ویکی‌پدیا

جزیره پایداری: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
[نسخهٔ بررسی‌نشده][نسخهٔ بررسی‌نشده]
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
بدون خلاصۀ ویرایش
تبدیل برخی از یادکرد وب ها به cite web
خط ۳۱:
'''جزیرهٔ پایداری''' {{به انگلیسی|Island of stability}} یک محدودهٔ پیش‌بینی‌شده‌است که در آن [[عنصر فوق سنگین|عناصر فوق سنگین]] با [[جرم اتمی]] نزدیک به [[عدد جادویی (فیزیک)|اعداد جادویی]] از روند نزولی [[ایزوتوپ پایدار|پایداری]] در [[عنصرهای فرااورانیم|عناصر فرااورانیمی]] تبعیت نمی‌کنند. جزیرهٔ پایداری یک فرضیهٔ اثبات‌نشده‌است و در مورد موقعیت و تأثیرات آن بر پایداری عناصر ابهاماتی وجود دارد. برای مثال بسیاری از دانشمندان اعتقاد دارند که مرز جزیرهٔ پایداری از عنصر [[آن‌بینیلیوم|آن‌بینیلیم]] شروع می‌شود ولی برخی هم معتقد هستند که این جزیره از [[عدد اتمی]] ۱۲۶ — نزدیک‌ترین [[عدد جادویی (فیزیک)|عدد جادویی]] به وزن اتمی آن‌بینیلیم — آغاز می‌شود؛ همچنین [[نیمه‌عمر]] عناصر واقع در این محدوده از چند دقیقه، تا چند روز تخمین زده شده‌است.<ref name=":0">{{پک|Glenn T. Seaborg|۱۰ نوامبر ۲۰۰۵|ک=Modern nuclear chemistry}}</ref>
 
عنصرهای سنگین‌تر از [[اورانیوم|اورانیم]] به صورت طبیعی در زمین وجود ندارند. این [[عنصر فرااورانیم|عنصرهای فرااورانیمی]] و به وسیلهٔ [[واکنش هسته‌ای|واکنش‌های هسته‌ای]] در آزمایشگاه‌ها ساخته می‌شوند. آن‌ها همگی پرتوزا و ناپایدارند و به‌طور کلی هرچه سنگین‌تر می‌شوند، [[نیمه‌عمر]]شان کوتاه‌تر می‌شود.<ref name=":0" /> برای مثال نیمه‌عمر عنصر ۱۱۵ ([[مسکوویم]]) ۰/۸ ثانیه، عنصر ۱۱۶ ([[لیورموریوم|لیورموریم]]) '''۶۰''' میلی‌ثانیه و عنصر ۱۱۸ ([[اوگانسون]]) تنها ۰/۷ میلی‌ثانیه است.<ref name=":0" /> اما طبق برخی نظریه‌ها در [[فیزیک هسته‌ای]]، دانشمندان حدس می‌زنند در محدوده‌ای از تعداد [[نوترون]]‌ها و [[پروتون]]‌ها، دوباره به عنصرهایی با پایداری بالا دست یابند. برای نمونه پیش‌بینی می‌شود عنصری با ۱۱۴ [[پروتون]] و ۱۸۴ [[نوترون]]، پایداری بالاتری نسبت به عنصرهای مجاورش داشته باشد و به اصطلاح در جزیرهٔ پایداری قرار داشته باشد.<ref name=":0" />{{فیزیک هسته‌ای}}
منظور از دستیابی به جزیرهٔ پایداری، ساخت [[عنصر فوق سنگین]]ی است که برخلاف عنصرهای فوق سنگینی که تاکنون ساخته شده‌اند، از پایداری بالایی برخوردار باشد. هرچند در عمل هنوز کسی موفق به انجام این کار نشده، ولی شواهدی از آزمایش‌های مختلف به دست آمده که امکان چنین کاری را تأیید می‌کنند.<ref>{{پک|سیبورگ|۱۰ نوامبر ۲۰۰۵|ک=شیمی هسته‌ای نوین|ص=۵۷۶}}</ref><ref>{{یادکردCite وب |عنوان=The synthesis of element 114 confirmedweb|نشانیurl=http://wwwold.jinr.ru/section.asp?sd_id=103|بازبینیtitle=۲۰The نوامبرsynthesis ۲۰۱۷|اتاریخ=۲۰۰۰of ژانویهelement ۱114 confirmed|ناشرaccessdate=JINR|website=| پیوند بایگانی publisher= http://www.webcitation.org/71DOfaSb5 JINR| تاریخ بایگانی last=|first= ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref><ref name="c">{{یادکردCite وب |نام خانوادگی=|نام=|عنوان=Island of Stability - Discovering New Superheavy Elementsweb|نشانیurl=https://www.thoughtco.com/island-stability-discovering-new-superheavy-elements-4018746|بازبینیtitle=۲۰Island نوامبرof ۲۰۱۷|اثر=Stability - Discovering New Superheavy Elements|تاریخdate=March 30, 2016|accessdate=| پیوند بایگانی website= http://www.webcitation.org/71DOgDlk7 | تاریخ بایگانی publisher=|last=|first= ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref> کشف جزیرهٔ پایداری یک هدف مهم در علم تلقی می‌شود، چنان‌که فیزیک‌دان روس [[ویتالی لازاریویچ گینزبرگ|ویتالی گینزبورگ]] این موضوع را یکی از ''۳۰'' ''مسألهٔ مهم فیزیک برای [[قرن بیست و یکم]]'' می‌داند.<ref>{{یادکردCite وب |عنوان=Vitaly L. Ginzburg - Nobel Lecture: On Superconductivity and Superfluidityweb|نشانیurl=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/ginzburg-lecture.html|بازبینیtitle=۲۰Vitaly نوامبرL. ۲۰۱۷|تاریخ=15Ginzburg Nov- Nobel 2017Lecture: On Superconductivity and Superfluidity|ناشرdate=|accessdate=|website=|publisher=Nobelprize.org| پیوند بایگانی last= http://www.webcitation.org/71DOgzksv | تاریخ بایگانی first= ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref> در صورت چنین کشفی، عنصرهای فوق سنگینِ پایداری که ساخته می‌شوند در صورتی که نیمه عمرشان به اندازهٔ کافی طولانی باشد، می‌توانند در آزمایش‌هایی واقعی از نظر خواص [[شیمی|شیمیایی]] و فیزیکی بررسی شوند و این امر می‌تواند به تکمیل مدل‌های نظری ساختار هسته کمک کند و دانش انسان از [[هستهٔ اتم]] را بهبود ببخشد. همچنین ممکن است کاربردهای جدید و حتی غیرمنتظره‌ای در زمینه‌های گوناگون برای این عنصرها کشف شود.<ref>{{یادکرد وب |عنوان=جزیرهٔ پایداری هسته‌ها|نشانی=http://www.psi.ir/news2_fa.asp?id=653|بازبینی=۲۰ نوامبر ۲۰۱۷|تاریخ=۲ آبان ۱۳۹۱|ناشر=انجمن فیزیک ایران| پیوند بایگانی = http://www.webcitation.org/71DOjIddS | تاریخ بایگانی = ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref>
 
