Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây

Đức Khương,  

Các nhà vật lý ở Phần Lan đã tạo ra một hạt nhân hình quả bí ngô giải phóng proton trong một quá trình phân rã phóng xạ hiếm gặp.

Viết trên tạp chí Physical Review Letters ngày 16 tháng 3, các nhà nghiên cứu báo cáo họ đãc tạo ra được một hạt nhân kỳ lạ, có thể mất một nửa độ phóng xạ (phân rã thành các nguyên tố khác) chỉ trong 450 nano giây.

Lutetium (Lu) là một nguyên tố đất hiếm, một kim loại màu bạc ở dạng tự nhiên, với số nguyên tử là 71. Thông thường, lutetium xuất hiện trong vỏ Trái đất cùng với nguyên tố kim loại ytterbium (Yb). Lutetium-176 là một đồng vị phóng xạ tương đối phổ biến (2,5% của tất cả các đồng vị lutetium) với chu kỳ bán rã khoảng 38 tỷ năm và có thể được sử dụng để đo tuổi của các thiên thạch. Lutetium trên Trái đất bao gồm hai đồng vị, lutetium-175 và lutetium-176, trong đó chỉ có lutetium-175 là ổn định.

Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây - Ảnh 1.

Lutetium là một nguyên tố hóa học có ký hiệu Lu và số hiệu nguyên tử 71. Nó là một kim loại màu trắng bạc, chống ăn mòn trong không khí khô, nhưng lại bị ăn mòn trong không khí ẩm. Lutetium là nguyên tố cuối cùng trong dãy lanthanide, và theo truyền thống, nó được xếp vào vị trí của các loại đất hiếm. Lutetium thường được coi là nguyên tố đầu tiên của các kim loại chuyển tiếp ở thời kỳ thứ 6 bởi giới nghiên cứu, tuy nhiên cho tới nay vẫn có một số tranh cãi về điểm này.

Vào những năm 1980, các nhà khoa học đã quan sát sự phân rã của đồng vị lutetium, lutetium-151, và phát hiện ra rằng nó giải phóng một proton từ hạt nhân ở trạng thái cơ bản. Trạng thái cơ bản là trạng thái mà nguyên tử ở mức năng lượng thấp nhất, khi các electron chuyển động trên những quỹ đạo gần hạt nhân nhất, cũng là cấu hình bền nhất của nguyên tử. Sự phát xạ proton là rất hiếm, và lutetium-151 là đồng vị đầu tiên được quan sát thấy phát ra proton ở trạng thái cơ bản phân rã ổn định.

Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây - Ảnh 2.

Cái tên Lutetium, có nguồn gốc từ Lutetia Latinh (Paris ), được phát hiện độc lập vào năm 1907 bởi nhà khoa học người Pháp Georges Urbain , nhà khoáng vật học người Áo Baron Carl Auer von Welsbach và nhà hóa học người Mỹ Charles James. Lutetium-176 là một đồng vị phóng xạ tương đối dồi dào (2,5%) với chu kỳ bán rã khoảng 38 tỷ năm, được sử dụng để xác định tuổi của khoáng chất và thiên thạch. Lutetium thường xuất hiện cùng với nguyên tố yttrium và đôi khi được sử dụng trong hợp kim kim loại và làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau.

Nghiên cứu sự phân rã proton cho phép các nhà nghiên cứu xem xét bên trong hạt nhân nguyên tử để hiểu cách các proton và neutron liên kết với nhau. Là một phần của nghiên cứu này, Kale Olanin, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ về vật lý tại Đại học Jyväskylä, và các đồng nghiệp của ông đã tạo ra một đồng vị mới của lutetium, lutetium-149, có 71 proton trong hạt nhân và 78 neutron.

Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây - Ảnh 3.

Các nhà khoa học ban đầu tìm thấy nguyên tố này ở dạng không tinh khiết trong khoáng vật ytterbia, loại khoáng vật mà nhà hóa học Thụy Điển Jean Charles Galissard de Marignac (và hầu hết các nhà khoa học khác) cho rằng nó hoàn toàn chứa nguyên tố ytterbi. Việc tách lutetium từ ytterbi của Marignac được miêu tả lần đầu tiên bởi Urbain và được đặt cách gọi của ông. Ông chọn các tên neoytterbi (ytterbi mới) và luteci cho cho nguyên tố mới nhưng tên neoytterbi cuối cùng đã được đổi lại cho nguyên tố ytterbi và năm 1949 nguyên tố thứ 71 được đổi thành luteti. Tranh cãi về người đầu tiên phát hiện đã được viết trong hai bài báo theo đó Urbain và von Welsbach cáo buộc lẫn nhau về các kết quả công bố chịu ảnh hưởng từ các nghiên cứu được công bố của nhau. Theo đó, Hội đồng Khối lượng nguyên tử (The Commission on Atomic Mass), tổ chức có trách nhiệm đặt tên cho các nguyên tố mới, đã giải quyết tranh chấp vào năm 1909 chấp nhận việc phát hiện đầu tiên của Urbain và các tên của ông ấy đặt làm tên chính thức. Vấn đề liên quan đến quyết định này là Urbain là một trong bốn thành viên của Hội đồng này.

Họ phát hiện ra rằng lutetium-149 kỳ lạ hơn lutetium-151. Đầu tiên, hạt nhân của lutetium-149 không phải là một hình cầu gọn gàng, mà là một hình ellipsoid bẹp dúm trông hơi giống một quả bí ngô. Hiện tượng này được gọi là "sự biến dạng khối", và lutetium-149 là hạt nhân bị méo mó nhất từng được đo lường.

Các nhà khoa học tạo ra hạt nhân kỳ lạ hình quả bí ngô: phân hủy trong 450 nano giây - Ảnh 4.

Một trong các đồng vị phóng xạ của lutetium (Lu-176) thường được dùng trong công nghệ hạt nhân để các định tuổi của các thiên thạch. Lutetium luôn cộng sinh với nguyên tố ytri và đôi khi được dùng trong các hợp kim và chất xúc tác trong các phản ứng hóa học khác nhau. Do hiếm và giá cao nên lutetium có rất ít ứng dụng thương mại. Tuy nhiên, lutetium không phóng xạ có thể được dùng làm chất xúc tác trong lọc dầu và cũng có thể được sử dụng trong alkyl hóa, hydro hóa, và polymer hóa.

Chu kỳ bán rã của lutetium-149 cũng ngắn hơn đáng kể so với 80,6 mili giây của lutetium-151. Các nhà nghiên cứu cho biết đã tạo ra đồng vị lutetium mới này bằng cách đốt niken-58, một đồng vị của niken, và ruthenium-96, một đồng vị của ruthenium. Trong nghiên cứu, lutetium-149 phân rã thành ytterbium-148, bản thân nó không tồn tại trong thời gian dài, với chu kỳ bán rã là 250 mili giây. Các nhà nghiên cứu cho biết trong tương lai có thể tạo ra lutetium-148, có thể có tuổi thọ cao hơn lutetium-149.

Tin cùng chuyên mục
Xem theo ngày

NỔI BẬT TRANG CHỦ