HIAF ने पहली बार देखे हाफ्नियम-153 के 10 दुर्लभ आयन

हाफ्नियम-153 इतना महत्वपूर्ण क्यों है?

हाफ्नियम-153 भारी नाभिकों के उस क्षेत्र में आता है जहां न्यूट्रॉन की संख्या अपेक्षाकृत कम होती है। ऐसे नाभिकों में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का संतुलन बनाए रखना कठिन हो जाता है और उनका बंधन कमजोर पड़ सकता है। इस प्रयोग से पहले इस समस्थानिक का कोई प्रकाशित अवलोकन उपलब्ध नहीं था।

इसके अस्तित्व की पुष्टि और द्रव्यमान का मापन परमाणु-द्रव्यमान मॉडलों के लिए एक नया प्रयोगात्मक आंकड़ा उपलब्ध कराता है। इससे वैज्ञानिक यह जांच सकते हैं कि परमाणु संरचना स्थिरता की सीमा की ओर बढ़ते समय कैसे बदलती है और उन नाभिकों के बारे में सैद्धांतिक अनुमान कितने सही हैं जिन्हें सीधे देखना बेहद मुश्किल है।

मापन से संकेत मिलता है कि (^153)Hf बंधित या कमजोर रूप से बंधित नाभिक है। यह कई परमाणु-द्रव्यमान मॉडलों के अनुमानों के अनुरूप है। हालांकि इससे समस्थानिक से जुड़े हर प्रश्न का उत्तर नहीं मिलता, लेकिन यह परमाणु सिद्धांतों की महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक जांच अवश्य है।

वैज्ञानिकों ने 10 आयन कैसे पहचाने?

प्रयोग में HIAF की बूस्टर रिंग में बिस्मथ-209 की किरण को 836.66 MeV प्रति न्यूक्लियॉन तक तेज किया गया। इस तेज किरण को ग्रेफाइट के लक्ष्य पर टकराया गया। टक्कर के दौरान प्रोजेक्टाइल-फ्रैगमेंटेशन यानी मूल नाभिक के विखंडन जैसी प्रक्रियाओं से कई तरह के रेडियोधर्मी नाभिकों का मिश्रण बना।

इसके बाद असली चुनौती शुरू हुई—इस मिश्रण में मौजूद बेहद कम संख्या वाले हाफ्नियम-153 को बाकी, कहीं अधिक सामान्य उत्पादों से अलग करना। HIRIBL उच्च-ऊर्जा रेडियोधर्मी-आयन बीमलाइन ने प्रतिक्रिया उत्पादों को छांटकर SRing स्टोरेज और स्पेक्ट्रोमीटर रिंग तक पहुंचाया।

समय-उड़ान डिटेक्टरों ने संभावित नाभिकों की शुरुआती पहचान में मदद की। इसके बाद आइसोक्रोनस मास स्पेक्ट्रोमेट्री—एक ऐसी तकनीक जिसमें अलग-अलग आयनों के आवागमन और द्रव्यमान के आधार पर उन्हें पहचाना जाता है—से सटीक मापन किया गया। कुल मिलाकर टीम ने हाफ्नियम-153 के 10 आयन दर्ज किए।

यह समस्थानिक इतनी कम मात्रा में बना कि इसका अनुमानित उत्पादन क्रॉस-सेक्शन पिकोबार्न स्तर का था। सरल शब्दों में, हाफ्नियम-153 बनने की संभावना अत्यंत कम थी। इसलिए इस परिणाम के लिए तेज प्राथमिक किरण, उच्च-रिजॉल्यूशन वाली नाभिक-विभाजन प्रणाली और एकल-आयन तक पकड़ सकने वाली सटीक द्रव्यमान-मापन तकनीक—इन सभी का एक साथ प्रभावी ढंग से काम करना जरूरी था।

RIKEN के स्वतंत्र अवलोकन से मिली पुष्टि

लगभग इसी समय जापान के RIKEN संस्थान की रेडियोएक्टिव आइसोटोप बीम फैक्टरी (RIBF) में शोधकर्ताओं ने भी हाफ्नियम-153 का स्वतंत्र अवलोकन रिपोर्ट किया। दो अलग-अलग सुविधाओं पर हुए इन अवलोकनों का एक-दूसरे से मेल खाना इस समस्थानिक की पहचान को और मजबूत करता है।

जब किसी नाभिक को केवल कुछ ही बार दर्ज किया जा सके, तब स्वतंत्र पुष्टि विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है। HIAF और RIKEN के परिणाम वैज्ञानिकों को हाफ्नियम-153 के मापन की तुलना परमाणु सिद्धांतों से अधिक भरोसे के साथ करने का आधार देते हैं।

HIAF की भविष्य की क्षमता के लिए इसका क्या अर्थ है?

यह खोज HIAF के वैज्ञानिक कार्यक्रम का अंतिम लक्ष्य नहीं, बल्कि शुरुआती प्रदर्शन है। इससे पता चलता है कि सुविधा की त्वरक प्रणाली, रेडियोधर्मी-आयन परिवहन, फ्रैगमेंट पृथक्करण और सटीक द्रव्यमान-मापन प्रणालियां मिलकर अत्यंत दुर्लभ और अल्पजीवी नाभिकों का अध्ययन कर सकती हैं।

जैसे-जैसे HIAF की बीम तीव्रता और प्रयोगात्मक दक्षता बढ़ेगी, उसकी प्रयोगात्मक पहुंच में लगभग दो ऑर्डर ऑफ मैग्निट्यूड तक सुधार आने की उम्मीद है। इससे नए समस्थानिकों की खोज, परमाणु-द्रव्यमान मॉडलों की अधिक कठिन जांच और अत्यधिक असंतुलित प्रोटॉन-न्यूट्रॉन अनुपात वाले नाभिकों के गुणों का अध्ययन संभव हो सकता है।

इसलिए हाफ्नियम-153 का महत्व दो स्तरों पर है: यह एक ऐसा नया और बेहद कठिन नाभिक है जिसे बनाना और पहचानना चुनौतीपूर्ण था, और साथ ही यह प्रमाण भी है कि HIAF अब परमाणु जगत की कम खोजी गई सीमाओं की ओर वैज्ञानिकों को ले जाने के लिए तैयार है।