Uma equipe de cientistas que trabalha no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) descobriu uma nova forma do elemento mendelévio de fabricação humana. O isótopo recém-criado, mendelévio-244, é a 17ª e mais leve forma de mendelévio, que é o elemento 101 da tabela periódica.

O Mendelevium foi criado por cientistas do Berkeley Lab em 1955 (veja um vídeo relacionado), e está entre uma lista de 16 outros elementos que os cientistas do Berkeley Lab descobriram ou ajudaram a descobrir. Um isótopo é uma forma de um elemento com mais ou menos nêutrons (partículas não carregadas) em seu núcleo atômico do que outras formas de um elemento.

Na última descoberta, a equipe usou o ciclotron de 88 polegadas do Berkeley Lab, que acelera feixes poderosos de partículas carregadas em alvos para criar átomos de elementos mais pesados, para fazer mendelévio-244. Um ciclotron é um tipo de acelerador de partículas que foi inventado pelo homônimo do laboratório, Ernest O. Lawrence, em 1930.

As equipes lideradas pelo Berkeley Lab descobriram agora 12 dos 17 isótopos de mendelévio, e descobriram um total de 640 isótopos - cerca de um quinto de todos os isótopos conhecidos e de longe a contagem mais alta para uma única instituição. No final de 2019, havia 3, 308 isótopos conhecidos. A nova descoberta de isótopos é a primeira por uma equipe liderada pelo Berkeley Lab desde 2010.

"Foi um desafio descobrir este novo isótopo de mendelévio porque todos os isótopos de mendelévio vizinhos têm propriedades de decaimento muito semelhantes, "disse Jennifer Pore, um cientista do projeto do Berkeley Lab que liderou o estudo detalhando a descoberta do isótopo. O decaimento alfa descreve o processo pelo qual um elemento radioativo como o mendelévio se divide em elementos mais leves ao longo do tempo.

No total, a equipe mediu as propriedades de 10 átomos de mendelévio-244 para o estudo, que apareceu hoje no jornal Cartas de revisão física .

"Cada isótopo representa uma combinação única de prótons e nêutrons, "Pore disse." Quando um novo isótopo é descoberto, aquela combinação particular de prótons (partículas carregadas positivamente) e nêutrons nunca foi observada. Os estudos dessas combinações extremas são essenciais para a nossa compreensão de toda a matéria nuclear. "

Além de descobrir o novo isótopo, o trabalho da equipe de pesquisa também forneceu a primeira evidência direta de um processo de decomposição envolvendo um isótopo do elemento berquélio. A equipe incluiu cientistas da UC Berkeley, Laboratório Nacional Lawrence Livermore, San Jose State University, e a Universidade Lund da Suécia.

Os pesquisadores encontraram evidências de que o mendelévio-244 tem duas cadeias separadas de decadência, cada um levando a uma meia-vida diferente:0,4 segundo e 6 segundos, com base em diferentes configurações de energia de partículas em seu núcleo. A meia-vida é o tempo que leva para o número de átomos de um elemento radioativo ser reduzido pela metade conforme seus núcleos decaem em outros, núcleos mais leves.

Em uma medição separada proveniente do mesmo estudo, os pesquisadores encontraram a primeira evidência do processo de decaimento alfa do berquélio-236, um isótopo do elemento berquélio, à medida que se transforma em amerício-232, um isótopo ligeiramente mais leve. O berquélio foi descoberto em 1949 por uma equipe liderada pelo Berkeley Lab.

Central para a descoberta do isótopo foi um instrumento no Ciclotron de 88 polegadas chamado FIONA, ou para a identificação do nuclídeo A. O "A" em FIONA representa o número de massa de um elemento, que é o número total de prótons (partículas carregadas positivamente) e nêutrons (partículas não carregadas) no núcleo de um átomo. O número de massa do novo isótopo é 244.

“A ferramenta mais importante que tivemos nessa descoberta foi o FIONA, "disse Pore, que também fez parte da equipe que auxiliou nos testes e startup da FIONA. FIONA mediu com precisão o número de massa do novo isótopo.

Barbara Jacak, Diretor da Divisão de Ciência Nuclear do Berkeley Lab, disse, "Construímos FIONA para permitir descobertas como esta, e é empolgante ver este instrumento atingindo seu ritmo. "

Michael Thoennessen, um distinto professor da Universidade Estadual de Michigan que está de licença para servir como editor-chefe da American Physical Society, mantém uma lista de descobertas de isótopos e observa que a lista de novos isótopos tem sido mais estreita do que o normal nos últimos anos.

"As descobertas de isótopos são cíclicas e dependem de novos aceleradores e grandes avanços no desenvolvimento de equipamentos experimentais, ", disse ele. FIONA do Laboratório de Berkeley e a Instalação para Feixes de Isótopos Raros (FRIB), uma instalação de usuário do Departamento de Energia dos EUA em desenvolvimento na Michigan State University, são recursos exclusivos "com grande potencial de descoberta" para diferentes tipos de novos isótopos nos EUA, ele notou.

Para garantir que as medições da FIONA fossem precisas, a equipe de pesquisa mediu primeiro as propriedades de decaimento e os números de massa de isótopos de mendelévio conhecidos, incluindo mendelévio-247, mendelévio-246, e mendelévio-245.

"Uma vez que estávamos confiantes de que conhecíamos bem as propriedades desses isótopos leves de mendelévio, tentamos o experimento para descobrir o isótopo mendelévio-244 anteriormente não observado, "Disse Pore." Sem a confirmação direta de que produzimos um isótopo com um número de massa de 244, teria sido muito difícil separar os resultados e provar a descoberta. "

Para criar esses isótopos exóticos - mesmo a forma mais leve conhecida de mendelévio ainda é mais pesada do que o urânio natural - os cientistas produziram um feixe de partículas no Ciclotron de 88 polegadas contendo partículas carregadas de argônio-40, um isótopo de argônio, e direcionou o feixe para um alvo de folha fina composto de bismuto-209, um isótopo de bismuto.

Ocasionalmente, nesses experimentos, um núcleo no feixe de partículas de alta energia atinge e se funde diretamente com um núcleo na folha alvo, produzindo um único átomo de um elemento mais pesado. E para um isótopo com meia-vida muito curta, é uma corrida para fazer medições de um átomo antes que ele se decomponha em outra coisa.

O ciclotron de 88 polegadas de Berkeley tem outra ferramenta a montante de FIONA que é chamada de separador de gás de Berkeley. O separador ajuda a extrair os átomos relevantes que podem ser medidos em detalhes de forma rápida e individual com FIONA.

Os pesquisadores podem realizar outros estudos de mendelévio-244 com outra instrumentação para tentar aprender mais sobre sua estrutura, Pore ​​disse.

E agora que FIONA demonstrou seu valor na descoberta de isótopos, Os pesquisadores do Berkeley Lab estão de olho em outros novos isótopos. "Já estamos planejando estudos semelhantes ao longo de outras cadeias isotópicas para descobrir novos isótopos, "Pore disse.