Sintetizzato un altro isotopo del Plutonio, molto più leggero, e necessario per comprendere la fisica dei “Numeri magici”, quelli che segnalano struttura atomiche più stabili.

I ricercatori dell’Istituto di fisica moderna (IMP) dell’Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno sintetizzato con successo un nuovo isotopo del plutonio, il plutonio-227. Sinora gli isotopi conosciuti erano Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241, and Pu-242.

Questa scoperta è molto importante per la fisica nucleare, in particolare per quanto riguarda gli elementi transuranici, quelli che si trovano oltre l’uranio nella tavola periodica.

“Il plutonio-227 è il 39° nuovo isotopo scoperto dall’IMP ed è anche il primo isotopo del plutonio scoperto da scienziati cinesi”, hanno dichiarato i ricercatori in un comunicato stampa.

La creazione del plutonio-227

Il plutonio-227 è unico perché è “un isotopo del plutonio molto carente di neutroni”. Per creare questo raro isotopo, il team di ricerca, guidato dal Prof. Gan Zaiguo, ha utilizzato la reazione di evaporazione per fusione presso la Heavy Ion Research Facility di Lanzhou (HIRFL).

Per isolare e identificare il nuovo isotopo dai prodotti della reazione, hanno utilizzato uno strumento specializzato, il separatore di rinculo pieno di gas noto come Spectrometer for Heavy Atoms and Nuclear Structure (SHANS).

Questa ricerca si basa sul precedente lavoro del team sugli isotopi del nettunio. “Abbiamo scoperto la presenza della chiusura dello shell negli isotopi del nettunio attraverso una serie di esperimenti”, ha dichiarato il Prof. Zaiguo.
“Tuttavia, a causa dell’assenza di dati sperimentali, la robustezza di questa chiusura negli isotopi del plutonio rimane sconosciuta”.

Indagine sui “numeri magici”

La scoperta del plutonio-227 fornisce una piattaforma per indagare sui “numeri magici” della fisica nucleare. Questi numeri, tra cui 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126, rappresentano quantità specifiche di protoni e neutroni che conferiscono al nucleo una maggiore stabilità.

In parole povere, è come costruire con i blocchi, dove certe combinazioni creano una struttura più stabile.
“In studi passati, analisi sistematiche hanno rivelato un persistente indebolimento della chiusura del guscio neutronico 126 fino all’uranio, il che rende affascinante continuare a esplorare se la chiusura del guscio si affievolisca nella regione transuranica”, si legge nel comunicato stampa.
La sintesi del plutonio-227 offre un modo per esplorare questa domanda e comprendere meglio la stabilità degli elementi oltre l’uranio”.

Convalida dei dati e ricerca futura

Il team ha innanzitutto analizzato nove catene di decadimento del plutonio-227 per convalidare la scoperta del nuovo isotopo.
“I ricercatori hanno poi misurato l’energia delle particelle 𝛼 e l’emivita del plutonio-227, rispettivamente di circa 8191 keV e 0,78 s”, aggiunge il comunicato stampa. La vita di questo isotopo è quindi di meno di un secondo.

Uno dei modi in cui il plutonio-227 decade è il rilascio di particelle alfa, che sono essenzialmente nuclei di elio composti da due protoni e due neutroni. Il team ha misurato attentamente l’energia di queste particelle alfa emesse e ha determinato l’emivita dell’isotopo, ovvero il tempo necessario alla metà degli atomi di plutonio-227 per decadere.

“I dati si adattano abbastanza bene alla sistematica degli isotopi di plutonio conosciuti”, hanno affermato i ricercatori.
Ciò ha rafforzato la fiducia del team nel successo della sintesi di questo nuovo isotopo. Il dottor Yang Huabin, primo autore dello studio, ha sottolineato la direzione futura della ricerca.

“Il plutonio-227 appena scoperto è ancora a sette neutroni di distanza dal numero magico di 126. Per studiare la solidità della chiusura del guscio nel plutonio, è necessario continuare la ricerca di isotopi di plutonio ancora più leggeri, tra cui il plutonio-221 e il plutonio-226”, ha concluso Huabin.

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