Neues Uranisotop nachgewiesen

Uran ist das schwerste Element das in nennenswerten Mengen natürlicherweise in der Erdkruste vorkommt. Zwar sind alle seine Isotope radioaktiv und zerfallen deshalb im Laufe der Zeit. Da die Halbwertszeiten der beiden häufigsten Uranisotope ²³⁸U und ²³⁵U im Bereich von Jahrmilliarden liegen, ist seit der Entstehung der Erde ein nennenswerter Teil übriggeblieben. Nun gelang Forschern der Nachweis eines neuen, bislang unbekannten Uranisotops. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten, handelt es sich bei dem extrem kurzlebigen ²¹⁴U um das leichteste Uranisotop, das jemals erzeugt wurde.

Isotope bezeichnen verschiedene Varianten eines chemischen Elements: Während die Anzahl von Protonen jeweils festgelegt ist, kann die Anzahl von Neutronen im Atomkern variieren. Der Atomkern des häufigsten Uranisotops ²³⁸U besteht – wie alle anderen Urankerne – aus 92 Protonen. Außerdem besitzt er 146 Neutronen und ist damit relativ stabil. U-214 besitzt ebenfalls 92 Protonen im Kern, jedoch nur 122 Neutronen. Diesen exotischen Atomkern erzeugten Zhiyuan Zhang und seine Kollegen nun, indem sie zunächst Atomkerne des Edelgases Argon an der Heavy Ion Research Facility in Lanzhou in China beschleunigten.

Die Argonkerne aus je 18 Protonen und 18 Neutronen schossen die Forscher auf eine dünne Probe aus Wolframatomen, deren Kerne sich jeweils aus 74 Protonen und 108 Neutronen zusammensetzen. Beim Zusammenprall verschmelzen die Atomkerne von Argon und Wolfram miteinander, wobei einige ihrer Neutronen „abgedampft“ – also freigesetzt werden – können. Auf diese Weise entstand neben anderen Uranisotopen erstmals auch ²¹⁴U. Das exotische Isotop separierten Zhang und sein Team von den anderen Isotopen und analysierten es eingehend. Es zeigte sich, dass die Halbwertszeit von ²¹⁴U etwa eine halbe Millisekunde beträgt. Damit ist es noch kurzlebiger als die nur leicht schwereren Isotope ²¹⁶U und ²¹⁸U.

Der Vergleich dieser drei Isotope liefert Forschern wichtige Erkenntnisse über die Stabilität von Atomkernen. Denn die Neutronenzahl von ²¹⁴U entspricht mit 122 fast der sogenannten magischen Neutronenzahl von 126 – magisch, weil Atomkerne mit 126 Neutronen besonders stabil sind. Durch die Analyse solcher Kerne und ihrer Nachbarn in der Nuklidkarte lassen sich die hochkomplexen Theorien zur Beschreibung von Atomkernen überprüfen. In Zukunft wollen Zhang und seine Kollegen auch andere schwere Kerne untersuchen – etwa kurzlebige neutronenarme Isotope von Plutonium –, um die Modelle noch genauer zu testen.