Chemisches Element 114 erstmals bei GSI erzeugt – Eines der schwersten Elemente überhaupt

Es ist eines der schwersten Elemente überhaupt. Seine Erzeugung ist nur mit großem Aufwand an Teilchenbeschleunigern möglich und gelang bisher nur an zwei anderen Forschungszentren in den USA und in Russland.

Für den Nachweis des kurzlebigen Elements 114 bei GSI haben die Wissenschaftler den neuen, komplexen Messaufbau TASCA eingesetzt, den sie in den letzten Jahren entwickelt haben. Ziel ist es nun, mit der neuen Messapparatur zu noch schwereren Elementen vorzudringen und vielleicht sogar neue Elemente jenseits von Element 118 zu entdecken.

Mit dem Messaufbau TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) ist es Wissenschaftlern um Christoph Düllmann gelungen, in einem vierwöchigen Experiment 13 Atome des Elements 114 nachzuweisen. Obwohl dies nur wenige Atome sind, ist das die höchste jemals gemessene Produktionsrate für Element 114. Dies wird in Zukunft weitreichende chemische, atom- und kernphysikalische Messungen an superschweren Elementen erst möglich machen. In ihrem Experiment konnten sie zwei verschiedene Isotope des Elements 114 mit den Massenzahlen 288 und 289 identifizieren. Die gemessenen Halbwertszeiten liegen im Bereich von einer Sekunde.

„TASCA hat weltweit die höchste Effizienz zum Nachweis superschwerer Elemente an Beschleunigeranlagen. Dies ist die entscheidende Grundlage für zukünftige Experimente, in denen wir superschwere Elemente im Bereich von Element 114 auch chemisch untersuchen werden, um sie an die richtige Stelle im Periodensystem einordnen zu können“, sagt Christoph Düllmann von GSI, der Leiter der Kollaboration, der auch am neu gegründeten Helmholtz-Institut Mainz, das an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz angesiedelt ist, tätig ist.

In ihren Experimenten schossen die Wissenschaftler mit Hilfe des 120 Meter langen GSI-Teilchenbeschleunigers geladene Calcium-Atome, so genannte Calcium-Ionen, auf eine mit Plutonium beschichtete Folie. Durch Kernfusion verschmolzen die beiden Atomkerne der beiden Elemente Calcium und Plutonium zu einem Atomkern des neuen Elements. Es besitzt die so genannte Kernladungszahl 114, daher der vorläufige Name „Element 114“. Die Zahl ergibt sich aus der Summe der Kernladungszahlen der beiden Ausgangselemente: Calcium mit 20 und Plutonium mit 94.

Im gasgefüllten Separator TASCA wurden die mit dem Beschleuniger erzeugten Atome sehr selektiv von anderen Reaktionsprodukten abgetrennt und in einen speziellen Halbleiterdetektor implantiert. Anschließend wurden die Atome des Elements 114 identifiziert, indem die beim Zerfall ausgesandte Strahlung mit diesem Detektor gemessen wurde.

Das vor zehn Jahren erstmals im Kernforschungszentrum in Dubna, Russland, nachgewiesene Element 114 wurde bisher noch nicht offiziell von der dafür zuständigen Kommission der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) anerkannt. Die Ergebnisse von GSI, Darmstadt, und aus Berkeley, USA, wo fast zeitgleich zwei Atome des Elements 114 nachgewiesen wurden, bestätigen nun im Wesentlichen die Ergebnisse aus Dubna.

Erst vor kurzem hatte die IUPAC das letzte bei GSI entdeckte Element 112 offiziell als das bisher schwerste Element anerkannt. Noch unbestätigt sind Experimente aus Russland zur Erzeugung der Elemente bis hin zu 118.

Am Experiment zur Erzeugung von Element 114 mit TASCA bei GSI waren Wissenschaftler von GSI, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Technischen Universität München federführend. Beteiligt waren weiterhin Wissenschaftler aus Berkeley (USA), Jyväskylä (Finnland), Kolkata (Indien), Liverpool (Großbritannien), Lund (Schweden), Oslo (Norwegen) und Warschau (Polen).

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Link zur wissenschaftlichen Original-Veröffentlichung:
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.104.252701