Изотопы дармштадция - Isotopes of darmstadtium

Основные изотопы дармштадция   ( 110 Ds)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
279 Ds син 0,2 с 10% α 275 часов
90%  SF
281 Ds син 14 с 94% SF
6% α 277 часов

Дармштадций ( 110 Ds) - синтетический элемент , поэтому невозможно дать стандартный атомный вес . Как и все синтетические элементы, в нем нет стабильных изотопов . Первым изотопом, который был синтезирован, был 269 Ds в 1994 году. Существует 9 известных радиоизотопов от 267 Ds до 281 Ds (с множеством пробелов) и 2 или 3 известных изомера . Самый долгоживущий изотоп - 281 Ds с периодом полураспада 9,6 секунды.

Список изотопов

Нуклид
 Z N Изотопная масса ( Да )
 Период полураспада
Режим распада
 Дочерний
изотоп
 Спин и
паритет
Энергия возбуждения
267 Ds 110 157 267.14377 (15) # 3 (+ 6−2) мкс α  ? 263 Hs? 9/2 + #
269 Ds 110 159 269.14475 (3) 230 (110) мкс
[179 (+ 245−66) мкс] 		α 265 часов 3/2 + #
270 дс 110 160 270.14458 (5) 160 (100) мкс
[0,10 (+ 14−4) мс] 		α 266 часов 0+
270 м Ds 1140 (70) кэВ 10 (6) мс
[6,0 (+ 82−22) мс] 		α 266 часов (10) (- #)
271 Ds 110 161 271.14595 (10) # 210 (170) мс α 267 часов 11 / 2- #
271 млн Ds 29 (29) кэВ 1,3 (5) мс α 267 часов 9/2 + #
273 Ds 110 163 273.14856 (14) # 0,17 (+ 17-6) мс α 269 часов 13 / 2- #
277 Ds 110 167 277.15591 (41) # 3,5 мс α 273 часов 11/2 + #
279 Ds 110 169 279.16010 (64) # 0,18 (+ 5−3) с SF (90%) (различный)
α (10%) 275 часов
280 дс 110 170 280.16131 (89) # 360 (+ 172−16) мкс SF (различный) 0+
281 Ds 110 171 281.16451 (59) # 9,6 с SF (94%) (различный) 3/2 + #
α (6%) 277 часов
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
  1. ^ m Ds - Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов по массовой поверхности (TMS).
  4. ^ Режимы распада:
    SF: Самопроизвольное деление
  5. ^ () значение спина - указывает вращение со слабыми аргументами присваивания.
  6. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  7. ^ Неподтвержденный изотоп
  8. ^ Не непосредственно синтезирован, происходит в распаде цепи из 285 Fl
  9. ^ Не непосредственно синтезирован, происходит распад продукта из 283 Сп
  10. ^ Непосредственно не синтезируется, встречается в цепочке распада 288 Fl и, возможно, 288 Mc
  11. ^ Непосредственно не синтезируется, встречается в цепочке распада 289 Fl

Изотопы и ядерные свойства

Нуклеосинтез

Сверхтяжелые элементы, такие как дармштадтий, производятся путем бомбардировки более легких элементов в ускорителях частиц, которые вызывают реакции синтеза . В то время как большинство изотопов дармштадция можно синтезировать напрямую таким способом, некоторые более тяжелые изотопы наблюдались только как продукты распада элементов с более высокими атомными номерами .

В зависимости от задействованных энергий первые делятся на «горячие» и «холодные». В реакциях горячего синтеза очень легкие высокоэнергетические снаряды ускоряются в направлении очень тяжелых целей ( актинидов ), в результате чего образуются составные ядра с высокой энергией возбуждения (~ 40–50  МэВ ), которые могут либо делиться, либо испаряться несколько (3-5) нейтроны. В реакциях холодного синтеза образовавшиеся конденсированные ядра имеют относительно низкую энергию возбуждения (~ 10–20 МэВ), что снижает вероятность того, что эти продукты будут подвергаться реакциям деления. Когда слитые ядра охлаждаются до основного состояния , им требуется испускание только одного или двух нейтронов, что позволяет производить больше продуктов, богатых нейтронами. Последняя концепция отличается от концепции, в которой ядерный синтез, как утверждалось, достигается при условиях комнатной температуры (см. Холодный синтез ).

