Superschweres Element 112 chemisch untersucht – Experimentell auf der Insel der künstlichen Elemente gelandet

"Wir sind erfolgreich auf der Insel gelandet", sagen freudig die Initiatoren des Projekts, Heinz Gäggeler, Forschungsbereichsleiter am PSI und Chemieprofessor an der Universität Bern, und Robert Eichler, Leiter der Schwerelementforschung am PSI. Schon seit einigen Jahren produzieren Physiker am russischen Kernforschungszentrum Dubna in Kernfusionsreaktionen neue Isotope, die sie auf Grund ihrer radioaktiven Zerfallseigenschaften der theoretisch vorhergesagten Insel der superschweren Atomkerne zuordnen. Eine solche Insel im Periodensystem ist nicht nur durch die Zahl der Protonen (Ordnungszahl), sondern auch durch die Zahl der Neutronen (Isotope) in ihren Atomkernen vom Gebiet bekannter Elemente abgesetzt. Doch bisherige Versuche in den USA, diese Entdeckungen experimentell zu bestätigen, schlugen fehl. Der Grund liegt darin, dass von den neuen Elementen sich nur wenige Atome pro Woche herstellen lassen. Sie werden künstlich an einem Schwerionenbeschleuniger erzeugt, indem radioaktives Material mit hochenergetischen Strahlen aus Kalzium bestrahlt wird.

Das internationale Team mit Forschern des PSI und der Universität Bern hat im Rahmen eines vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützten Projekts nun einen Durchbruch geschafft. Mitgearbeitet haben auch Wissenschaftler aus dem Dubnaer Kernforschungszentrum und dem Institut für Elektronische Technologie in Warschau. Während zwei Monaten wurde in Dubna ein Target aus Plutonium mit hochintensiven Strahlen aus Kalzium bombardiert. Daraus bildete sich in einer Kernfusionsreaktion zuerst ein Isotop des Elements 114 mit der Massenzahl 287, das in weniger als einer Sekunde in das Isotop 283 des Elements 112 zerfällt. Dessen Halbwertszeit von 4 Sekunden ist aber genügend lang, um chemische Untersuchungen durchzuführen.

Experiment mit zwei Atomen gelungen

Mit dem Experiment wollte das Forschungsteam die Entstehung des neutronenreichen Isotops des Elements 112 in dieser Kernreaktion erstmals unabhängig bestätigen und das Atom gleichzeitig chemisch untersuchen. Theoretische Berechnungen sagen für Element 112 ein chemisches Verhalten voraus, das sich zwischen demjenigen von Quecksilber als einem flüchtigen Schwermetall und demjenigen von Radon als einem Edelgas bewegt. Der Versuch in Dubna verlief erfolgreich. Am 11. Mai 2006 gegen drei Uhr früh sowie am 25. Mai um halb neun Uhr morgens Moskauer Zeit gelang es, den Zerfall zweier Atome von Element 112 zu beobachten, wobei die Zerfallscharakteristik eindeutig mit den bisherigen Beobachtungen übereinstimmte. Die Atome des Elements 112 zerfielen durch Emission eines Alphateilchens in das Isotop des Elements 110 mit der Massenzahl 279, das etwa eine halbe Sekunde später durch eine spontane Kernspaltung zerplatzte.

Die gemessene Energie der beiden Bruchstücke aus der Kernspaltung war wie erwartet erheblich grösser als die entsprechende Energie aus der bekannten Kernspaltung von Uran, wie sie in jedem Kernkraftwerk genutzt wird. Interessanterweise verhielten sich die zwei Atome vom Element 112 im Experiment wie ein flüchtiges Schwermetall, also ähnlich wie Quecksilber, und nicht wie Radon. Dem internationalen Forschungsteam ist somit eine erste chemische Untersuchung auf der Insel der superschweren Elemente gelungen.

Für weitere Auskünfte:

Prof. Dr. Heinz Gäggeler, Stv. Direktor PSI, Leiter des PSI-Forschungsbereichs Teilchen und Materie (TEM)
Telefon +41 (0)56 310 24 04 oder +41 (0)31 631 42 64; heinz.gaeggeler@psi.ch

Dr. Robert Eichler, Leiter Gruppe Schwere Elemente, PSI
Telefon +41(0)56 310 41 20; robert.eichler@psi.ch