Abundancia de radioisótopos en RIKEN

BigRIPSLa tabla de nucleidos conocidos se ha extendido significativamente gracias a físicos japoneses, que han descubierto 45 nuevos isótopos ricos en neutrones. Los núcleos se observaron en el laboratorio RIKEN haciendo impactar potentes rayos de iones pesados en dianas de berilio y plomo.

Los investigadores dicen que los 45 son sólo una muestra de lo que está por llegar, con las mejoras técnicas esperadas que llevarán a la producción de miles de nuevos radioisótopos que deberían decirnos más sobre los procesos astrofísicos responsables de la creación de átomos, y también conducir a avances en la tecnología médica.

Los radioisótopos son elementos químicos inestables que tienen más o menos neutrones que las formas estables de estos elementos. Los físicos han estado produciéndolos usando aceleradores de partículas desde la década de 1980, pero una nueva generación de instalaciones de haces radiactivos extenderá enormemente el número de radioisótopos conocidos. Las medidas de propiedades tales como tiempos de vida y masas de estos núcleos mejorarán nuestra comprensión de la estructura y origen de los núcleos atómicos.

Separados por BigRIPS

La Fábrica de Rayos de Isótopos Radiactivos de 5000 millones de dólares en el Centro Nishina RIKEN para Ciencia Basada en Aceleradores cerca de Tokio es la primera de tales instalaciones en empezar a funcionar. Usa una serie de ciclotrones para acelerar los rayos de núcleos de cualquier elemento hasta el uranio y hacer colisionar esos núcleos con los núcleos de berilio o plomo. Las reacciones de fisión o fragmentación llevan a la producción de un rango de núcleos inestables ricos en neutrones, los cuales son recopilados, separados y analizados usando un instrumento superconductor conocido como BigRIPS.

Poco después de conectar la instalación en 2007, Toshiyuki Kubo y sus colegas de RIKEN y otros laboratorios de todo el mundo descubrieron dos nuevos isótopos de paladio usando un rayo de uranio-238. En esta fase, no obstante, el experimento estaba limitado por la relativamente baja intensidad del rayo, debido a que los isótopos ricos en neutrones son más difíciles de crear y requieren un ritmo de colisión mucho mayor. Ajustando en detalle los ciclotrones, el equipo del acelerador del Centro Nishina fue capaz de aumentar la intensidad en un factor de 50, llevando a un experimento que se llevó a cabo durante cuatro días en noviembre de 2008.

Durante el último año y medio Kubo y sus colaboradores han estado analizando en detalle los datos de colisiones procedentes de tal experimento, filtrando los pocos eventos atribuibles a nuevos núcleos exóticos del número mucho mayor de núcleos comunes que se produjeron. Entre los 45 nuevos radioisótopos que identificaron estaba el paladio-128, que es de interés debido a que desempeña un papel importante en la creación astrofísica de elementos químicos más pesados que el hierro y debido a que tiene un número “mágico” de neutrones (82), haciéndolo más estable que los núcleos con ligeramente más o menos neutrones. De la misma forma, el níquel-79, que también fue descubierto, tiene un número de neutrones de 51, colocándolo justo uno por encima del número mágico de neutrones de 50 y haciendo del mismo un isótopo importante para probar el modelo de cobertura nuclear.

Se necesita aumentar la intensidad de los rayos

Instalaciones similares de iones pesados también se desarrollan en Europa y Estados Unidos – el proyecto FAIR en el laboratorio GSI en Darmstadt, Alemania, y el FRIB en la Universidad Estatal de Michigan. Pero estas máquinas no estarán completas hasta dentro de unos años por lo que por el momento dejarán el campo abierto al RIBF (incluso FAIR, cuando empiece a funcionar, estudiará un rango más amplio de la física, incluyendo física atómica, física de plasma y física de hadrones). “La gran ventaja que tienen los japoneses es que ya tienen la máquina”, dice Bill Gelletly, físico nuclear en la Universidad de Surrey. “El problema es que son bastante lentos en lograr que la intensidad de los haces llegan a los niveles anunciados. Esto limita los experimentos”.

Kubo reconoce que él y sus colegas “apenas han empezado el proceso de investigación”. Dice que el siguiente paso es medir los tiempos de vida (que se esperan que sean del orden de décimas o centésimas de segundo), propiedades de decaimiento, reacciones y masas de los isótopos recientemente creados, así como el descubrimiento de vastos números de otras nuevas especies. Además de mejorar nuestra comprensión de la física nuclear, astrofísica y ciencias de los materiales, Kubo señala que el desarrollo de los nuevos aceleradores, dianas y fuentes de iones llevará a mejoras en la producción de radioisótopos para uso médicos y debería, dice, también mejorar las terapias contra el cáncer usando haces de iones.

El trabajo se describe en arXiv: 1006.0305.


Autor: Edwin Cartlidge
Fecha Original: 14 de junio de 2010
Enlace Original

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