В таблице ниже представлены различные комбинации мишеней и снарядов, которые могут быть использованы для образования составных ядер с Z  = 110.

Цель Снаряд CN Результат попытки
208 Пб 62 Ni 270 дс Успешная реакция
207 Пб 64 Ni 271 Ds Успешная реакция
208 Пб 64 Ni 272 Ds Успешная реакция
209 Би 59 Co 268 Ds Успешная реакция
226 Ra 50 Ti 276 Ds Запланированная реакция
232 Чт 48 Ca 280 дс Отказ на сегодняшний день
235 U 40 Ar 275 Ds Отказ на сегодняшний день
238 U 40 Ar 278 Ds Реакция еще не предпринята
244 Pu 34 ю.ш. 278 Ds Успешная реакция
244 Pu 36 ю.ш. 280 дс Реакция еще не предпринята
248 см 30 Si 278 Ds Реакция еще не предпринята
250 см 30 Si 280 дс Реакция еще не предпринята

Холодный синтез

Перед первым успешным синтезом дармштадция в 1994 году командой GSI , ученые GSI также пытались синтезировать дармштадций путем бомбардировки свинца-208 никелем-64 в 1985 году. Атомы дармштадция не были идентифицированы. После модернизации оборудования команда GSI успешно обнаружила 9 атомов 271 Ds в двух сериях своего эксперимента по открытию в 1994 году. Эта реакция была успешно повторена в 2000 году GSI (4 атома), в 2000 и 2004 годах - лабораторией Лоуренса Беркли. Национальная лаборатория (LBNL) (всего 9 атомов), а в 2002 г. - RIKEN (14 атомов). Команда GSI изучала аналогичную реакцию с никелем-62 вместо никеля-64 в 1994 году в рамках своего эксперимента по открытию. Обнаружены три атома 269 Ds. Четвертая цепочка распада была измерена, но впоследствии была убрана.

В дополнение к официальным реакциям открытия, в октябре – ноябре 2000 г. команда GSI также изучила аналогичную реакцию с использованием мишени из свинца-207, чтобы синтезировать новый изотоп 270 Ds. Им удалось синтезировать 8 атомов 270 Ds, относящихся к изомеру основного состояния, 270 Ds, и высокоспиновому метастабильному состоянию , 270m Ds.

В 1986 году команда Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне , Россия , изучила реакцию:

209
83Би + 59
27Co → 267
110Ds + 1
0п

Они не смогли обнаружить никаких атомов дармштадция. В 1995 году команда LBNL сообщила, что с помощью этой реакции им удалось обнаружить один атом 267 Ds. Однако несколько распадов не были измерены, и для подтверждения этого открытия необходимы дальнейшие исследования.

Горячий синтез

В 1986 году команда GSI попыталась синтезировать элемент 110, бомбардируя мишень из урана-235 ускоренными ионами аргона- 40. Атомов обнаружено не было.

В сентябре 1994 года группа в Дубне обнаружила единственный атом 273 Ds, бомбардируя мишень из плутония-244 ускоренными ионами серы- 34.

В 2004 году в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова в Дубне были проведены эксперименты по изучению характеристик деления составного ядра 280 Ds, образующегося в результате ядерной реакции:

232
90Чт + 48
20Ca → 280
110Ds * → деление

Результат показал, как составные ядра, подобные этому, делятся преимущественно за счет изгнания магических и дважды магических ядер, таких как 132 Sn ( Z = 50, N = 82). Атомы дармштадция не получены. Составное ядро ​​- это рыхлая комбинация нуклонов, которые еще не образовали ядерные оболочки . Он не имеет внутренней структуры и удерживается вместе только силами столкновения между ядрами мишени и снаряда. Подсчитано, что  нуклонам требуется около 10 -14 с, чтобы организовать себя в ядерные оболочки, после чего составное ядро ​​становится нуклидом , и это число используется ИЮПАК как минимальный период полураспада , который должен иметь заявленный изотоп. потенциально может быть признан обнаруженным.

