Magic number alkuaineet

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

[size=150:2tbgahyk]Johdanto[/size:2tbgahyk]
Nikkeli, Lyijy ja muutamat muut aineet omaavat protoneita ja neutroneita sopivassa suhteessa, jolloin ydin muodostuu varsin vakaaksi. Tätä maagista lukua käytetään apuna kun yritetään etsiä raskaita alkuaineita. Toistaiseksi monet uraania raskaammat alkuaineet ovat osoittautuneet hyvin lyhytikäisiksi. Tämä juuri johtuu niiden ytimien väärästä koostumuksesta.

[size=150:2tbgahyk]Kysymyksiä[/size:2tbgahyk]
Mikä sitten olisi sopiva hiukkasten suhde siinä seuraavassa raskaassa vakaassa alkuaineessa? Kuinka painava tämä seuraava maaginen alkuaine oikein olisi?

Mitä moisella aineella voisi tehdä? Saisiko siitä uraaniluotejakin tehokkaampia panssariluoteja tehtyä? Voisiko siitä valmistaa hyvin ohuita, mutta sitäkin painavampia seiniä ydinvoimaloiden reaktoreihin tai vaikka ydinkäyttöiseen rakettiin? Voisiko sillä saada kiini neutriinoja?

Kommentit (3)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26848
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran

Mikä sitten olisi sopiva hiukkasten suhde siinä seuraavassa raskaassa vakaassa alkuaineessa? Kuinka painava tämä seuraava maaginen alkuaine oikein olisi?



Unbiheksiumin (alkuaine 126) isotooppi 310:llä on sekä protonien että neutronien määrä maaginen. Sen puoliintumisajan arvellaan olevan jopa miljoonien vuosien luokkaa (muutaman nettisivun mukaan).


Mitä moisella aineella voisi tehdä? Saisiko siitä uraaniluotejakin tehokkaampia panssariluoteja tehtyä?



Miljoonan vuoden puoliintumisaika tekee aineesta sen verran radioaktiivista, ettei siitä ole arkikäyttöön. Ilmeisesti tuo olisi myös kemiallisesti varsin epästabiilia.

Jos ainetta löytyisi maakuoresta, siitä varmaan tehtäisiin ensimmäiseksi ammuksia. Sen valmistaminen on kuitenkin niin vaikeaa ja kallista, että keinotekoisella aineella ei ole makroskooppisia käytännön sovelluksia. Atomiakaan ei ole toistaiseksi kyetty luomaan.


Voisiko siitä valmistaa hyvin ohuita, mutta sitäkin painavampia seiniä ydinvoimaloiden reaktoreihin tai vaikka ydinkäyttöiseen rakettiin?



Kyllä sen pitäisi absorboida tehokkaasti säteilyä. Tavallisissa ydinvoimaloissa tosin ei ole sellaista tilanahtautta, että tuollaista tarvittaisiin. Halvempi on laittaa kolme metriä betonia kuin milli unbiheksiumpeltiä.

Voisiko sillä saada kiini neutriinoja?

Teoriassa se ehkä olisi hieman parempaa absorboimaan neutriinoja. Mutta kun neutriinojen abrorptiopituus lyijyssä on valovuosia, eipä tuosta iloa olisi vaikka koko Maapallo olisi unbiheksiumia.

Neutriinoilmaisimeksikaan läpinäkymätön metalli ei sovi. Joku läpinäkyvä yhdiste voisi sopia, mutta siinä tulee taas rahakysymys eteen. On halvempi louhia ja täyttää kuutiokilometrin vesiallas kuin valmistaa kuutiometri transuraania. Käyttö ilmaisimena edellyttäisi myös sitä, että isotoppi olisi stabiili. Muuten sen oma radioaktiivisuus sotkee ilmaisimen toiminnan.

Tuo olisi kyllä tieteellisenä tutkimuskohteena erittäin mielenkiintoinen aine. Miljoonan vuoden puoliintumisaika tekisi periaatteessa mahdolliseksi kerätä isotooppia sellaisia määriä, että sen kemialliset ja makroskooppiset fysikaaliset ominaisuudet voitaisiin mitata ja käyttää niitä teorioiden hiomiseen. Supermassiivisissa alkuaineissa on ilmiöitä, joita nykyiset teoriat eivät täysin osaa huomioida. g-elektronienkin vaikutus kemiaan ja magneettisiin ominaisuuksiin olisi mielenkiintoista. Millään tunnetulla alkuaineella ei ole g-elektroneja, 5g-kuori alkaa täyttyä vasta 120:n jälkeen.

