Können Myonen verwendet werden, um die Stabilitätsinsel superschwerer Elemente zu erreichen?

Beim Lesen über die Stabilitätsinsel superschwerer Elemente[0], experimentelle Ansätze und damit verbundene Schwierigkeiten[1] hat sich in meinem Kopf eine Idee gebildet. Da ich in der Literatur keine Überlegungen zu einem solchen Ansatz oder wesentlichen physikalischen Mängeln darin finden kann, habe ich beschlossen, hier zu fragen.

Haftungsausschluss: Da ich kein Spezialist auf diesem Gebiet bin, ist es durchaus möglich, dass mir einfach einige bekannte Informationen fehlen.

Die Frage ist also: Können Myonen zur Erzeugung neuer superschwerer Isotope in der Nähe der Insel der Stabilität verwendet werden?

Einige Informationen über zeitgenössische Myonenstrahlquellen[2], [3].

Betrachten Sie folgende Varianten:

1. Der Myoneneinfang durch den Kern (analog zum Elektroneneinfang, aber mit Myon) wird zum Hauptzerfallskanal für Myonen in Atomen mit Z>20.[4], [5]. Der resultierende Kern wird typischerweise auf Energien im Bereich von 10–20 MeV angeregt,[6] da der größte Teil der Massenenergie des gebundenen Myons (-100 MeV) in die kinetische Energie des Neutrinos umgewandelt wird. Untersuchungen zum Myoneneinfang durch den Kern in verschiedenen Materialien zeigen, dass der Anteil der resultierenden Isotope, die ohne Neutronenemission die Anregung verlieren, in der Größenordnung von Prozent bis zu mehreren zehn Prozent liegt[6], [7]. Dies deutet darauf hin, dass es Hoffnung gibt, den Myoneneinfangmechanismus zum Anpassen des Protonen/Neutronen-Verhältnisses in die gewünschte Richtung zu verwenden, um stabilere superschwere Isotope zu erzeugen. Ausgehend von Element 117, Isotop 294Ts, können wir uns beispielsweise im pn-Diagramm diagonal nach unten rechts „bewegen“.https://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_stability#/media/File:Island_of_stability_derived_from_Zagrebaev.svg

Obwohl eine Abregung ohne Neutronenemission für superschwere Kerne unwahrscheinlich erscheint, ermöglicht ein Ein-Neutronenkanal (der der Hauptabregungskanal ist) die Erzeugung neuer Isotope (z. B. 293Lv + µ -> 292 Mc + n).

Es gibt offensichtliche Probleme: - Wir kennen den Anteil der neutronenlosen und einzelnen Neutronen-Abregung für superschwere Isotope nicht, im besten Fall werden es einige Prozent sein, und die Spaltung wird die Anzahl der überlebenden Kerne stark verringern, aber mit Einrichtungen wie Superheavy Element Factory[8], [9] könnte dies machbar sein.

• Wie man ein einzelnes kurzlebiges Atom dazu zwingt, ein Myon einzufangen. Ich habe kein Fachwissen, um zu sagen, ob dies für den aktuellen Technologiestand sehr schwierig oder völlig unmöglich ist. Aber hier können wir zum Beispiel den Myonenstrahl mit Ionen superschwerer Elemente ausrichten, während sie vom Magnetabscheider zum Detektor fliegen. In diesem Fall müssen wir kein einzelnes Atom in einem Medium treffen, wir müssen ein hochionisiertes Isotop zwingen, ein geladenes Myon auf einem Orbital einzufangen. Und es kann im Vakuum sein (obwohl ich weiß, dass das aktuelle Experiment mit Gas gefüllt ist). Das scheint schwierig, aber nicht geradezu verrückt.

2. Ein weiterer Ansatz könnte die Verwendung von myonischem Wasserstoff, Deuterium und Tritium oder vielleicht sogar myonischem Helium anstelle von Neutronen sein, um Ziele zu bestrahlen und über kurzlebige Isotope zu „springen“, wie 258Fm („Fermiumlücke“)[10]. Wie bei der Myon-katalysierten Fusion kann ein mit Myon abgeschirmtes Wasserstoffisotop anstelle von Neutronen verwendet werden https://en.wikipedia.org/wiki/Muon-catalyzed_fusion Zum Beispiel können wir von langlebigem 257Fm zu langlebigem 260Md wechseln, indem wir ein Triton einfangen .

