Scoperto un isotopo dell’uranio precedentemente sconosciuto

Gli scienziati hanno sintetizzato un isotopo di uranio precedentemente sconosciuto, l'uranio-241, che potrebbe iniziare a scomparire dopo soli 40 minuti

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Scoperto un isotopo di uranio precedentemente sconosciuto
Scoperto un isotopo di uranio precedentemente sconosciuto

Gli scienziati hanno sintetizzato un isotopo dell’uranio precedentemente sconosciuto, l’uranio-241, che potrebbe iniziare a scomparire dopo soli 40 minuti.

Gli scienziati hanno scoperto e sintetizzato un isotopo completamente nuovo dell’elemento altamente radioattivo dell’uranio. Ma potrebbe durare solo 40 minuti prima di decadere in altri elementi.

Il nuovo isotopo, l’uranio-241, ha 92 protoni (come tutti gli isotopi di uranio) e 149 neutroni, rendendolo il primo nuovo isotopo di uranio ricco di neutroni scoperto dal 1979. Mentre gli atomi di un dato elemento hanno sempre lo stesso numero di protoni, diversi isotopi, o versioni, di quegli elementi possono contenere numeri diversi di neutroni nei loro nuclei. Per essere considerato ricco di neutroni, un isotopo deve contenere più neutroni di quelli comuni a quell’elemento.

L’uranio è nella classe degli elementi della tavola periodica noti come “attinidi”, che hanno un numero di protoni compreso tra 89 e 103. Tutti gli attinidi sono radioattivi, ma l’uranio è uno dei quattro elementi più radioattivi, insieme a radio, polonio e torio.

“Abbiamo misurato le masse di 19 diversi isotopi di attinidi con un’elevata precisione di una parte per milione, compresa la scoperta e l’identificazione del nuovo isotopo di uranio”, ha dichiarato Toshitaka Niwase, un ricercatore presso il Wako Nuclear Science Center (WNSC) dell’Organizzazione per la ricerca sugli acceleratori ad alta energia (KEK) in Giappone. “Questa è la prima nuova scoperta di un isotopo di uranio sul lato ricco di neutroni in oltre 40 anni”.

Niwase è l’autore principale di uno studio sul nuovo isotopo dell’uranio, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.



Gli isotopi possono essere stabili, nel senso che mantengono la loro configurazione atomica, o instabili, nel senso che decadono e si scompongono in altri elementi guadagnando o perdendo protoni. I tassi di decadimento sono misurati dall’emivita di un isotopo, o dal tempo impiegato da metà del materiale per decadere in altri elementi. Dopo due emivite rimane un quarto del materiale; dopo tre, un ottavo e così via.

Il team non ha ancora misurato l’emivita dell’uranio-241, ma le stime teoriche lo collocano intorno ai 40 minuti, ha detto Niwase. Questo è un po’ breve per un’emivita. Per riferimento, l’emivita del carbonio-14 è di 5.730 anni, l’emivita dell’isotopo molto instabile tecnezio-99m è di sei ore e l’emivita del francio-223 è di 22 minuti. L’isotopo a decadimento più rapido, idrogeno-7, è mezzo esaurito in soli 10^-23 secondi.

Curva dell'emivita che mostra il decadimento radioattivo.(Credito immagine: Nandalal Sarkar)
Curva dell’emivita che mostra il decadimento radioattivo.(Credito immagine: Nandalal Sarkar)

Niwase e colleghi hanno creato l’uranio-241 sparando un campione di uranio-238 a nuclei di platino-198 all’acceleratore giapponese RIKEN. I due isotopi hanno quindi scambiato neutroni e protoni, un fenomeno chiamato “trasferimento multinucleo”.

Il team ha quindi misurato la massa degli isotopi creati osservando il tempo impiegato dai nuclei risultanti per percorrere una certa distanza attraverso un mezzo. L’esperimento ha anche generato 18 nuovi isotopi, ognuno dei quali conteneva tra 143 e 150 neutroni.

La scoperta illustra le capacità dei moderni acceleratori di particelle e dei metodi sperimentali nel far progredire la conoscenza e l’esplorazione scientifica. La collisione di nuclei atomici ad alte velocità ed energie consente la creazione e lo studio di isotopi di breve durata ed esotici che prima erano non osservabili e non ottenibili.

Tuttavia Niwase ha riconosciuto che l’uranio-241 probabilmente non ha molte utili implementazioni pratiche o scientifiche, poiché l’isotopo viene creato in quantità estremamente ridotte.

Nonostante la sua utilità limitata, la scoperta è degna di nota poiché si tratta del primo nuovo isotopo di uranio ricco di neutroni trovato in più di quattro decenni. I ricercatori intendono continuare a studiare gli isotopi che hanno creato per ottenere ulteriori informazioni sul comportamento degli elementi pesanti.

Estratto dello studio:

Il nuovo isotopo 241U è stato sintetizzato e sono state eseguite misurazioni sistematiche della massa atomica di diciannove isotopi Pa-Pu ricchi di neutroni nelle reazioni di trasferimento multinucleone del sistema 238U+198Pt presso la struttura KISS. I presenti risultati sperimentali dimostrano il ruolo cruciale delle reazioni di trasferimento multinucleon per l’accesso a isotopi di attinidi ricchi di neutroni inesplorati verso il gap di shell N = 152 in questa regione di nuclidi.

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