Verbesserte Nachweismethode bestätigt Existenz des kurzlebigen Elements Superschweres Element 117 nachgewiesen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Verbesserte Nachweismethode bestätigt Existenz des kurzlebigen Elements

Superschweres Element 117 nachgewiesen

Das Berkelium für den Versuch musste erst aufwendíg durch Bestrahlung erzeugt werden. © Oak Ridge National Laboratory

Das superschwere Element 117 existiert tatsächlich: Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, dieses kurzlebige Element erneut zu erzeugen und genauer als bisher nachzuweisen. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu offiziellen Anerkennung dieses neuen Elements des Periodensystems, wie die Forscher im Fachagamazin „Physical Review Letters“ berichten.

Elemente jenseits der Ordnungszahl 104 gelten als superschwere Elemente. Sie kommen in der Natur nicht vor, können aber künstlich hergestellt werden. Die heute bekannten superschweren Elemente zerfallen jedoch sehr schnell – meist in Sekundenbruchteilen. Doch gängiger Theorie nach könnte es eine „Insel der Stabilität im Periodensystem geben – einen Bereich der Atomgewichte, in dem die Elemente zumindest ein wenig stabiler sind als die um sie herum liegenden.

Nachweis schwierig

Im Jahr 2010 gelang es einer russisch-amerikanischen Kollaboration am Institut für Kernforschung in Dubna nahe Moskau erstmals, sechs Atome des superschweren Elements 117 herzustellen. Das jedenfalls ergab sich aus der Rekonstruktion der Teilchenmuster im Schwerionen-Beschleuniger. Damit dieses Element jedoch offiziell anerkannt wird, waren noch weitere Nachweise nötig.

Das Problem dabei: In allen Experimenten zu den superschweren Elementen entstehen unerwünschte Nebenprodukte, die die zuverlässige Identifikation eines Isotops umso schwieriger machen, je langlebiger es ist. Trotz seiner kurzen Lebensdauer von nur wenigen Sekundenbruchteilen hält Element 117 immerhin deutlich länger durch als viele im Periodensystem vor ihm stehende leichtere Elemente. Das macht seinen Nachweis entsprechend schwieriger.

Blick in den 120 Meter langen Linearbeschleuniger bei GSI, der die Calcium-Ionen zur Synthese von Element 117 beschleunigte © GSI

Detektor verbessert

Einem internationales Forscherteam unter Leitung von Christoph Düllmann von der Universität Mainz ist es nun gelungen, das superschwere Element 117 erneut zu erzeugen und zuverlässiger nachzuweisen als zuvor. Dafür schossen sie Atomkerne des Elements Calcium auf Atomkerne des Elements Berkelium und ließen sie dadurch verschmelzen. Dadurch entsteht ein neuer Atomkern, der sich aus der Summe der beiden Ausgangselemente ergibt (20+97=117).

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Isoliert und nachgewiesen wurde das Element 117 mit dem Magnetseparator TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) am Schwerionen-Beschleuniger des GSI in Darmstadt. Für das aktuelle Experiment wurde der Detektor aufgerüstet, um unerwünschte Reaktionsprodukte besser zu unterdrücken und damit empfindlichere Messungen superschwerer Isotope zu ermöglichen. „Da noch langlebigere Isotope in einer Region erhöhter Kernstabilität vorhergesagt werden, ist diese hohe Messempfindlichkeit von größter Wichtigkeitˮ, erklärt Düllmann. Die aktuellen Ergebnisse belegen, dass deren zuverlässige Identifikation nun möglich ist.

Wichtige Voraussetzung für Anerkennung

Mit Hilfe dieser Technik wurden die kurzlebigen Atome von Element 117 von riesigen Mengen anderer Kernreaktionsprodukte abgetrennt und durch die Detektion ihres radioaktiven Zerfalls nachgewiesen. „Die erfolgreichen Experimente zu Element 117 sind ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu Produktion und Nachweis von Elementen, die auf der ‚Insel der Stabilität‘ der superschweren Elemente liegenˮ, sagt Horst Stöcker, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI.

Element 117 hat noch keinen Namen: Ein Komitee aus Mitgliedern der Internationalen Union für Reine und Angewandte Physik und der Internationalen Union für Reine und Angewandte Chemie wird die neuen Ergebnisse zusammen mit den früheren Resultaten begutachten und entscheiden, ob weitere Experimente notwendig sind, bevor die Entdeckung des Elements offiziell anerkannt werden kann. Erst nach dieser Anerkennung können die Entdecker einen Namen vorschlagen. (Physical Review Letters, 2014; doi: 10.1103/PhysRevLett.112.172501)

(Universität Mainz, 05.05.2014 – NPO)

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