A descoberta do elemento 117, um elemento sintético que não ocorre na natureza, exigiu muitos anos de pesquisa colaborativa por dezenas de cientistas de várias instituições internacionais.
A experiência que produziu a primeira evidência do elemento 117 não poderia ter acontecido sem múltiplas instalações científicas de classe mundial, incluindo um complexo de aceleradores único na Rússia e o reator de pesquisa nuclear e instalações de processamento no Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia.
ORNL é o único lugar no mundo que pode produzir quantidades suficientes do elemento radioativo berkelium, um elemento sintético que é essencial para a criação do elemento 117. O berkelium é um subproduto da produção de califórnio no Reator Isótopo de Alto Fluxo da ORNL (HFIR).
O professor da Universidade de Vanderbilt Joe Hamilton observou quando a produção de califórnio foi retomada na ORNL em 2008 e introduziu Jim Roberto da ORNL a Yuri Oganessian, que foi pioneiro na abordagem de “fusão a quente” para sintetizar elementos superpesados por bombardear alvos de actinídeos com íons pesados acelerados em um ciclotron no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear em Dubna, Rússia. Esta reunião formou a base da colaboração contínua entre as três instituições. O trabalho anterior de Oganessian levou à descoberta dos elementos 114, 116 e 118 em 2000-2004, em colaboração com o Laboratório Nacional Lawrence Livermore. Os materiais alvo de Actinide para todas estas descobertas vieram de ORNL e Dimitrovgrad na Rússia. Mas a identificação do elemento 117 não foi possível sem o berkelium.
ORNL e JINR concordaram formalmente em colaborar na pesquisa de elementos superpesados em dezembro de 2008, incluindo a produção do material alvo do berkelium no ORNL e a participação nas experiências do acelerador no JINR. Lawrence Livermore National Laboratory, que tinha colaborado com a JINR na pesquisa anterior de elementos superpesados, também se juntou à equipe no final de 2008, adicionando capacidades de análise de dados nucleares.
O berkelium foi produzido através de 250 dias de irradiação no HFIR da ORNL e 90 dias de processamento no Centro de Engenharia e Desenvolvimento Radioquímico (REDC) adjacente para separar e purificar o material de berkelium.
Em 15 de junho de 2009, a ORNL enviou 22 miligramas de berkelium-249, com o relógio a contar da sua meia-vida de 327 dias, para a JINR. Este material foi enviado para o Instituto Russo de Pesquisa de Reatores Atômicos em Dimitrovgrad, que fabricou um alvo ao aplicar o radioisótopo de berquelium a uma fina película de titânio.
O alvo foi enviado do RIAR para JINR em Dubna, onde a experiência começou em 28 de julho de 2009.
O alvo 249Bk foi bombardeado durante 150 dias com um feixe intenso de 7 trilhões de íons de cálcio-48 por segundo em um dos aceleradores de íons pesados mais potentes do mundo. Sob condições muito raras, os núcleos de cálcio (contendo 20 prótons) interagiram com os núcleos de berkelium (contendo 97 prótons) para criar alguns núcleos compostos com número atómico 117. Estes núcleos compostos foram separados do feixe de cálcio por um conjunto de ímãs fortes no Dubna Gas Filled Recoil Separator. Os núcleos do elemento 117 foram implantados em detectores de silício, onde decaimentos radioativos distintos foram medidos.
Eventualmente, os detectores apareceram seis átomos de curta duração, mas que fizeram história do elemento 117, que então decaíram nos elementos 115, 113, 111, 109, 107 e 105.
A equipe internacional de pesquisa anunciou sua descoberta do elemento 117 em abril de 2010 em uma publicação de Cartas de Revisão Física. O artigo da descoberta incluiu 33 autores de seis instituições: JINR (15), ORNL (7), LLNL (6), Vanderbilt (2), RIAR (1), e University of Nevada Las Vegas (2).
