Zoals voor mensen geldt ook voor atomen: overgewicht is niet gezond. Bij atomen leidt dat niet tot hartproblemen: een te zwaar atoom is radioactief en valt na verloop van tijd uiteen in lichtere elementen. De halfwaardetijd, waarna de helft van de oorspronkelijke kernen is vervallen, varieert van soort tot soort. Jan Dvorak van de TU München wist een magische variant van het atoom hassium te maken die duizenden malen stabieler dan zijn soortgenoten.

Magisch Eiland van Stabiliteit

Atoomkernen bestaan uit twee bijna even zware deeltjes. De positief geladen protonen geven een atoom zijn elektrische veld, de ongeladen neutronen houden de elkaar afstotende protonen bijeen via de sterke kernkracht. Het aantal protonen bepaalt de atoomsoort: twee voor helium, zes voor koolstof, 17 voor chloor. Veel minder neutronen dan protonen en de kern valt uiteen, maar een grote massa aan neutronen brengt een kern óók uit balans.

Atoomkernen als uranium en plutonium (92 en 94 protonen) zijn zó zwaar, dat er geen enkele stabiele variant ( isotoop) bestaat. Wel zijn er isotopen die het langer volhouden dan andere. Atoomkernen bestaan uit schillen waar telkens maar een beperkt aantal deeltjes in past. Als er geen open plekken in de schillen zitten is de kern een stuk stabieler dan met een kerndeeltje meer of minder. Natuurkundigen hebben berekend dat die ‘magische getallen’ van protonen en neutronen een ‘Eiland van Stabiliteit’ opleveren voor atoomkernen van meer dan 118 protonen.

Volgens Dvorak is ook een hassium-kern met zijn 108 protonen magisch, zeker als je er 162 neutronen bijdoet. Met een ingenieuze opstelling wist hij de dubbelmagische isotoop te produceren. De halfwaardetijd was een volle 22 seconden, een eeuwigheid vergeleken met andere zware kernen. Om het instabiele hassium in het lab te maken – in de vrije natuur komt het niet voor – schoot Dvorak’s team met een bundel magnesium-26 kernen op een trefplaat van curium-248. Dat leverde een wolkje hassium en andere atoomsoorten op. Door vlak na de inslag een chemisch actief gas door de opstelling te blazen wisten de Duitsers alle andere atoomsoorten dan hassium weg te vangen. Alleen hassium-270, hassium-269 en een paar andere varianten bleven achter en begonnen meteen radioactief te vervallen. Daarbij kwam alfa-straling vrij (helium-kernen: twee protonen, twee neutronen) en de intensiteit daarvan gaf aan hoeveel hassium-270 er nog over was.

De metingen aan het beta-verval komen prachtig overeen met theoretische berekeningen, gaf Dvorak aan. Zijn meetmethode is volgens Nancy Stoyer van het Lawrence Livermore National Laboratory in Californie bijzonder belangrijk omdat de chemische reactie allerlei ongewenste bijproducten weg kunnen filteren. Praktische toepassingen van de stabiele kernen zijn er nog niet; wel dragen de metingen bij aan beter begrip van extreem zware atomen.