== مبانی نظری ==
نظریهٔ جزیرهٔ پایداری مبتنی بر [[مدل پوسته‌ای هسته]] — یکی از مدل‌های توصیف [[هسته اتم|هستهٔ اتم]] — است. مطابق این مدل نوترون‌ها و پروتون‌ها در [[تراز انرژی|ترازهای انرژی]] متفاوتی حول مرکز هسته توزیع شده‌اند. هرکدام از این ترازها را اصطلاحاً یک پوسته می‌نامند. هر پوسته فقط می‌تواند تعداد مشخصی نوترون یا پروتون را در خود جای دهد و با پر شدن یک پوسته، نوترون یا پروتون بعدی به پوستهٔ بالاتر که شعاع بزرگتری دارد می‌رود. از این لحاظ، شعاع پوسته‌ها مانند شعاع لایه‌های [[پیاز]] حول مرکز هسته افزایش می‌یابد. پر بودن کامل یک پوسته باعث افزایش پایداری یک هسته می‌شود. مثلاً در عنصری مانند [[قلع]]، آخرین پوستهٔ هسته کاملاً از پروتون‌ها پر است و به همین دلیل هسته آن به طرز نامعمولی پایدار است.<ref>{{پک|فیلیپ بال|۱۳۹۵|ک=عناصر افسانه تاریخ علم|ص=۵۷۶}}</ref> به تعدادی از نوترون‌ها و پروتون‌ها که یک پوسته را پر می‌کنند، '''[[عدد جادویی (فیزیک)|عددهای جادویی]]{{efn|magic numbers}}''' گفته می‌شود. عددهای جادویی پروتون‌ها عبارتند از '''۲'''، '''۸'''، '''۲۰'''، '''۲۸'''، '''۵۰''' و '''۸۲'''؛ عددهای جادویی نوترون‌ها نیز عبارتند از '''۲'''، '''۸'''، '''۲۰'''، '''۲۸'''، '''۵۰'''، '''۸۲''' و '''۱۲۶'''.<ref name="prc08">{{cite journal|last1=Chowdhury|first1=P. R.|last2=Samanta|first2=C.|last3=Basu|first3=D. N.|date=2008|title=Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability|journal=[[Physical Review C]]|volume=77|issue=4|page=044603|arxiv=0802.3837|bibcode=2008PhRvC..77d4603C|doi=10.1103/PhysRevC.77.044603}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Roy Chowdhury|first1=P.|last2=Samanta|first2=C.|last3=Basu|first3=D. N.|date=2008|title=Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130|journal=[[Atomic Data and Nuclear Data Tables]]|volume=94|issue=6|pages=781–806|arxiv=0802.4161|bibcode=2008ADNDT..94..781C|doi=10.1016/j.adt.2008.01.003}}</ref>
 
