Emise protonu u izotopu lutecia-149. Kredit: University of Jyväskylä.

Emise protonu nebo též protonová radioaktivita představuje vzácný typ radioaktivní přeměny, při které je z jádra atomu vyzářen proton. Nevyskytuje se u přirozených radionuklidů, pouze u umělých, které lze připravit jadernými reakcemi. Poprvé byla emise protonu pozorována v kobaltu-53 v roce 1969, pak až v roce 1981 u lutecia-151 a thulia-147. Postupně byl tento proces objeven u řady dalších izotopů.

Mezinárodní tým fyziků, který pracoval ve finské laboratoři Accelerator Laboratory na University of Jyväskylä, vytvořil izotop lutecia-149, jehož exoticky zploštělé jádro tvarem připomíná dýni. S tímto izotopem dosáhli rekordu a naměřili mu nejkratší známý poločas rozpadu pro izotopy schopné emitovat proton v základním stavu. Badatelé pozorovali celkem 14 bleskurychlých rozpadů tohoto izotopu a odvodili z nich, že jejich poločas rozpadu je zhruba 450 nanosekund.

„Dýňové“ jádro lutecia-149 je rovněž rekordem samo o sobě. Mezi známými izotopy emitujícími proton je nejvíce zploštělé. V experimentu padl i třetí rekord, protože emitovaný proton v pozorovaných emisích měl energii kolem 1,9 MeV, což je doposud nejvyšší energie, pozorovaná při emisi protonu u atomu v základním stavu. Když vědci porovnali pozorovanou energii emitovaného protonu s dříve vytvořenými modely, ukázalo se, že tyto modely pozorovanou energii u lutecia-149 podceňovaly.

Zařízení MARA. Kredit: University of Jyväskylä.

Jak vyrobit takový výjimečný izotop lutecia? Lutecium-149 má 71 protonů a 78 neutronů, přičemž se po zmíněné emisi protonu přemění na izotop ytterbia-148. Vědci vytvořili lutecium-149 tak, že ostřelovali jádry niklu-58 terč v podobě tenké vrstvy ruthenia-96. Izolaci jader, o které šlo, zařídilo zařízení Mass Analyzing Recoil Apparatus (MARA). Badatelé chtějí v budoucnu více prostudovat zvláštní tvar jádra lutecia-149 s pomocí pozorování emitovaného gama záření. Bude to ale velmi náročné. Značně obtížné budou i zamýšlené pokusy vytvořit a studovat izotop lutecia-148, který by mohl mít delší poločas rozpadu než lutecium-149.

Logo. Kredit: University of Jyväskylä.

Proč věnovat tolik úsilí pozorování rozpadů a emisí bizarních umělých izotopů? Výzkumy tohoto druhu poskytují spoustu zajímavých údajů o atomových jádrech a o protonech s neutrony, které je vytvářejí. Běžněji se zkoumá podobný rozpad alfa, při které dochází k emisi částice alfa, tedy jádra helia, tvořeného dvěma protony a dvěma neutrony. Emise protonu ale zahrnuje jediný proton, což fyzikům nabízí jiný, řekněme přímočařejší úhel pohledu.

Literatura

Physics World 4. 4. 2022.

Physical Review Letters 128: 112501.