Naukowcy uzyskali nowy izotop uranu

Zapewne pierwszą rzeczą, jaka przychodzi nam na myśl na wspomnienie o uranie i jego izotopach jest broń nuklearna. Jednakże pierwiastek ten ma również sporo pokojowych zastosowań. Ostatnio uzyskany został zupełnie nowy jego izotop, aczkolwiek to, czy w ogóle będzie on do czegoś przydatny jest obecnie wątpliwe.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma "Physical Review Letters" (DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.132502).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Uran należy do klasy pierwiastków w układzie okresowym zwanych aktynowcami. Grupa ta liczy 15 metali. Wszystkie aktynowce są radioaktywne, ale uran jest jednym z czterech najbardziej promieniotwórczych pierwiastków, obok radu, polonu i toru.

Najpowszechniej występującym izotopem uranu jest uran-238. To naturalnie występujący izotop. Teraz badacze uzyskali nowy izotop tego pierwiastka - uran-241. Na odkrycie, a w zasadzie wytworzenie kolejnego tak ciężkiego izotopu uranu musieliśmy czekać dość długo, bo ponad 40 lat, ostatnio udało się to bowiem w 1979 roku. Z kolei nie tak znowu dawno, bo w 2021 roku chińskim badaczom udało się wytworzyć najlżejszy izotop uranu – uran-214 (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy stworzyli najlżejszy izotop uranu).

Uzyskanie U-241 zawdzięczamy japońskiej High Energy Accelerator Research Organization. Co jednak w ogóle oznaczają liczby w oznaczeniach izotopów? W jądrach atomów znajdziemy protony i neutrony (oprócz wodoru). O ile liczba protonów jest taka sama w przypadku wszystkich izotopów, o tyle liczba neutronów jest różna. W przypadku izotopów uranu wszystkie z nich mają 92 protony, ale różnią się liczbą neutronów. Nowo uzyskany izotop uranu ma 149 neutronów. A zatem 92+149=241.

Izotopy różnią się między sobą m.in. poziomem stabilności. Niektóre zachowują ją przez cały czas, o ile nie zostaną wystawione np. na działanie promieniowania. Jednakże w przypadku uranu w ogóle nie możemy powiedzieć, by pierwiastek ten miał jakiekolwiek w pełni stabilne izotopy. Jednakże dwa z nich – U-235 i U-238 ulegają rozpadowi przez tak długi czas, że nawet obecnie możemy natrafić na znaczącą ilość tych, które pamiętają jeszcze formowanie się naszej planety. Przykładowo okres półtrwania U-238 to aż 4,5 miliarda lat. Spośród innych izotopów można jeszcze wymienić U-233, U-234 i U-236, jednakże ich ilość jest już znacząco mniejsza.

Wszystkie inne, niż 5 wymienionych powyżej izotopów uranu powstało już w laboratoriach. Jak do tej pory nie udało się uzyskać U-220. Natomiast aż do U-242 wszelkie luki zostały już wypełnione. Natomiast w kontekście samego U-241 mamy tak dobre, jak i złe wiadomości. Zła dotyczy tego, że niestety jego okres półtrwania jest dość krótki, wynosi bowiem jedynie około 40 minut. Z drugiej strony okres półtrwania wielu izotopów mierzy się nawet nie w minutach, a w mikro lub nanosekundach. Takim wyjątkowo niestabilnym izotopem jest najlżejszy jak dotąd U-214, w przypadku którego jest to szacunkowo zaledwie 0,0005 sekundy. Ewentualnie 3 razy więcej, zależnie od opinii naukowców.

A zatem – i to jest ta dobra wiadomość – przynajmniej naukowcy mają potencjalnie dość czasu, by zbadać właściwości U-241. Co zaś dzieje się z U-241 w momencie rozpadu? Otóż emituje on promieniowanie beta, by poprzez zmianę ilości protonów (przekształcenie neutronów w protony) przekształcić się w neptun-241, który istnieje jeszcze przez 14 minut, by ostatecznie przekształcić się w pluton-241. I chociaż te sumaryczne 40 minut w porównaniu do wielu innych izotopów uranu wydają się dość stabilne, to jednak właśnie z powodu tak krótkiego czasu jego półtrwania wątpliwe jest, by znaleziono dla niego jakieś konkretne praktyczne zastosowanie.

Źródło: IFLScience