Natuurkundigen hebben de lichtste variant van uranium ooit gemaakt. Hun uraniumatomen bevatten slechts 122 neutronen.
Meer dan 99 procent van het uranium dat in de natuur voorkomt, is uranium-238. Deze variant bevat 146 neutronen.
Verschillende varianten van eenzelfde element heten isotopen. Ze bevatten evenveel protonen – 92, in het geval van uranium – maar een afwijkend aantal neutronen. Isotopen worden benoemd aan de hand van het totale aantal protonen en neutronen in hun kern.
De nieuwe uraniumisotoop heeft slechts 214 van die kerndeeltjes – het laagste aantal ooit gemaakt. Derhalve staat die bekend als uranium-214.
Wolfraammonsters
De isotoop is gemaakt door Zhiyuan Zhang en zijn collega’s van de Chinese Academie der Wetenschappen. Dat deden ze via een tijdrovend proces waarin ze wolfraammonsters continu beschoten met krachtige stralen van argon en calcium, net zolang tot deze atomen samensmolten. Uit de resulterende deeltjessoep visten ze de uranium-214-atomen met een magnetisch afscheidingsapparaat.
‘Het is erg moeilijk om deze atomen te maken, omdat niet elke botsing het gewenste resultaat oplevert’, zegt Zhang. ‘De straling leverde ongeveer 1018 deeltjes om op het doelwit te botsen. Toch werden er slechts twee uranium-214-kernen met succes geproduceerd en afgescheiden.’
Alfaverval
De onderzoekers bestudeerden vervolgens het verval van die kernen. Ze stelden vast dat de halfwaardetijd van uranium-214 ongeveer 0,52 milliseconden is. Dat is hoe lang het duurt tot de helft van een bepaalde hoeveelheid deeltjes door radioactiviteit uit elkaar is gevallen.
Het Chinese team verrichtte vergelijkbare experimenten op twee eerder ontdekte isotopen, uranium-216 en uranium-218. De halfwaardetijd daarvan bleek respectievelijk zo’n 2,25 milliseconden en 0,65 milliseconden.
Ook maten de onderzoekers hoe de drie isotopen precies uit elkaar vallen. Ze zagen dat uranium-214 en uranium-216 alfaverval ondergaan. Daarbij verliest een atoom twee protonen en twee neutronen. Vergeleken met andere uraniumisotopen raakten de twee lichte varianten de alfadeeltjes opvallend makkelijk kwijt. Dat betekent waarschijnlijk dat de protonen en neutronen in deze isotopen ongewoon stevige interacties hebben.
‘Onze resultaten vormen mogelijk het eerste experimentele bewijs dat de sterke proton-neutroninteractie een belangrijke rol kan spelen bij alfaverval in de kern van zware atomen zoals uranium’, zegt Zhang.
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Physical Review Letters.
