کشف راز آفرینش طلا در اعماق کیهان_صبح سریع

به گزارش ستاد گسترش فناوری نانو، دانشمندان دانشگاه سوری (University of Surrey) در بریتانیا با منفعت گیری از فناوری نانوحباب‌های هلیوم، گامی بزرگ در حل یکی از سوال‌های بنیادی اخترفیزیک برداشته‌اند که عناصر سنگین‌تر از آهن در جهان چطور پدید آمده‌اند.

این پژوهش که در مرکز ملی شتاب‌دهنده کانادا (TRIUMF) انجام شده، نه تنها سرنخ‌هایی مورد قیمت در رابطه منشأ کیهانی عناصر سنگینی چون نقره، طلا و اورانیوم اراعه داده، بلکه می‌تواند به بهبود فناوری راکتورهای هسته‌ای نیز منجر شود. نتایج این مطالعه در نشریه معتبر Physical Review Letters انتشار شده است.

تا پیش از این، دو فرایند مهم برای شکل‌گیری عناصر سنگین نقل می بود، نخست: فرایند کند (s-process) که در هسته‌ی ستارگان رخ می‌دهد و به‌خوبی شناخته شده، و دوم، فرایند سریع (r-process) که تا این مدت رازآلود باقی مانده است. در r-process، در جریان رویدادهای شدید کیهانی نظیر ابرنواخترها و برخورد ستارگان نوترونی، هسته‌های اتمی در محیطی سرشار از نوترون، این ذرات را با شدت جذب می‌کنند، پیش از آن‌که دچار واپاشی بتا شوند.

اما شواهد تازه حاکی از وجود طوری ضعیف‌تر از r-process است که تنها عناصر سنگین متوسط (با عدد اتمی ۳۷ تا ۴۷ همانند روبیدیوم تا نقره) را پدید می‌آورد، بی‌آنکه به سراغ عناصر زیاد سنگینی چون طلا یا اورانیوم برود.

برای بازدید دقیق این فرایند ضعیف، تیم پژوهشی به سرپرستی دکتر متیو ویلیامز (Matthew Williams) عکس العمل هسته‌ای خاصی را بازدید کردند که در آن ایزوتوپ رادیواکتیو استرانسیوم-۹۴ (⁹⁴Sr) با جذب ذره آلفا (هسته هلیوم)، نوترونی آزاد می‌کند و به زیرکونیوم-۹۷ (⁹⁷Zr) تبدیل می‌شود.

این آزمایش شامل چهار مرحله پیچیده می بود؛ تشکیل یون‌های استرانسیوم-۹۴ از مقصد اورانیومی که توسط پروتون‌های پرانرژی بمباران شده، جداسازی این یون‌ها با لیزر و طیف‌سنج مغناطیسی، شتاب‌دهی آن‌ها به انرژی‌های شبیه انفجارهای ابرنواختری، برخورد آن‌ها با هدفی از جنس فیلم نازک سیلیکونی حاوی میلیاردها نانوحباب هلیوم که توسط مؤسسه علوم مواد سویل (CSIC) در اسپانیا ساخته شده می بود.

این فناوری نانویی نوین، برخلاف راه حلهای قبل، امکان تراکم مقدار بسیاری گاز هلیوم در فضایی زیاد کوچک را فراهم می‌سازد و برای نخستین‌بار اندازه‌گیری دقیق عکس العمل‌های سوزش هلیوم با پرتوهای رادیواکتیو را ممکن می‌سازد.

با منفعت گیری از آرایه‌ای از آشکارسازهای گاما و طیف‌سنج جرمی، پژوهشگران موفق شدند عکس العمل مورد نظر را شناسایی و گمان وقوع آن را در شرایط شبیه انفجارهای کیهانی اندازه‌گیری کنند. این داده‌ها اکنون در اختیار مدل‌سازان اخترفیزیک قرار می‌گیرد تا نقشه‌های دقیق‌تری از تشکیل عناصر در کیهان اراعه دهند.

ویلیامز پافشاری دارد که این فناوری می‌تواند به اندازه‌گیری شمار بسیاری از عکس العمل‌های شبیه در آینده منجر شود و به دانشمندان پشتیبانی کند تعیین کنند که r-process ضعیف دقیقاً در کجا رخ می‌دهد: در بادهای نوترینویی ناشی از ابرنواخترها یا در بخشی از ماده پرتاب‌شده در برخورد ستارگان نوترونی؟

افزون بر جنبه‌های اخترفیزیکی، نتایج این پژوهش کاربردهای صنعتی نیز دارد. ویلیامز می‌گوید: «با به‌روزرسانی مدل‌های عکس العمل هسته‌ای به‌اختصاصی برای ایزوتوپ‌های رادیواکتیو، می‌توانیم مواد مقاوم‌تری برای راکتورهای هسته‌ای طراحی کنیم که دوام بیشتری داشته باشند و دیرتر نیاز به معاوضه اشکار کنند.»

به این ترتیب، فناوری حباب‌های نانویی هلیوم نه‌تنها پنجره‌ای تازه به تاریخ کیهانی عناصر گشوده، بلکه نویدبخش نوآوری‌های صنعتی در عصر انرژی‌های نو نیز است.