Vierailija

Joo näinhän se on, että hiukkaskiihdyttimessä kovin suuria määriä ei lähdetä tuottamaan. Jos kuitenkin keksittäisiin riittävän tärkeä raskas alkuaine, jota voitaisiin käyttää johonkin hyödylliseen, alettaisiin varmaankin sen tuotantomenetelmiä siirtämään huippukalliista hiukkaskiihdyttimestä teollisen mittakaavan massatuotantoon. Näinhän tehtiin Manhattan projktissakin.

Oletetaan, että unbiheksiumia tai muuta raskasta alkuainetta voitaisiin tuottaa kuin lihapullia, niin mitä käyttöä sille keksittäisiin? Onko nykyaikana olemassa joku pulma, joka odottaa raskasta alkuainetta ratkaisijakseen?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26848
Liittynyt16.3.2005
Tetrafuran
Joo näinhän se on, että hiukkaskiihdyttimessä kovin suuria määriä ei lähdetä tuottamaan. Jos kuitenkin keksittäisiin riittävän tärkeä raskas alkuaine, jota voitaisiin käyttää johonkin hyödylliseen, alettaisiin varmaankin sen tuotantomenetelmiä siirtämään huippukalliista hiukkaskiihdyttimestä teollisen mittakaavan massatuotantoon. Näinhän tehtiin Manhattan projktissakin.



Superraskaiden aineiden tuotanto ei vain ole niin helppoa kuin plutoniumin. Plutoniumia syntyy itsestään makroskooppisia määriä ydinreaktoreissa. Plutonium syntyy uraania neutroneilla pommitettaessa. Neutronit sähkövarauksettomina osuvat helposti ytimiin ja aiheuttavat ydinreaktioita.

Vaikka nopeat neutronisieppaukset ovat merkittävä alkuaineiden muodostumiprosessi supernovien äärimmäisissä oloissa, ydinreaktoreissa neutronivuota ei kuitenkaan voida saada niin suureksi, että superytimiä voisi muodostua ennen kuin ne hajoavat. Ainoa keino muodostaa niitä on ampua keskiraskaita atomiytimiä raskaisiin. Toisin kuin varauksettomia neutroneita, atomiytimet hylkivät toisiaan rajusti sähkömagneettisen vuorovaikutuksen takia. Siksi tarvitaan kiihdyttimiä tuottamaan energiaa ammusytimille.


Oletetaan, että unbiheksiumia tai muuta raskasta alkuainetta voitaisiin tuottaa kuin lihapullia, niin mitä käyttöä sille keksittäisiin? Onko nykyaikana olemassa joku pulma, joka odottaa raskasta alkuainetta ratkaisijakseen?

Ei tietääkseni. Mikäli kemiallinen reaktiivisuus, myrkyllisyys tai radioaktiivisuus eivät olisi kohtuuttoman haitallisella tasolla, tuollaiselle aineelle voisi olla käyttöä painona hieno- ja miksei muussakin mekaniikassa. Ei kuitenkaan tunneta mitään maata mullistavaa sovellusta, jonka noin 40000 kg/m^3 painava aine voisi ratkaista. (126:n tiheydelle en ole nähnyt arvioita, mutta 105-108:n tiheyksille löytyy jollakin tavalla laskettuja arvioita 30000-40000 kg/m^3:n välillä [viite]) Itse veturinsa rakentavat pienoisrautatieharrastajat ottaisivat ilolla vastaan supertiheän metallin. Mitä painavampi veturimalli on, sitä isompi vetokyky sillä on.

Jos tuollainen metalli olisi halpaa ja pysyvää, ehkä sille olisi käyttöä myös säteilysuojana. En kuitenkaan usko, että siinäkään saavutettaisiin mitään ihmeitä. Ydinaseissa tarvitaan raskaita metalleja, sieltä löytyisi varmaan sovelluksia superraskaille, vaikka ne eivät ihan romuraudan kanssa hinnalla kilpailisikaan.

Tietääkö joku, miksi alkuaineiden tekijät pyrkivät aina juuri johonkin tiettyyn lopputulokseen? Jos ammuttaisiin vaikka uraania uraaniin, voisi saada samalla kerralla monenlaisia hyvinkin raskaita isotooppeja. Vaikka "tuplauraani" hajoaisi spontaanilla fissiolla, se voisi tuottaa monenlaisia mielenkiintoisia ytimiä, koska fissiotuotteet ovat yleensä erikokoisia. Onko tuo ehkä joku detektointiin liittyvä ongelma. Eksoottisten ydinten sekasopasta ei ehkä saada eroteltua ominaisuuksiltaan tuntemattomia isotooppeja. Mutta luulisi silti, että jos joidenkin isotooppien puoliintumisaika tosiaan on miljoonia vuosia, niitä saataisiin rikastumaan kohtioon sellainen määrä, joka voitaisiin eristää ja todeta olemassaolevaksi.

Uusimmat

Suosituimmat