Как продукт распада

Список изотопов дармштадция, наблюдаемых распадом
Остаток испарения Наблюдаемый изотоп дармштадция
277 Cn 273 Ds
285 Fl, 281 Cn 277 Ds
291 лв, 287 эт, 283 сп 279 Ds
288 Mc, 284 Nh, 280 Rg; 292 лв, 288 эт, 284 сп 280 Ds?
293 лв, 289 эт, 285 сп 281 Ds

Дармштадций наблюдался как продукт распада копернициума . В настоящее время Copernicium имеет семь известных изотопов, четыре из которых, как было показано, претерпевают альфа-распад и превращаются в ядра дармштадция с массовыми числами от 273 до 281. Изотопы Дармштадция с массовыми числами 277, 279 и 281 на сегодняшний день производятся только при распаде ядер копернициума. . Родительские ядра копернициума сами могут быть продуктами распада флеровия или ливермория . Darmstadtium также может быть произведен при распаде электронного захвата рентгении ядер , которые сами по себе являются дочерьми nihonium , moscovium или tennessine . На сегодняшний день не известно, что другие элементы распадаются на дармштадтий. Например, в 2004 году команда Дубны ( ОИЯИ ) идентифицировала дармштадций-281 как продукт распада печени через последовательность альфа-распада:

293
116Ур.
 → 289
114Fl
 + 4
2Он
289
114Fl
 → 285
112Cn
 + 4
2Он
285
112Cn
 → 281
110Ds
 + 4
2Он

Втянутые изотопы

280 дс

Первый синтез элемента 114 привел к тому, что два атома, отнесенных к 288 Fl, распались до 280 Ds, которые подверглись спонтанному делению . Позднее присвоение было изменено на 289 Fl, а изотоп дармштадция - на 281 Ds. Следовательно, 280 Ds оставались неизвестными до 2016 года, когда оно было заселено неизвестным до сих пор альфа-распадом 284 Cn (ранее было известно, что это ядро ​​подвергается только спонтанному делению). Открытие 280 Ds в этой цепочке распадов было подтверждено в 2021 году; он подвергается спонтанному делению с периодом полураспада 360 мкс.

277 Ds

В заявленном синтезе 293 Og в 1999 году изотоп 277 Ds был идентифицирован как распадающийся под действием альфа-излучения 10,18 МэВ с периодом полураспада 3,0 мс. Это требование было отозвано в 2001 году. Этот изотоп был наконец создан в 2010 году, и данные о его распаде подтвердили фабрикацию предыдущих данных.

273 млн Ds

При синтезе 277 Cn в 1996 г. GSI (см. Коперниций ) одна цепочка распада проходила через 273 Ds, которые распадались с испусканием альфа-частицы с энергией 9,73 МэВ со временем жизни 170 мс. Это было бы отнесено к изомерному уровню. Эти данные не могли быть подтверждены, и поэтому этот изотоп в настоящее время неизвестен или не подтвержден.

272 Ds

В первой попытке синтезировать дармштадций активность SF за 10 мс была приписана 272 Ds в реакции 232 Th ( 44 Ca, 4n). Учитывая текущее понимание стабильности, этот изотоп был исключен из таблицы изотопов.

Ядерная изомерия

Текущая схема уровней частичного распада для 270 Ds, предложенная после работы Hofmann et al. в 2000 г. в GSI
281 Ds

Производство 281 Ds распадом 289 Fl или 293 Lv привело к двум очень различным режимам распада. Наиболее распространенный и легко подтверждаемый режим - спонтанное деление с периодом полураспада 11 с. Гораздо более редкая и пока еще неподтвержденная мода - это альфа-распад за счет испускания альфа-частицы с энергией 8,77 МэВ с наблюдаемым периодом полураспада около 3,7 мин. Этот распад связан с уникальным путем распада родительских нуклидов и должен быть отнесен к изомерному уровню. Период полураспада предполагает, что его следует отнести к изомерному состоянию, но для подтверждения этих сообщений необходимы дальнейшие исследования. В 2016 году было высказано предположение, что эта неизвестная активность могла быть связана с 282 Mt, правнучкой 290 Fl в результате захвата электронов и двух последовательных альфа-распадов.

