واپاشی غیر منتظرۀ هستۀ Ra223 از طریق گسیل ذرات C14

بیش از یک قرن پس از بکرل، اخیراً دو محقق از دانشگاه آکسفورد انگلستان گزارشی مبنی بر مشاهدۀ نوع چهارمی از واپاشی پرتوزا ارائه کرده‌اند، که کاملاً غیر منتظره بوده است (رُزوجونز ). ادعای آن‌ها بر این اساس است که هستۀ Ra223، (که تاکنون به عنوان گسیلندۀα با نیمه عمر ۲ر۱۱ روز شناخته می‌شد) گاه گاه از طریق گسیل یک هستۀ C14 واپاشیده می‌شود. پی بردن به این امر که در میان هسته‌های متعلق به یکی از رشته‌های پرتوزای طبیعی، هسته‌هایی نیز وجود دارند که می‌توانند مقدار معتنابهی جرم و بار از طریق گسیل ذره‌ای سنگین‌تر از ذرۀ الفا از دست بدهند، کشف کاملاً غیر منتظره‌ای بوده است. آزمایش با استفاده از یا چشمۀAc 227 (با نیمه عمر ۲۱ سال) انجام شد که این عنصر با اعضای پایین‌تر رشتۀ پرتوزا و از جمله Ra223در تعادل ویژه است. به منظور شمارش، چشمۀ فوق به طور مستقیم مقابل یا سیستم آشکارساز حالت جامد (Si) از نوع تلسکوپی ∆E-E با زاویۀ 3/1 حجمی استرادیان قرار گرفت که آهنگ گسیل آن ۴۰۰ شمارش در ثانیه بود. در مدت ۱۸۹ روزشمارش، یازده رویداد با انرژی کل حدود MeV ۳۰ (در هر مورد) مشاهده شده است. براساس این اطلاعات نتیجه گرفته شد که این رویدادها مربوط به گسیل هسته‌های C14 از Ra223 اند و نسبت انشعاب را در مقایسه با ذرات آلفا ۱۰-۱۰×(۵ر۲±۵ر۸) گزارش کردند.
در تأیید نتایج فوق اخیراً آزمایش‌هایی در همین زمینه بر روی چشمه‌هایAc 227،Th 227 وRa 223 و با استفاده از یک سیستم آشکارساز تلسکوپی ∆E-E و طیف‌سنج ابر رسانای سیم‌لوله‌ای (شاپیراولارنت ۱۹۷۹) با زاویۀ حجمی 10/1 تا 20/1 استرادیان در مرکز شتاب‌دهندۀ MP در اورسۀ فرانسه انجام شد، که این سیستم خود به طور مستقل با استفاده از یون‌های شتاب‌دار C12، C14 و16C با توجه به جرم و انرژی درجه‌بندی شده بود. در این آزمایش‌ها حداکثر زاویۀ حجمی برابر Sr 002ر0 ± 115 ر0 تعیین شد و سپس شمارش زمینه به مدت ۵ روز (بدون استفاده از هیچ‌گونه چشمه‌ای) انجام گرفت. پس از این مراحل جستجو برای ذرات سنگین گسیلی از چشمه‌های مورد نظر به طریق زیر انجام شد. جریان در سیم‌لوله از قبل به طوری تنظیم شده بود که بتواند با توجه به زاویۀ حجمی محاسبه شده، ذرات +6C14 با انرژی MeV7ر29 را (در مختصات آزمایشگاهی و با در نظر گرفتن کاهش انرژی در چشمه و پوشش‌ها) بگزیند و آن‌ها را بر روی سیستم تلسکوپی ∆E-E کانونی کند. حالت بار ۶ + محتمل‌ترین حالت در این تنظیم است (ویتکاور و بتز ۱۹۷۳، هوبرت و فلوری ).
باید متذکر شد که ذرات گسیلی دیگر، مثل ذرات α، یا در نقطهٔ کانونی تلسکوپ تمرکز نمی‌یابند، یا با توجه به توزیع انرژی قدرت گذر از آشکارساز ∆E را ندارند، و یا به طور هم‌زمان در تلسکوپ ثبت نمی‌شوند.
شکل زیر نتایج شمارشی به مدت ۵ روز را با استفاده از چشمهٔAc 227 به صورت یا طیف دوبعدی نشان می‌دهد. به طوری که ملاحظه می‌شود در گوشهٔ چپ و پایین طیف، نقاطی به صورت پر بند وجود دارند که مربوط به ذرات α با انرژی‌های ۵۵ ر۶، ۳۹ر۷ و MeV ۶۲ر ۶اند و به ترتیب از واپاشی هسته‌های Ra219، Po215 و Bi211 ناشی می‌شوند. رادون به صورت گاز از چشمهٔ Ac 227 خارج می‌شود و با حرکت در محفظه خلا به آشکارساز می‌رسد و واپاشی‌های آن و دخترهسته‌هایش، یعنی Po215 و Bi211 ، در تلسکوپ ثبت می‌شوند.
در قسمت میانی سطح ∆E-E، و کاملاً جدا از ذرات آلفا، یازده رویداد مشاهده می‌شود. کاهش انرژی ∆E این گروه در آشکارساز سد سطحی معادل MeV ۷ر ۰ ± 6ر8 است که با مقادیر مربوط به کاهش انرژی یون‌هایC 14 در ضخامت ۵ر۷ میکرونی آشکارساز Si به خوبی برابری می‌کند. مقدار اندازه‌گیری شده برای انرژی کل MeV ۲ ر۱± ۴ر ۲۹ است که این نیز بسیار نزدیک به مقداری است که بر اساس مقدار Q و افت انرژی‌ها محاسبه می‌شود.
با توجه به آزمایش می‌توان گفت که نقاط یازدهگانهٔ (یازده رویداد) مشاهده شده سازگاری خوبی با پاسخ تلسکوپ به یون‌های +6C14 با انرژی MeV ۷ر۲۹ دارند. بر اساس این نتایج می‌توان گفت که ذرات سنگین ثبت شده بدون شک مربوط به هستهٔ C14 با انرژی کل معادل انرژی واپاشی Pb209 + C 14 → Ra223 است. باید متذکر شد که درجه‌بندی
مورد استفاده در اندازه‌گیری و تنظیم آزمایش چنان است که هرگونه احتمال وجود هسته‌های C12، C13، C18 و C20 را در ذرات گسیل شده، منتفی می‌کند. هم‌چنین اندازه‌گیری‌های انجام شده برای انرژی کل نشان دهندهٔ گسیل ذرات C14 از هسته Ra223 است، زیرا هسته‌های C14 حاصل از چشمه‌ای دیگری مثلTh 227 وRn 219، در مختصات آزمایشگاهی به ترتیب دارای انرژی کل MeV 6ر27 و MeV 2ر26 هستند.این مقادیر خارج از حد خطا در انرژی مورد نظر یعنی MeV ۲ ر۱± ۴ر ۲۹ قرار دارند. بر اساس اندازه‌گیری اکتیویتهٔ (پرتوزایی) Ra223 و مقدار زاویهٔ حجمی، و با در نظر گرفتن درصد حالت بار ۶+ در یون‌های کربن با انرژی MeV ۷ ر۲۹، نسبت انشعاب گسیل هسته‌های C14 در مقایسه با ذرات از هستۀ Ra223 برابر ۱۰-۱۰× (۰ر ۲ ± ۵ ر۵) تعیین شد که با نتایج به‌دست‌آمده از پژوهش‌های آکسفورد ۱۰-۱۰× (5ر ۲ ± 5ر8) به خوبی سازگار است.