Можно ли с помощью мюонов добраться до острова стабильности сверхтяжелых элементов?

Читая об острове стабильности сверхтяжелых элементов[0], экспериментальных подходах и связанных с ними трудностях[1], у меня в голове сформировалась идея. Так как я не могу найти в литературе ни описаний такого подхода, ни его принципиальных физических недостатков, то решил спросить здесь.

Отказ от ответственности: поскольку я не специалист в этой области, вполне возможно, что я просто упускаю какую-то общеизвестную информацию.

Итак, вопрос: можно ли использовать мюоны для создания новых сверхтяжелых изотопов вблизи острова стабильности?

Некоторые сведения о современных источниках мюонных пучков [2], [3].

Рассмотрим следующие варианты:

1. Процесс захвата мюона ядром (аналог электронного захвата, но с мюоном) становится основным каналом распада мюона в атомах с Z>20.[4], [5]. Полученное ядро ​​обычно возбуждается до энергий в диапазоне 10–20 МэВ [6], потому что большая часть массовой энергии связанного мюона (-100 МэВ) преобразуется в кинетическую энергию нейтрино. Исследования захвата мюона ядром в различных материалах показывают, что доля образующихся изотопов, теряющих возбуждение без испускания нейтронов, составляет от процентов до десятков процентов [6], [7]. Это говорит о том, что есть надежда использовать механизм захвата мюонов для регулировки соотношения протонов и нейтронов в нужном направлении для создания более стабильных сверхтяжелых изотопов. Например, начиная с элемента 117 изотопа 294Ц, мы можем «двигаться» по диагонали вниз-вправо по p-n диаграммеhttps://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_Stability#/media/File:Island_of_Stability_derived_from_Zagrebaev.svg

Хотя девозбуждение без испускания нейтронов кажется маловероятным для сверхтяжелых ядер, однонейтронный канал (который является основным каналом девозбуждения) хотя и позволяет создавать новые изотопы (например, 293Lv+µ->292Mc+n).

Есть явные проблемы: - Мы не знаем доли безнейтронного и однонейтронного девозбуждения для сверхтяжелых изотопов, в лучшем случае это будут какие-то проценты, а деление сильно уменьшит количество выживших ядер, но с удобствами как Фабрика сверхтяжелых элементов [8], [9] это может быть осуществимо.

• Как заставить один короткоживущий атом захватить мюон. У меня нет опыта, чтобы сказать, очень сложно это или совершенно невозможно для текущего уровня технологий. Но здесь мы можем, например, совместить мюонный пучок с ионами сверхтяжелых элементов, когда они летят от магнитного сепаратора к детектору. В этом случае нам не нужно сталкиваться с одним атомом в среде, мы должны заставить высокоионизированный изотоп поймать заряженный мюон на орбите. А может быть и в вакууме (хотя я знаю, что текущий эксперимент газонаполненный). Это кажется трудным, но не откровенным безумием.

2. Еще одним подходом может быть использование мюонного водорода, дейтерия и трития или, может быть, даже мюонного гелия вместо нейтронов для облучения мишеней и «перескок» через короткоживущие изотопы, такие как 258Fm («фермиевая щель»)[10]. Как и в синтезе, катализируемом мюонами, вместо нейтрона можно использовать изотоп водорода, защищенный мюоном https://en.wikipedia.org/wiki/Muon-catalyzed_fusion . Например, мы можем перейти от долгоживущего 257Fm к долгоживущему 260Md, захватив тритон. .

• Не знаю, насколько это осуществимо, но поскольку было предложено использовать термоядерную взрывчатку[11] как способ «перепрыгнуть» фермиевый зазор...

3. Может быть, синхронизировав ионный пучок с мюонным, мы сможем создать путем мюонного захвата пучок радиоактивных изотопов «на лету».

• Я очень сомневаюсь, что это возможно, и интенсивность луча все равно упадет на порядки…

Некоторое время назад я задавал этот вопрос на ResearchGate, вот ссылка на случай, если там что-то появится... https://www.researchgate.net/post/Can_muons_be_used_to_reach_the_island_of_stability_of_superheavy_elements

[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Island_of_stability

[1] Загребаев В., Карпов А., Грейнер В. Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра могут быть синтезированы в ближайшие несколько лет? // J. Phys. конф. Сер., вып. 420, с. 012001, март 2013 г., doi: 10.1088/1742-6596/420/1/012001.

[2] С. Кук и др., "Доставка самого интенсивного мюонного пучка в мире", Phys. Преподобный Аксел. Лучи, вып. 20, нет. 3, с. 030101, март 2017 г., doi: 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.030101.

[3] Сотрудничество MICE, «Демонстрация охлаждения с помощью эксперимента по охлаждению с ионизацией мюона», Nature, vol. 578, нет. 7793, стр. 53–59, февраль 2020 г., doi: 10.1038/s41586-020-1958-9.

[4] IH Hashim et al., «Производство ядерных изотопов с помощью обычной реакции захвата мюона», Nucl. Инструм. Методы физ. Рез. Разд. Ускор. Спектрометры обнаруживают. доц. Оснащение, т. 1, с. 963, с. 163749, май 2020 г., doi: 10.1016/j.nima.2020.163749.

[5] К. Нагамин, Введение в науку о мюоне. Кембридж; Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета, 2003.

[6] DF Measday, “Ядерная физика мюонного захвата”, Phys. Респ., т. 2, с. 354, нет. 4–5, стр. 243–409, ноябрь 2001 г., doi: 10.1016/S0370-1573(01)00012-6.

[7] Д. Ф. Мисдей, Т. Дж. Стоки, Р. Аларкон, П. Л. Коул, К. Джалали и Ф. Умерес, «Сравнение мюонного захвата в легких и тяжелых ядрах», в материалах конференции AIP, 2007, том. 947, стр. 253–257, doi: 10.1063/1.2813812.

[8] Дмитриев С., Иткис М., Оганесян Ю. Состояние и перспективы Дубненского завода сверхтяжелых элементов // EPJ Web Conf., vol. 131, с. 08001, 2016 г., doi: 10.1051/epjconf/201613108001.

[9] Ю.Т. Оганесян, С.Н. Дмитриев, “Синтез и исследование свойств сверхтяжелых атомов. Фабрика сверхтяжелых элементов. хим. Обр., том. 85, нет. 9, стр. 901–916, сентябрь 2016 г., doi: 10.1070/RCR4607.

10. Загребаев В.И., Карпов А.В., Мишустин И.Н., Грейнер В. Образование тяжелых и сверхтяжелых нейтронно-избыточных ядер в процессах нейтронного захвата // ФММ. Преп. С, т. 2, с. 84, нет. 4, с. 044617, октябрь 2011 г., doi: 10.1103/PhysRevC.84.044617.

[11] HW Meldner, "Синтез сверхтяжелых элементов", Phys. Преподобный Письмо, том. 28, нет. 15, с. 4, 1972.