عددهای جادویی یاد شده، عددهایی هستند که تاکنون کشف شده‌اند. اما بر پایهٔ مدل پوسته‌ای هسته، پیش‌بینی می‌شود عددهای جادویی بالاتری نیز برای پر کردن پوسته‌های هسته‌های سنگین‌تر وجود داشته باشند. طبق محاسبه‌ها، عددهای جادویی بعدی نوترون‌ها ۱۲۶ و ۱۸۴ هستند. محاسبهٔ این عددها برای پروتون‌ها کمی مشکل‌تر است و تاکنون چند پیش‌بینی مختلف مانند ۱۱۴، ۱۲۰ یا ۱۲۶ صورت گرفته‌است.<ref>{{یادکردCite وبweb|تاریخ=23 </August 2006|پیوند بایگانی=http://www.webcitation.org/71DOpWur7|نشانیurl=http://www.nature.com/news/2006/060821/full/news060821-8.html|تاریخ بایگانی=۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸|عنوانtitle=In search of the island of stability|ناشرdate=|accessdate=|website=|publisher=Nature|بازبینیlast=|first=۲۰ نوامبر ۲۰۱۷}}</ref>
 
هسته‌ای که شامل یک پوستهٔ نوترونی یا پروتونی پر شده باشد، به '''هستهٔ جادویی'''{{efn|magic nucleus}} معروف است و به‌طور نسبی از سایر هسته‌ها پایدارتر است. هسته‌ای که در آن هر دو پوستهٔ نوترونی و پروتونی پر شده باشند، هستهٔ '''دوچندان جادویی'''{{efn|doubly magic nucleus}} نامیده می‌شود. اتم‌های [[هلیم]]، [[اکسیژن]]، [[کلسیم]] و [[سرب]] همگی ایزوتوپ‌هایی دارند که هسته‌های دوچندان جادویی دارند و کاملاً پایدارند:
سطر ۴۲ ⟵ ۴۳:
[[ایزوتوپ‌های هلیم|He{{su|a=r|p=<small>۴</small>|b=<small>۲</small>}}]] و [[ایزوتوپ‌های اکسیژن|O{{su|a=r|p=<small>۸</small>|b=<small>۱۶</small>}}]] و [[ایزوتوپ‌های کلسیم|Ca{{su|a=r|p=<small>۴۰</small>|b=<small>۲۰</small>}}]] و [[ایزوتوپ‌های کلسیم|Ca{{su|a=r|p=<small>۴۸</small>|b=<small>۲۰</small>}}]] و [[ایزوتوپ‌های سرب|PB{{su|a=r|p=<small>۲۰۸</small>|b=<small>۸۲</small>}}]]
 
در میان آن‌ها [[کلسیم]] نمونهٔ خوبی برای بررسی است. تعداد پروتون‌های آن ۲۰ است که یک عدد جادویی است، اما دو [[ایزوتوپ]] مختلف با دو عدد نوترونی جادویی ۲۰ و ۲۸ دارد که هر دو پایدارتر از سایر ایزوتوپ‌های کلسیم هستند و ایزوتوپ ۲۸ نوترونی از ایزوتوپ ۲۰ نوترونی نیز پایدارتر است.<ref>{{یادکردCite وب |عنوان="Magic Numbers" in Nuclear Structureweb|نشانیurl=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/shell.html|بازبینیtitle=۲۰"Magic نوامبرNumbers" ۲۰۱۷in Nuclear Structure|تاریخdate=|ناشرaccessdate=|website=|publisher=Georgia State University|| پیوند بایگانی last= http://www.webcitation.org/71DOoaL5P | تاریخ بایگانی first= ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref>
[[پرونده:Island O S.jpg|انگشتی|550px|شبیه‌سازی سه‌بعدی مکان احتمالی جزیرهٔ پایداری]]برای محاسبهٔ عددهای جادویی [[عنصر فوق سنگین|هسته‌های فوق سنگین]]، باید مسألهٔ تغییر شکل هسته را نیز در نظر گرفت. شکل یک هستهٔ دوچندان جادویی، کروی است. هسته‌های دیگر تغییر شکل داده و به صورت بیضوی کشیده یا بیضوی پَخت درمی‌آیند. این امر منجر به بازآرایی پروتون‌ها و نوترون‌ها در پوسته‌ها می‌شود. این پوسته‌های تغییر شکل یافته برای پر شدن به مجموعه‌های جدیدی از نوترون‌ها و پروتون‌ها نیاز دارند که می‌تواند باعث تغییر عددهای جادویی برای رسیدن به هسته‌های فوق سنگین کروی بشود.<ref name=":1">{{پک|ریگدن|۱۳۸۱|ک=دانشنامه فیزیک|ص=۱۰۳۶}}</ref> لذا بر پایهٔ مدل پوسته‌ای هسته پیش‌بینی می‌شود بتوان هسته‌های فوق سنگینی ساخت که هر دو پوستهٔ نوترونی و پروتونی در آن‌ها پر شده باشند و در عین حال شکل هسته‌شان کروی باشد و بنابراین از پایداری بالایی برخوردار باشند.<ref name="a">{{یادکرد وبCite web|عنوان=The Search for the Island of Stability|نشانیurl=http://www.mysteryofmatter.net/island_of_stability.html|بازبینیtitle=۲۰The نوامبرSearch ۲۰۱۷|for پیوندthe بایگانیIsland = http://www.webcitation.org/71DOq7Acuof Stability| تاریخ بایگانی date=|accessdate=|website=|publisher=|last=|first= ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref>
 
