"Kopumā uz Zemes eksistē 285 elementu izotopi, taču mēs domājam, ka potenciāli ir iespējami pat 10 tūkstoši dažādu elementu izotopu," izdevumam "The Guardian" klāsta Mičiganas Štata universitātes paspārnē esošās FRIB laboratorijas zinātniskais direktors Bredlijs Šerils. Laboratorija savu darbību oficiāli uzsāka pavisam nesen – vien 2. maijā –, bet jau tuvākajā laikā dažādos aizraujošos eksperimentos tiks radīti tādi ķīmisko elementu izotopi, kādus līdz šim zinātnieki vēl nebija pētījuši.
Izotopi ir atomi, kuru kodolos protonu skaits ir nemainīgs, taču atšķiras neitronu skaits. Piemēram, pirmais elements periodiskajā tabulā – ūdeņradis – savā izplatītākajā formā (protijs) ir ar vienu protonu kodolā. Taču ir arī ūdeņradis ar vienu protonu un vienu neitronu kodolā (deitērijs). Ja protija oksīds ir mums visiem labi zināmais ūdens, tad deitērija oksīds ir tā dēvētais smagais ūdens ar saviem noteiktiem pielieotjumiem, piemēram, kā neitronu moderators kodolreaktoros.
Līdzīgi arī organiskās ķīmijas pamatelementam ogleklim atomskaitlis vienmēr būs seši (protonu skaits kodolā), taču dažāds neitronu skaits kodolā nozīmēs dažādus oglekļa izotopus. Dabā visizplatītākais ir ogleklis ar 12 neitroniem kodolā, taču, piemēram, ogleklim ar 14 neitroniem kodolā ir ļoti būtiska nozīme radioaktīvajā datēšanā – metodē, kas ļauj zinātniekiem visai precīzi noteikt dažādu organiskas izcelsmes vielu saturošu objektu vecumu. Tieši tā zinām, cik veci ir kāda senos izrakumos atrasta cilvēka kauli.
Tiek uzskatīts, ka lielākā daļa ķīmisko elementu radušies zvaigznēs dažādās to attīstības fāzēs, tostarp arī pārnovu eksplozijās. Tomēr, kā izdevumam "The Guardian" norāda kodolfiziķis Gevins Lotajs, "daudzos gadījumos aizvien nezinām, kura tipa zvaigznes radījušas kurus elementus, jo šīs reakcijas ir saistītas ar ļoti nestabiliem izotopiem," kurus nevar tā vienkārši atrast dabā un izpētīt. Viņš ir viens no zinātniekiem, kas plāno izmantot jaunās laboratorijas sniegtās iespējas (te var gūt foto ieskatu FRIB laboratorijas tapšanas gaitā no 2017. līdz 2022. gadam).
Šī iekārta faktiski ir gandrīz puskilometru garš daļiņu paātrinātājs, kurā atomu kodoli tiks triekti mērķī ar ātrumu, kas būs apmēram puse no gaismas ātruma. Rezultātā daļa atomu kodolu sadalīsies mazākos fragmentos un dažādās protonu un neitronu kombinācijās. Pēc tam ar magnētiem no visa šī jūkļa tiks izķerti ārā vajadzīgie izotopi un novirzīti uz detektoru kamerām tālākai izpētei. Tas viss, protams, notiks sekundes miljonajās daļās. Īsā laika posmā būs iespējams "noķert" un novērot noteiktu izotopu uzvedību – cik ātri un kā tas sabrūk stabilākos izotopos utt. Vai, piemēram, daļu no šiem izotopiem varētu izmantot, lai ierosinātu tādas kodolreakcijas, kādas iepriekš nebija iespējams panākt.
Pašos pirmajos eksperimentos FRIB iekārtā pētnieki radīs smagākos iespējamos alumīnija, magnija un neona izotopus un salīdzinās šo izotopu sabrukšanas ātrumu ar šobrīd esošo modeļu prognozēm. Pētnieki pat necer, ka eksperimentālie novērojumi perfekti sakritīs ar prognozēm. "Tas būtu pārsteigums, ja novērojumi būtu tieši tādi, kādus prognozē modelis. Visticamāk, tā nebūs, un tāpēc mēs rezultātus izmantosim, lai uzlabotu esošos modeļus," spriež Šerils.
Pēc tam – apvāršņi ir milzīgi. Ar šo iekārtu varēs mēģināt izprast, kas notiek neitronu zvaigžņu un citu eksotisku Visuma objektu "iekšienē". Tāpat droši vien daļai no izotopiem varētu būt potenciāls arī jau pavisam praktiskās jomās, piemēram, medicīnā precīzākos diagnostikas risinājumos.
Seko "Delfi" arī Instagram vai YouTube profilā – pievienojies, lai uzzinātu svarīgāko un interesantāko pirmais!
