Епізоди з життя Нептунія
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Нептуній – перший штучний хімічний елемент, отриманий у лабораторії. Відомі його ізотопи – їх налічують до двадцяти восьми видів, що відрізняються за кількістю нейтронів у ядрі. Тільки один із них «довгожитель» — це нептуній-237. Його період напіврозпаду дорівнює 2,2 мільярда років. Інші ізотопи елемента № 93 дуже короткоживучі.
Наприклад, скільки проживе на світі нептуній-238? Це питання вивчала група фізиків. Вони провели спеціальні експерименти на циклотроні, використовуючи метод «ефекту тіней». Експеримент проводився за наступною схемою. Вчені взяли монокристал двоокису урану і піддали його опроміненню потоком дейтронів – ядер важкого водню. На виході реєстрували уламки поділу та вільні нейтрони. Аналіз усієї реакції в цілому показав, що в ході її утворюються проміжні продукти, ними виявилися різноманітні ізотопи нептунія, точніше, їх ядра. Всі вони вийшли короткоживучими. Але як довго? Скажімо, нептуній 239 і нептуній 240 проіснували – перед тим як розпастися на уламки – так мало, що чутлива апаратура не змогла цього часу “буття” заміряти.
Набагато довше прожив лише один ізотоп нептуній 238. Його існування помітили навіть прилади, воно тривало близько десяти мінус п’ятнадцятого ступеня секунди. Але тут виявились нюанси. Ядра «вмирали», тобто ділилися на уламки, не за експоненційним законом, як це їм належить за постулатами ядерної фізики. Точніше, їх виявилося дві різні групи. Порізно, кожна з них у своєму розпаді вже відповідала згаданому закону. Звідки вони, ці групи, беруться?
Вчені з’ясували, що протягом такого короткого життя нептуній-238 часом встигає послідовно пройти через два етапи збуджених, тобто таких, що загрожують поділом, станів. Частина ядер не витримує вже першого «випробування збудженням» і відразу розпадається. Інша благополучно промине його і ділиться вже тільки на другому етапі. Звідси й різний час життя абсолютно однакових ядер обох груп.