Несмотря на то, что обнаружено большое количество нейтроноизбыточных изотопов с Z > 10, для подавляющего большинства элементов граница нейтронной стабильности пока не установлена. Для этого требуются довольно экзотические комбинации налетающих ядер и мишеней. Теоретические оценки границы нейтронной стабильности сильно модельно зависимы - они зависят от используемых приближений для описания среднего поля и параметров N-N взаимодействия. Основная проблема состоит в том, насколько надежно можно экстраполировать параметры моделей, полученные для описания ядер вблизи долины стабильности, в область ядер с большим избытком нейтронов.
    Граница нейтронной стабильности не описывается гладкой линией. Это связано с проявлением эффектов спаривания. В некоторых случаях энергия спаривания составляет 2-3 МэВ и превышает энергию связи нейтрона в ядре, что приводит к четно-нечетному эффекту. Добавление одного нейтрона к нестабильному ядру с нечетным числом нейтронов может привести к значительному увеличению энергии связи и даже к смене знака энергии связи.
    Получение нейтроноизбыточных ядер вблизи границы нейтронной радиоактивности представляет сложную проблему. В первую очередь это связано с тем, что нейтронная граница (B_n = 0) отстоит гораздо дальше от долины стабильности, чем протонная (B_p = 0). Поэтому граница нейтронной стабильности не установлена за исключением легчайших ядер. Так например, самый тяжелый изотоп олова, обнаруженный на сегодняшний день ¹³⁷Sn , в то время как теория предсказывает существование дважды магического изотопа ¹⁷⁶Sn (Z = 50, N = 126). При продвижении к границе нейтронной стабильности необходимо использовать экспериментальные методы, обладающие высокой селективностью, высокой скоростью анализа продуктов и высокой эффективностью для того, чтобы было возможно отделить короткоживущие изотопы, образующиеся с очень малым сечением. Так например, широко используемый метод кремниевых детекторов непригоден для этих целей, т.к. несмотря на свою быстроту он не обеспечивает требуемой селективности продуктов реакции и имеет малый телесный угол.
    Метод расщепления мишеней протонами годится лишь для очень легких ядер. Он был использован для обнаружения нейтронной границы для изотопов Z < 10.
    Для получения более тяжелых ядер используется метод ISOL, метод деления тяжелых ядер. Большое количество новых нейтроноизбыточных изотопов было получено методом обратной кинематики - фрагментации тяжелой налетающей частицы на мишени из легких ядер.

Рис. 11.1. Экспериментальная установка для производства и идентификации нейтроноизбыточных изотопов на спектрометре RIKEN-RIPS

    Наиболее нейтроноизбыточными изотопами в области 10 < Z < 13 являются ³⁴Ne, ³⁷Na, ⁴⁰Mg и ⁴³Al и экспериментально граница стабильности относительно нейтронного распада на сегодня не достигнута. Попытка продвинуться к более нейтроноизбыточным изотопам в этой области была предпринята в RIKEN. Для получения нейтроноизбыточных ядер использовалась фрагментация пучка ⁴⁸Ca с энергией 70 МэВ/нуклон на мишени ¹⁸¹Ta. Фрагменты отбирались и накапливались с помощью RIKEN-RIPS спектрометра (рис. 11.1). Идентификация радиоактивных частиц проводилась с помощью измерения магнитной жесткости, времени пролета, измерения потерь энергии E и полной кинетической энергии.

Рис. 11.2. Двумерное распределение изотопов A/Z − Z, полученных в реакции взаимодействия ионов пучка ⁴⁸Ca с танталовой мишенью.

