Das 112. Element

"Es dauert im Mittel etwa zehn Jahre bis zur offiziellen Anerkennung" - Interview mit Schwerionenforscher Sigurd Hofmann über die Bedeutung der Entdeckung des neuen Elements

Einem internationalen Forscherteam am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung wurde jetzt offiziell die Entdeckung von Element 112 zugesprochen. Professor Sigurd Hofmann, der das Team leitet, erklärt im Telepolis-Interview, was die Entdeckung bedeutet – und warum die Anerkennung so lange gedauert hat.

Was bedeutet es überhaupt, ein neues Element zu entdecken, welche Bedingungen sind an die Anerkennung geknüpft?
Sigurd Hofmann: In der Zeit des Kalten Krieges gab es gewisse Probleme – damals haben die Forschungszentren in Dubna und Berkeley die Elemente 104 und 105 fast gleichzeitig entdeckt und haben sie auch unabhängig voneinander benannt. Die zuständige Komission der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) wurde einfach übergangen. Es hat später viel Mühe gekostet, die Entdeckungen korrekt zu gewichten.
Deshalb hat die IUPAC dann feste Regeln aufgestellt, dazu gehört: Ein Experiment muss eindeutig sein, es muss auch von unabhängigen Laboren wiederholt werden, der Nachweis muss überzeugend und nachprüfbar dargestellt sein – bis hin zur persönlichen Einsichtnahme in die Experimente. Eine Arbeitsgruppe aus fünf bis sechs Experten prüft nun jeden Fall – bei uns am GSI betraf das zunächst die Elemente 107 bis 109, später auch 110 bis 112. Für Element 112 ist der Prozess vor ein paar Wochen abgeschlossen worden.
Das erste Atom von Element 112 haben Sie schon 1996 erzeugt, warum dauerte die Anerkennung durch die IUPAC 13 Jahre?
Sigurd Hofmann: Es dauert im Mittel etwa zehn Jahre bis zur offiziellen Anerkennung. Element 112 haben wir schon 1996 hergestellt, damals fanden wir ein Isotop, das konnten wir 2000 wiederholen. Zwischenzeitlich haben wir in anderen Experimenten versucht, schwerere Elemente zu finden. Ebenfalls 2000 gelang dann den Kollegen am RIKEN in Japan mit zwei gefundenen Atomen die Wiederholung unseres Versuchs. Daraufhin hat die IUPAC aufgefordert, Ansprüche auf die Entdeckung anzumelden, diese mussten gesichtet werden, es folgten Einsprüche und auch deren Sichtung.
Heißt das, dass auch andere Forschergruppen Element 112 entdeckt haben wollten?
Sigurd Hofmann: Es gab ein recht altes Experiment am CERN, wo man den aus Wolfram bestehenden Beamstopper auf schwere Elemente untersucht hat. Die Idee: Die auftreffenden Protonen könnten das Wolfram gespaltet haben, die Bruchstücke könnten dann mit Wolfram-Kernen verschmolzen sein. Es fanden sich tatsächlich Andeutungen von Element 112. Dessen Eigenschaften lagen aber so weit ab von dem, was man heute weiß, dass es unwahrscheinlich erscheint, dass tatsächlich Element 112 gefunden wurde.
Besitzt Element 112 besondere Eigenschaften, die es vor anderen auszeichnen (von seiner Ordnungszahl abgesehen)?
Sigurd Hofmann: 112 liegt in einer Serie von Experimenten. Es ist ja schon überraschend, dass der Kern überhaupt existiert, das ist nur durch Schaleneffekte möglich, die wir speziell am GSI untersuchen wollten. Ohne diese wäre ab 106 alles so instabil, dass wir nichts mehr finden würden. Zwischen den Ordnungszahlen 114 und 126 erhoffen wir uns eine Insel superschwerer Elemente, diese zu finden, ist das eigentliche Ziel. Mit Element 112 sind wir immerhin schon in der Nähe, bei einer vorgelagerten Insel, wo die Kerne deformiert sind und deshalb stabilere Eigenschaften haben. Element 112 hat eine Lebensdauer von etwa einer Millisekunde, wir konnten aber seine komplette Zerfallskette nachweisen und dabei auch noch 110 und 108 identifizieren. Die Kollegen in Russland sind da noch ein Stück weiter.
Wie weit kommt man denn der superschweren Insel schon?
Sigurd Hofmann: In Dubna (Russland, Einf. d. Red.) setzt man auf einen dem unseren sehr ähnlichen Versuchsaufbau, allerdings verwendet man einen Kalzium-48-Strahl. Das Isotop ist sehr teuer, aber in Russland ausreichend vorhanden. Als Target dienen Actiniden, von Uran bis Californium, so konnte man schon 114, 115, 116 und 118 nachweisen. Dabei entstehen sehr neutronenreiche Kerne, deren Zerfallsketten in unbekanntes Gebiet zeigen. Die Reaktion von Ca und Uran konnten wir bestätigen, dabei entsteht ein schweres Isotop von 112 mit einer Halbwertszeit von vier Sekunden.
Die IUPAC wird sich in nächster Zeit mit diesen Entdeckungen befassen. 113 ist zum Beispiel zunächst als Zerfallsprodukt von 115 in Dubna nachgewiesen worden, später auch am RIKEN in Japan synthetisiert. 117 ist noch nicht bekannt, Elemente höher als 118 ebenfalls nicht, da geht die Suche jetzt weiter. Richtig stabil könnte es ab 120 werden – mit Halbwertszeiten von mehreren Stunden. Bei entsprechend neutronenreichen Kernen könnten sogar Elemente mit Halbwertszeiten von Millionen von Jahren entstehen, ähnlich den drei Uran-Isotopen, die man in der Natur findet.
Die Kollegen in Russland suchen denn auch schon in der Erde nach superschweren Elementen, bisher ohne Erfolg. Solange man die Eigenschaften dessen, was man sucht, nicht kennt, ist es aber auch sehr schwer. Allerdings ist es im Experiment schwer, neutronenreiche Kerne zu erzeugen, durch Fusion erreicht man das jedenfalls nicht. Erfolgversprechender ist da die Transferreaktion: Man beschießt etwa Curium-Kerne mit Uranionen und hofft, dass ein Anteil des Uranprojektils auf das Curium übergeht.
Haben Sie denn schon eine Idee, wie Element 112 heißen könnte?
Sigurd Hofmann: Wir werden das in der kommenden Zeit in der Gruppe diskutieren, wie wir das auch in der Vergangenheit gemacht haben, zuletzt bei Roentgenium (siehe Element 111 heißt seit Freitag Roentgenium (Rg)). Wir sind ja insgesamt 21 Leute, da erledigen wir das per E-Mail. Auch auf frühere Diskussionen können wir dabei zurückgreifen. Konkrete Namen will ich deshalb noch nicht nennen. Wir werden uns sicher schnell einigen. Die IUPAC prüft den Vorschlag dann formal, zum Beispiel darauf, ob die Abkürzung schon mal verwendet wurde. Dann wird sie ihn für ein halbes Jahr in Umlauf bringen, es können Einsprüche angebracht werden, und schließlich wird der Name offiziell. (Matthias Gräbner)
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