• Ich weiß nicht, wie machbar das ist, aber da die Verwendung von thermonuklearen Sprengstoffen[11] vorgeschlagen wurde, um die Fermiumlücke zu „überspringen“ ...

3. Vielleicht können wir durch Synchronisieren des Ionenstrahls mit dem Myonenstrahl durch Myoneneinfang einen Strahl radioaktiver Isotope „on the fly“ erzeugen.

• Ich bezweifle stark, ob dies möglich ist, und die Intensität des Strahls wird sowieso um die Befehle sinken …

Ich habe diese Frage vor einiger Zeit auf ResearchGate gestellt, hier ist ein Link, falls dort etwas auftaucht ... https://www.researchgate.net/post/Can_muons_be_used_to_reach_the_island_of_stability_of_superheavy_elements

[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Insel_der_Stabilität

[1] V. Zagrebaev, A. Karpov und W. Greiner, „Zukunft der Erforschung superschwerer Elemente: Welche Kerne könnten in den nächsten Jahren synthetisiert werden?“, J. Phys. Konf. Ser., Bd. 420, p. 012001, März 2013, doi: 10.1088/1742-6596/420/1/012001.

[2] S. Cook et al., „Lieferung des intensivsten Myonenstrahls der Welt“, Phys. Rev. Accel. Balken, Bd. 20, nein. 3, p. 030101, März 2017, doi: 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.030101.

[3] MICE-Kollaboration, „Demonstration of Cooling by the Myon Ionization Cooling Experiment“, Nature, vol. 578, Nr. 7793, S. 53–59, Feb. 2020, doi: 10.1038/s41586-020-1958-9.

[4] IH Hashim et al., „Nuclear Isotope Production by Ordinary Muon Capture Reaction“, Nucl. Instrument. Methoden Phys. Auflösung Sekte. Beschleunigung Spektrometer erkennen. Assoz. Ausrüstung, Bd. 963, p. 163749, Mai 2020, doi: 10.1016/j.nima.2020.163749.

[5] K. Nagamine, Einführung in die Myonenwissenschaft. Cambridge; New York: Cambridge University Press, 2003.

[6] DF Measday, „Die Kernphysik des Myoneneinfangs“, Phys. Rep., Bd. 354, Nr. 4–5, S. 243–409, Nov. 2001, doi: 10.1016/S0370-1573(01)00012-6.

[7] DF Measday, TJ Stocki, R. Alarcon, PL Cole, C. Djalali und F. Umeres, „Comparison of Muon Capture in Light and in Heavy Nuclei“, in AIP Conference Proceedings, 2007, vol. 947, S. 253–257, doi: 10.1063/1.2813812.

[8] S. Dmitriev, M. Itkis und Y. Oganessian, „Status und Perspektiven der Fabrik für superschwere Elemente in Dubna“, EPJ Web Conf., vol. 131, p. 08001, 2016, doi: 10.1051/epjconf/201613108001.

[9] YT Oganessian und SN Dmitriev, „Synthese und Untersuchung der Eigenschaften superschwerer Atome. Fabrik superschwerer Elemente“, Russ. Chem. Rev., Bd. 85, Nr. 9, S. 901–916, Sept. 2016, doi: 10.1070/RCR4607.

[10] VI Zagrebaev, AV Karpov, IN Mishustin und W. Greiner, „Produktion schwerer und superschwerer neutronenreicher Kerne in Neutroneneinfangprozessen“, Phys. Rev. C, vol. 84, Nr. 4, p. 044617, Okt. 2011, doi: 10.1103/PhysRevC.84.044617.

[11] HW Meldner, „Synthese superschwerer Elemente“, Phys. Rev. Lett., vol. 28, Nr. 15, p. 4, 1972.