Nieuws

Nieuw isotoop van magnesium gemaakt

Magnesium-18 (18Mg) is het lichtste isotoop van magnesium, dit is element 12 in het periodiek systeem.

Magnesium-18
Magnesium-18. Image credit: S.M. Wang / Fudan University & Facility for Rare Isotope Beams, Michigan State University.

De Aarde zit vol met natuurlijk magnesium. Dit is element is lang geleden in sterren gesmeed en sindsdien is het een belangrijk onderdeel geworden van onze voeding en mineralen in de aardkorst.

Het natuurlijke magnesium is stabiel. De atoomkern valt niet uit elkaar. Het magnesium-18 isotoop is echter vee te onstabiel om in de natuur voor te komen.

Alle magnesiumatomen hebben 12 protonen in hun kern. Voorheen had de lichtste versie van magnesium 7 neutronen waardoor het in totaal 19 protonen en neutronen heeft. Dit isotoop had dus de aanduiding magnesium-19.

Om megnesium-18 te maken, dat één neutron lichter is, begonnen Dr. Kyle Brown van het National Superconducting Cyclotron Laboratory aan de Michigan State University en collega’s met een stabiel isotoop van magnesium, magnesium-24.

De cyclotron van het National Superconducting Cyclotron Laboratory versnelde een straal van magnesium-24 kernen tot ongeveer de helft van de lichtsnelheid en stuurde die straal naar een doelwit, een metaalfolie gemaakt van het element beryllium. En dat was nog maar de eerste stap.

Die botsingen geven je een aantal verschillende isotopen die lichter zijn dan magnesium-24 en uit die soep van isotopen werd de gewenste isotoop geselecteerd. In dit geval was dit magnesium-20. Dit isotoop is instabiel en dat betekent dat het vervalt, meestal binnen tienden van een seconde.

Het team is dus aan tijd gebonden om dat magnesium-20 te laten botsen met een ander berylliumdoel op een afstand van ongeveer 30 meter. Maar de isotopen reizen met de helft van de lichtsnelheid dus erg lang duurt dat niet.

Het is die volgende botsing die magnesium-18 produceert, wat een levensduur heeft van een ongeveer zeshonderdste van een seconde.

Dat is zo’n korte tijd dat magnesium-18 zichzelf niet omhult met elektronen om zo een volwaardig atoom te worden voordat het uit elkaar valt. Het bestaat alleen als een naakte kern.

In feite is de levensduur van magnesium-18 zo kort dat het het berylliumdoel nooit verlaat. De nieuwe isotoop vervalt in het doelwit.

Dit betekent dat wetenschappers de isotoop niet rechtstreeks kunnen onderzoeken maar wel kenmerkende tekenen van verval kunnen karakteriseren.

Het werpt eerst twee protonen uit zijn kern om neon-16 te worden. Vervolgens worden er nog 2 protonen uitgeworpen om zuurstof-14 te worden.

Door de protonen en zuurstof te analyseren die aan het doelwit ontsnappen kan het team eigenschappen van magnesium-18 afleiden.

Volgens Dr. Brown was het een teamprestatie waaraan iedereen hard heeft meegewerkt. Het was best spannend. Het gebeurt niet iedere dag dat er een nieuw isotoop wordt gevonden.

De resultaten zijn op 22 december 2021 gepubliceerd in het tijdschrift Physical Journal Letters.

 

Artikel: Y. Jin et al. 2021. First Observation of the Four-Proton Unbound Nucleus 18Mg. Phys. Rev. Lett 127 (26): 262502; doi: 10.1103/PhysRevLett.127.262502