Pierwiastki chemiczne zbudowane są z protonów i neutronów znajdujących się w jądrze otoczonym chmurą elektronów. Każdy z pierwiastków rozróżniamy na podstawie liczby posiadanych przez niego protonów. Wodór ma jeden proton, hel dwa i tak dalej przez całą tablicę Mendelejewa. O ile liczba protonów w obrębie jednego pierwiastka nie może ulec zmianie, to liczba neutronów już tak. Nie zmienia to właściwości chemicznych pierwiastka, ale może sprawić, że będzie cięższy lub lżejszy. Tego typu wersje pierwiastka o różnej liczbie neutronów nazywane są właśnie izotopami.
Niektóre izotopy występują naturalnie, inne można wytworzyć jedynie w laboratorium. W przypadku uranu najpowszechniejszym, a do tego występującym naturalnie izotopem jest uran-238. Jest on używany na przykład w elektrowniach jądrowych. Stanowi aż 99,3% całego uranu i składa się z 92 protonów (jak wszystkie atomy uranu) i 146 neutronów. [146 plus 92 daje 238, stąd nazwa izotopu.]
Nowo pozyskany izotop uran-214 zawiera 122 neutrony, dzięki czemu jest najlżejszym ze wszystkich znanych dotąd izotopów tego pierwiastka. Jak poinformowali chińscy badacze w publikacji w Physical Review Letters uran-214 ma czas półtrwania wynoszący zaledwie 0,52 milisekundy.
Czas półtrwania to inaczej czas połowicznego rozpadu. Jest to okres, w którym liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę. Czas połowicznego rozpadu charakteryzuje dany izotop promieniotwórczy niezależnie od czynników zewnętrznych (temperatura, ciśnienie, postać chemiczna, stan skupienia) i jest pojęciem stosowanym dla każdego rodzaju rozpadu promieniotwórczego.
Co istotne, uran-214 rozpada się poprzez emisję promieniowania alfa, tak samo jak w przypadku uranu-216 i uranu-218. Promieniowanie alfa to jednoczesne uwolnienie dwóch protonów i dwóch neutronów z jądra atomu. Naukowcy nie są do końca pewni, jak dochodzi do powstania tego typu promieniowania, ale uważa się, że ma to związek z „magiczną liczbą” 126 neutronów i izotopami jej pokrewnymi. To właśnie izotopy o takiej konfiguracji mają tendencję do rozpadu poprzez uwalnianie promieniowania alfa.
– Jądra atomowe z pobliża magicznej liczby neutronów [N = 126] stanowią idealny przedmiot do zbadania, w jaki sposób zmiany struktury jądra wpływają na właściwości rozpadu alfa – podkreśla główny autor badań, Zhang Zhiyuan z Instytutu Fizyki Współczesnej Chińskiej Akademii Nauk.
Zespół odkrył też, że uran-214 jest wyjątkowy w porównaniu z izotopami innych pierwiastków o podobnej liczbie neutronów. Właściwości związane z tworzeniem się cząstki alfa są dwukrotnie wyższe w izotopach uranu niż w w przypadku innych pierwiastków. Badanie sugeruje, że to wzmocnienie może być jeszcze silniejsze w przypadku pierwiastków o większej liczbie protonów, takich jak pluton.
Jakie może być potencjalne zastosowania uranu-214? Odkrycie sugeruje, że uran-214 może być najbardziej wydajnym paliwem dla elektrowni atomowych. Niestety droga do wykorzystania nowego izotopu do pozyskiwania energii jest jeszcze bardzo daleka. Proces jego pozyskiwania jest długotrwały i skomplikowany. Teraz chińscy inżynierowie będą musieli przeprowadzić dalsze badania nad uranem-214.