جزیره پایداری

جزیره پایداری محدوده ای احتمالی در جدول تناوبی است که ممکن است در آن عنصرهای فوق سنگینی یافت شود که برخلاف عنصرهای فوق سنگینی که تا کنون کشف شده، از پایداری نسبی برخوردار باشند. عنصرهای سنگین تر از اورانیم به صورت طبیعی در زمین وجود ندارند و به وسیلهٔ واکنش های هسته ای در آزمایشگاه ها ساخته می شوند. آن ها همگی پرتوزا و ناپایدارند و به طور کلی هرچه سنگین تر می شوند، نیمه عمرشان کوتاه تر می شود. [ ۱] برای مثال نیمه عمر عنصر ۱۱۵ ( مسکوویم ) ۰/۸ ثانیه، عنصر ۱۱۶ ( لیورموریم ) ۶۰ میلی ثانیه و عنصر ۱۱۸ ( اوگانسون ) تنها ۰/۷ میلی ثانیه است. [ ۲] اما طبق برخی نظریه ها در فیزیک هسته ای، دانشمندان حدس می زنند در محدوده ای از تعداد نوترون ها و پروتون ها، دوباره به عنصرهایی با پایداری بالا دست یابند. به این محدوده در اصطلاح جزیره پایداری گفته می شود. برای نمونه پیش بینی می شود عنصری با ۱۱۴ پروتون و ۱۸۴ نوترون، پایداری بالاتری نسبت به عنصرهای مجاورش داشته باشد و به اصطلاح در جزیرهٔ پایداری قرار داشته باشد. [ ۳] منظور از دستیابی به جزیرهٔ پایداری، ساخت عنصر فوق سنگینی است که از پایداری بالایی برخوردار باشد. هرچند در عمل هنوز کسی موفق به انجام این کار نشده، ولی شواهدی از آزمایش های مختلف به دست آمده که امکان چنین کاری را تأیید می کنند. [ ۴] [ ۵] [ ۶] کشف جزیرهٔ پایداری یک هدف مهم در علم تلقی می شود، چنان که فیزیک دان روس ویتالی گینزبورگ این موضوع را یکی از ۳۰ مسئلهٔ مهم فیزیک برای قرن بیست و یکم می داند. [ ۷] در صورت چنین کشفی، عنصرهای فوق سنگینِ پایداری ساخته می شوند که پیش از این در زمین یافت نشده اند و در صورتی که نیمه عمرشان به اندازهٔ کافی طولانی باشد، می توان در آزمایش هایی واقعی خواص شیمیایی و فیزیکی آن ها را بررسی کرد که این امر می تواند به تکمیل مدل های نظری ساختار هسته کمک کند و دانش انسان از هستهٔ اتم را بهبود ببخشد. همچنین ممکن است کاربردهای جدیدی برای این عنصرها کشف شود. [ ۸]
نظریهٔ جزیرهٔ پایداری مبتنی بر مدل پوسته ای هسته — یکی از مدل های توصیف هستهٔ اتم — است. مطابق این مدل نوترون ها و پروتون ها در ترازهای انرژی متفاوتی حول مرکز هسته توزیع شده اند. هرکدام از این ترازها را اصطلاحاً یک پوسته می نامند. هر پوسته فقط می تواند تعداد مشخصی نوترون یا پروتون را در خود جای دهد و با پر شدن یک پوسته، نوترون یا پروتون بعدی به پوستهٔ بالاتر که شعاع بزرگتری دارد می رود. از این لحاظ، شعاع پوسته ها مانند شعاع لایه های پیاز حول مرکز هسته افزایش می یابد. پر بودن کامل یک پوسته باعث افزایش پایداری یک هسته می شود؛ مثلاً در عنصری مانند قلع، آخرین پوستهٔ هسته کاملاً از پروتون ها پر است و به همین دلیل هسته آن به طرز نامعمولی پایدار است. [ ۹] به تعدادی از نوترون ها و پروتون ها که یک پوسته را پر می کنند، عددهای جادویی[ الف] گفته می شود. عددهای جادویی پروتون ها عبارتند از ۲، ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰ و ۸۲؛ عددهای جادویی نوترون ها نیز عبارتند از ۲، ۸، ۲۰، ۲۸، ۵۰، ۸۲ و ۱۲۶. [ ۱۰]