Um grupo de 72 cientistas de 16 instituições na Austrália, Finlândia, Alemanha, Índia, Japão, Noruega, Polónia, Suécia, Suíça, Reino Unido e Estados Unidos conduziu experiências de confirmação para verificar independentemente a descoberta do elemento 117. Esta pesquisa envolveu a produção de berkelium no ORNL e bombardeamento com feixes de íons de cálcio de alta potência em um acelerador no GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research em Darmstadt, Alemanha. Esta observação independente do elemento 117 foi apresentada num estudo de Physical Review Letters publicado em Maio de 2014.
Estudos de confirmação adicionais foram conduzidos pela JINR, ORNL, LLNL, Vanderbilt e pela Universidade do Tennessee, Knoxville (UTK) na JINR em 2012 utilizando berkelium da ORNL (Phys. Rev. Lett. 109, 162501 (2012)). Krzysztof Rykaczewski da ORNL e Robert Grzywacz da UTK lideraram o desenvolvimento de um novo detector e sistema digital de aquisição de dados que foi usado nos experimentos de acompanhamento de núcleos superpesados em JINR.
Um comitê conjunto da União Internacional de Física Pura e Aplicada e da União Internacional de Química Pura e Aplicada avaliou as evidências e anunciou em 30 de dezembro de 2015, que os critérios para a descoberta do elemento 117 tinham sido cumpridos. A IUPAC também confirmou a descoberta do elemento 115, um produto em decomposição do elemento 117, neste anúncio. O comitê então convidou a equipe de descoberta da JINR, LLNL, ORNL e Vanderbilt a propor nomes e símbolos permanentes para os elementos 117 e 115.
Em 8 de junho de 2015, a Divisão de Química Inorgânica Inorgânica da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) publicou uma Recomendação Provisória para o nome tennessine e símbolo Ts para o elemento 117, em reconhecimento às contribuições do Laboratório Nacional Oak Ridge, da Universidade de Vanderbilt, e da Universidade do Tennessee em Knoxville para a pesquisa de elementos superpesados, incluindo a produção e separação química de materiais alvo únicos de actinídeos para a síntese de elementos superpesados nas instalações do HFIR-REDC da ORNL. O reconhecimento do Tennessee na nomeação do elemento 117 tinha sido um tópico de discussão desde que sugerido originalmente pelo Hamilton. O nome tennessine foi formalmente proposto pela equipe de descoberta durante uma videoconferência em 23 de março de 2016, com o final “ine” escolhido para ser consistente com a convenção necessária para os elementos do grupo 17 da tabela periódica. O nome provisório moscovium foi proposto para o elemento 115, homenageando a região russa que é o lar de JINR.
Significado do elemento 117
Na tabela periódica atual, elementos além do urânio (número atômico de 92) são cada vez mais instáveis e se decompõem rapidamente em outros elementos.
Os físicos nucleares teorizam que existe uma “ilha de estabilidade” além da tabela periódica atual, onde novos elementos superpesados exibiriam tempos de vida mais longos. Tal ilha estenderia a tabela periódica a elementos ainda mais pesados, e o aumento dos tempos de vida permitiria experiências químicas e aplicações potenciais para esses elementos.
Elemento 117 era o único elemento em falta na linha sete da tabela periódica. No caminho para a ilha de estabilidade, os pesquisadores inicialmente ignoraram o elemento 117 devido à dificuldade em obter o material alvo do berquelium. O elemento 117 e os novos isótopos resultantes do decaimento radioativo do elemento 117 aproximam os cientistas da ilha de estabilidade e apoiam uma tendência geral de estabilidade crescente para elementos superpesados com números crescentes de nêutrons no núcleo. A descoberta de dois isótopos do elemento 117 e seus 11 produtos de decaimento fornece fortes evidências para a existência da ilha de estabilidade.
Documentação de apoio
- Abril 9, 2010 -Descoberta do elemento 117 anunciada em cartas de revisão física http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.104.142502
- October 19, 2012 – 2ª experiência em JINR confirma o elemento 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.109.162501
- Maio 1, 2014 – Experiência no GSI confirma independentemente o elemento 117 – http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.172501
- 30de Dezembro de 2015 – IUPAC anuncia verificação de quatro novos elementos – http://iupac.org/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/
- 8 de Junho de 2016 – IUPAC emite recomendação provisória sobre nomes propostos – http://iupac.org/recommendation/names-and-symbols-of-the-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118/