== تاریخچه ==
پس از کشف [[اورانیم]] در سال ۱۷۸۹، آن را آخرین عنصر [[جدول تناوبی]] می‌پنداشتند.<ref name="a">{{یادکرد وب|پیوند بایگانی=http://www.webcitation.org/71DOq7Acu|نشانی=http://www.mysteryofmatter.net/island_of_stability.html|تاریخ بایگانی=۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸|عنوان=The Search for the Island of Stability|بازبینی=۲۰ نوامبر ۲۰۱۷}}</ref> این تصور تا بیش از یک قرن ادامه داشت. اما با کشف [[نوترون]] در سال ۱۹۳۲، دانشمندان متوجه برهم‌کنش‌های آن با هستهٔ اتم شدند و پی بردند که با استفاده از این برهم‌کنش‌ها می‌توان عنصرهای سنگین‌تری خلق کرد. [[ادوین مک‌میلان]] در سال ۱۹۳۹ برای نخستین بار اورانیم را با نوترون‌های کُند شده بمباران کرد و موفق به ساخت اولین عنصر فرااورانیمی یعنی [[نپتونیم]] با عدد اتمی ۹۳ شد.<ref>{{پک|سیبورگ|۱۱ نوامبر ۲۰۰۵|ک=شیمی هسته‌ای نوین|ص=۵۶۲}}</ref> سپس [[گلن سیبورگ]] و همکارانش در [[دانشگاه کالیفرنیا، برکلی|دانشگاه کالیفرنیا در برکلی]] عنصر ۹۴ را تولید کردند. آن‌ها در ابتدا قصد داشتند این عنصر را «اولتیمیُم»{{efn|ultimium}} یا «اکسترمیُم»{{efn|extremium}} به معنای «عنصر نهایی» بنامند چرا که تصور می‌کردند با افزایش بیشتر تعداد پروتون‌ها در هسته، [[قانون کولن|نیروهای دافعهٔ کولنی]] آنقدر زیاد می‌شوند که هسته را متلاشی می‌کنند و بنابراین عنصر ۹۴ آخرین عنصر ممکن است. اما کمی بعد معلوم شد که این فرضیه اشتباه است و عنصر مذکور را [[پلوتونیم]] نامیدند.<ref>{{یادکرد وب ||عنوان=Interview with Glenn Seaborg|نشانی=https://www.pbs.org/wgbh/pages/frontline/shows/reaction/interviews/seaborg.html|بازبینی=۲۰ نوامبر ۲۰۱۷| پیوند بایگانی = http://www.webcitation.org/71DOsb9wM | تاریخ بایگانی = ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref><ref name="b">{{یادکرد وب |نام خانوادگی=Sacks|نام=Oliver |عنوان=Greetings From the Island of Stability|نشانی=http://www.nytimes.com/2004/02/08/opinion/greetings-from-the-island-of-stability.html|بازبینی=۲۰ نوامبر ۲۰۱۷|تاریخ=8 february 2004
|ناشر=The New York Times| پیوند بایگانی = http://www.webcitation.org/71DOu0pNn | تاریخ بایگانی = ۲۷ ژوئیه ۲۰۱۸}}</ref>
[[پرونده:Seaborg_in_lab.jpeg|راست|انگشتی|گلن سیبورگ برای نخستین بار اصطلاح «جزیرهٔ پایداری» را ابداع کرد. او در ساختن ده عنصر فرااورانیمی مشارکت داشت. عنصر ۱۰۶ جدول تناوبی به افتخار او [[سیبورگیم]] نامیده شد.|200px]]
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/جزیره_پایداری»