenzahl vor spontanem Zerfall bewahrt. Diese Resultate stimmen mit theoretischen Ergebnissen überein, wonach die Kerne durch die Anordnung der Kernbausteine in abgeschlossenen Schalen stabilisiert werden. Kerne nahe der abgeschlossenen Neutronenschale N=184 könnten vielleicht erst nach Minuten oder Stunden zerfallen.

Ob man in Dubna tatsächlich ein neues Element entdeckt hat, müssen jetzt weitere Experimente an anderen Forschungseinrichtungen wie der GSI in Darmstadt zeigen.

RAINER SCHARF

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Yu. Ts. Oganessian et al.: Synthesis of a New Element with Atomic Number Z = 117. Phys. Rev. Lett. 104, 142502 (2010)
  http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.142502
  http://physics.aps.org/pdf/10.1103/PhysRevLett.104.142502.pdf (frei!)
   
• Yuri Oganessian am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna:
  http://flerovlab.jinr.ru/flnr/people/oganessian.html
   

PH