버클리 연구소의 과학자들은 티타늄 빔을 사용하여 원소 116의 원자를 만들었습니다. 이는 매우 희귀한 원소를 만드는 새로운 방법을 나타낼 뿐만 아니라 아직 발견되지 않은 안정한 원소 120을 곧 만들 수 있다는 개념 증명이기도 합니다.
주기율표는 각 원소의 원자핵에 있는 양성자의 수인 원자 번호에 따라 원소를 배열합니다. 목록의 처음 94개 원소는 모두 자연에서 발견되지만, 그보다 무거운 원소는 실험실에서 기존 원소를 융합해야만 만들 수 있습니다.
이론상으로 이것은 상대적으로 간단하게 들립니다. 특정 원자 번호를 가진 원소를 원한다면 총 양성자 수가 동일한 두 개의 다른 원소를 함께 융합하면 됩니다. 예를 들어, 118개의 양성자를 갖는 오가인 원소를 생성하기 위해 과학자들은 일반적으로 캘리포늄(98개의 양성자를 가짐)으로 만들어진 표적에 칼슘 빔(20개의 양성자를 가짐)을 발사합니다.
초중원소 112~118은 원래 이렇게 합성됐다. 주기율표의 가장자리 너머에는 더 많은 원소가 있을 것으로 예상되지만, 불행히도 타겟으로 사용할 수 있는 원소 중 가장 무거운 원소는 칼리포늄입니다. 다음 원소들은 모두 너무 불안정합니다.
따라서 목표를 변경할 수 없다면 발사체를 변경하십시오. 버클리 연구소 팀은 이제 빔을 칼슘에서 22개의 양성자를 갖는 티타늄으로 증폭시켜 추가로 2개의 양성자를 얻는 방식으로 이를 수행했습니다. 그러나 그렇게 하는 것은 말처럼 쉽지 않습니다.
첫째, 이 공정에는 지구상 자연적으로 발생하는 전체 티타늄의 약 5%만을 차지하는 희귀 동위원소인 티타늄-50이 필요합니다. 그런 다음 티타늄-50을 특수 오븐에서 가열하여 온도를 거의 3000°F(1649°C)까지 올려 티타늄을 증발시킵니다. 이온 소스는 충전된 티타늄 플라즈마를 생성한 다음 표적을 향해 발사되는 빔으로 조작됩니다.
유사한 실험에서 티타늄 빔이 사용된 것은 이번이 처음이었기 때문에 그것이 작동하는지 테스트하기 위해 팀은 94개의 양성자를 갖는 플루토늄으로 만들어진 목표물에 티타늄 빔을 발사했습니다. 이로 인해 요소 116, "Fish"가 생성되었습니다. 물론, 팀은 매우 드물지만 이 포착하기 어려운 요소를 발견했습니다. 22일의 실험 동안 단 2개의 원자만이 생성되었습니다.
이 개념 증명을 통해 팀은 이제 티타늄 빔을 사용하여 가상 요소 120을 검색할 계획입니다. 이는 캘리포늄 타겟에 티타늄을 발사하여 달성할 수 있지만 이는 더 드물 것으로 예상됩니다.
버클리 연구소 핵과학부 소장인 라이너 크루켄(Reiner Kruecken)은 “120개를 만드는 데는 116개를 만드는 데 10배 정도 시간이 걸릴 것으로 생각한다”고 말했다. "쉽지는 않겠지만 이제는 실현 가능한 것 같습니다."
120번 원소가 발견되면 이는 알칼리 토금속(또는 "운비닐륨")이 될 것이며 현재 비어 있는 주기율표의 8행에서 역시 발견되지 않은 119번 원소와 합류할 것으로 예측됩니다.
그러나 가장 흥미로운 점은 Element 120이 "안정의 섬"에 위치할 가능성이 높다는 것입니다. 초중원소는 일반적으로 반감기가 짧습니다. 즉, 밀리초 내에 붕괴되므로 연구하기 어렵고 기본적으로 실제 목적으로 사용하는 것이 불가능합니다. 그러나 이러한 원소의 특정 동위원소는 전체 과정의 균형을 맞추기에 적절한 수의 중성자를 갖고 있어 몇 분 또는 며칠 동안 안정적일 수 있다고 예측됩니다. 그렇다면 Element 120은 꽤 오랜 시간이 지나면서 가장 유용한 새로운 요소가 될 수 있습니다.
연구자들은 빠르면 2025년부터 실험을 시작할 수 있지만, 120번 원소의 원자가 생산되려면 아직 몇 년이 걸릴 수 있습니다.
해당 연구는 Physical Review Letters 저널에 제출되었습니다.