    На рис. 11.2 показано двумерное распределение изотопов A/Z − Z, полученных в реакции взаимодействия ионов пучка ⁴⁸Ca с танталовой мишенью [H. Sakurai et al. Nucl. Phys. A616, 1997, p.311]. Приведенные данные получены в результате их регистрации в течение одного дня. Было обнаружено 3 новых нейтроноизбыточных изотопа - ³⁸Mg (18 случаев),⁴⁰Al (34 случая), ⁴¹Al (4 случая). Обнаружение новых нейтроностабильных ядер свидетельствует о том, что энергии отделения одного нейтрона (S_n) и двух нейтронов (S_2n) для этих ядер положительны. В табл. 11.1 приведены результаты расчетов величин S_n и S_2n, полученных с использованием различных массовых формул.
    Из представленных данных видно, что величины S_n и S_2n для большинства расчетов положительны. Результаты расчетов в сочетании с экспериментальным наблюдением изотопов ³⁸Mg, ⁴⁰Al и ⁴¹Al свидетельствуют о том, что граница нейтронной радиоактивности B_n = 0 для ядер с Z > 12 пока не достигнута.
    Ситуация с Z = 10 (Ne) более сложная. В 2800 случаях был идентифицирован изотоп ³⁰Ne, в 90 -³¹Ne, в 70 - ³²Ne и ни одного случая наблюдения изотопа ³³Ne, хотя менялись параметры детектирующей системы и увеличивался ток пучка. Это по-видимому свидетельствует, что граница нейтронной стабильности проходит за ядром ³²Ne.

Таблица 11.1

Результаты расчетов энергии связи одного S_n и двух S_2n нейтронов,
использующих различные массовые формулы

    Для получения максимального выхода исследуемых изотопов большое значение имеет подбор ядер-мишеней и пучков налетающих частиц. Сравнение результатов экспериментов, выполненных с мишенями ⁶⁴Ni и ¹⁸¹Ta, показывает, что из-за большего сечения фрагментации для получения нейтроноизбыточных ядер в области Z = 10-13 предпочтительно использование ¹⁸¹Ta. Сравнение результатов экспериментов с пучками ⁴⁸Ca и ⁵⁰Ti показало, что предпочтительно использование пучков ⁴⁸Ca. Так в измерениях на пучке ионов ⁵⁰Ti за 4 дня было зарегистрировано 9 ядер ³²Ne и 3 ядра ³⁷Mg, измерения с тем же током на пучке ⁴⁸Ca всего за 1 день дало 70 ядер ³²Ne и 30 ядер ³⁷Mg.
    Несмотря на большие усилия, на карте атомных ядер попрежнему остается большое число неисследованных нейтроноизбыточных изотопов среднего массового числа A. Заметный прогресс в свое время в исследованиях в этой области был достигнут в экспериментах на реакторе высокой интенсивности в Гренобле. Однако несмотря на улучшение спектрометров, детектирующих систем, методик получения мишеней прямая сепарация и исследование свойств продуктов деления покоящихся ядер под действием тепловых нейтронов остается довольно сложной проблемой. Это в частности связано с тем, что

1. продукты деления имеют широкое зарядовое распределение, что затрудняет их магнитный анализ;
2. возникают трудности с детектированием тяжелых фрагментов деления из-за больших потерь энергии в мишени;
3. малая угловая апертура детектирующей системы ограничивает возможности регистрации редких каналов деления, т.к. продукты деления распределены изотропно.

    Испускание нейтронов из основного состояния ядра обнаружено для следующих нейтроноизбыточных изотопов Z > 8: ²⁸F, ³³Ne, ³⁶Na, ³⁹Mg, ⁴⁹S. Все эти изотопы имеют нечетное число нейтронов. На рис. 11.3–11.10 показаны рассчитанные на основе массовых формул энергии отделения нейтронов для химических элементов, в которых обнаружена нейтронная радиоактивность (Z = 4÷16).
    В таблице 11.2 приводятся максимальные массовые числа стабильных изотопов и массовое число изотопа, для которого обнаружена нейтронная радиоактивность. Эти данные позволяют понять, где проходит граница нейтронной радиоактивности.

Таблица 11.2

Граница обнаруженных изотопов излучателей нейтронов