271 Ds

Данные о распаде прямого синтеза 271 Ds четко указывают на присутствие двух ядерных изомеров. Первый излучает альфа-частицы с энергиями 10,74 и 10,69 МэВ и имеет период полураспада 1,63 мс. Другой испускает только альфа-частицы с энергией 10,71 МэВ и имеет период полураспада 69 мс. Первый отнесен к основному состоянию, а последний - к изомерному уровню. Было высказано предположение, что близость энергий альфа-распада указывает на то, что изомерный уровень может распадаться в первую очередь за счет отложенного изомерного перехода в основное состояние, что приводит к идентичной измеренной альфа-энергии и комбинированному периоду полураспада для двух процессов.

270 дс

Прямое производство 270 Ds четко идентифицировало два ядерных изомера. Основное состояние распадается за счет альфа-излучения в основное состояние 266 Hs путем испускания альфа-частицы с энергией 11,03 МэВ и имеет период полураспада 0,10 мс. Метастабильное состояние распадается за счет альфа-излучения, испуская альфа-частицы с энергиями 12,15, 11,15 и 10,95 МэВ, и имеет период полураспада 6 мс. Когда метастабильное состояние испускает альфа-частицу с энергией 12,15 МэВ, она распадается в основное состояние 266 Hs, указывая на то, что у него есть 1,12 МэВ избыточной энергии.

Химические выходы изотопов

Холодный синтез

В таблице ниже представлены сечения и энергии возбуждения для реакций холодного синтеза, непосредственно производящих изотопы дармштадция. Данные, выделенные жирным шрифтом, представляют собой максимумы, полученные в результате измерений функции возбуждения. + представляет наблюдаемый канал выхода.

Снаряд Цель CN 1n 2n 3n
62 Ni 208 Пб 270 дс 3,5 пб
64 Ni 208 Пб 272 Ds 15 пб, 9,9 МэВ

Деление составных ядер с Z = 110

В 2004 г. в Дубненской лаборатории ядерных реакций им. Флерова были проведены эксперименты по изучению характеристик деления составного ядра 280 Ds. Используемая ядерная реакция - 232 Th + 48 Ca. Результат показал, как ядра, подобные этому, делятся преимущественно за счет вытеснения ядер с закрытой оболочкой, таких как 132 Sn ( Z  = 50, N  = 82).

Теоретические расчеты

Характеристики распада

Теоретический расчет в модели квантового туннелирования воспроизводит экспериментальные данные по полуактивному альфа-распаду. Он также предсказывает, что изотоп 294 Ds будет иметь период полураспада при альфа-распаде порядка 311 лет.

Сечения остатков испарения

В приведенной ниже таблице приведены различные комбинации мишеней и снарядов, для которых расчеты дали оценки выходов поперечных сечений из различных каналов испарения нейтронов. Приведен канал с максимальной ожидаемой доходностью.

DNS = двухъядерная система; σ = поперечное сечение

Цель Снаряд CN Канал (продукт) σ макс Модель Ссылка
208 Пб 64 Ni 272 Ds 1n ( 271 Ds) 10 пб DNS
232 Чт 48 Ca 280 дс 4n ( 276 DS) 0,2 пб DNS
230 Чт 48 Ca 278 Ds 4n ( 274 Ds) 1 пб DNS
238 U 40 Ar 278 Ds 4n ( 274 Ds) 2 пб DNS
244 Pu 36 ю.ш. 280 дс 4n ( 276 DS) 0,61 пб DNS
248 см 30 Si 278 Ds 4n ( 274 Ds) 65.32 пб DNS
250 см 30 Si 280 дс 4n ( 276 DS) 3,54 пб DNS

использованная литература