Изотопы флеровия - Isotopes of flerovium

Основные изотопы флеровия   ( 114 Fl)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
284 эт син 2,5 мс SF
285 эт син 0,1 с α 281 Cn
286 эт син 0,17 с 40% α 282 Cn
60% SF
287 эт син 0,54 с α 283 Cn
ЕС ? 287 Nh
288 эт син 0,64 с α 284 Cn
289 эт син 1.9 с α 285 Cn
290 эт син 19 с? EC 290 Nh
α 286 Cn

Флеровий ( 114 Fl) является синтетическим элементом , поэтому невозможно указать стандартный атомный вес . Как и все синтетические элементы, в нем нет стабильных изотопов . Первым изотопом, который был синтезирован, был 289 Fl в 1999 г. (или, возможно, в 1998 г.). Флеровий имеет семь известных изотопов и, возможно, 2 ядерных изомера . Самый долгоживущий изотоп - это 289 Fl с периодом полураспада 1,9 секунды, но неподтвержденный 290 Fl может иметь более длительный период полураспада, равный 19 секундам.

Список изотопов

Нуклид
Z N Изотопная масса ( Да )
Период полураспада

Режим распада

Дочерний
изотоп

Спин и
паритет
284 эт 114 170 2,5 мс SF (различный) 0+
285 эт 114 171 285.18364 (47) # 100 мс α 281 Cn 3/2 + #
286 эт 114 172 286.18424 (71) # 130 мс SF (60%) (различный) 0+
α (40%) 282 Cn
287 эт 114 173 287.18678 (66) # 510 (+ 180-100) мс α 283 Cn
ЕС? 287 Nh
288 эт 114 174 288.18757 (91) # 0,8 (+ 27−16) с α 284 Cn 0+
289 эт 114 175 289.19042 (60) # 2,6 (+ 12−7) с α 285 Cn 5/2 + #
290 эт 114 176 19 с? EC 290 Nh 0+
α 286 Cn
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
  1. ^ () - Неопределенность (1 σ ) дана в сжатой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  2. ^ # - Атомная масса с пометкой #: значение и погрешность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из трендов по массовой поверхности (TMS).
  3. ^ Режимы распада:
    EC: Электронный захват
    SF: Самопроизвольное деление
  4. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  5. ^ Не непосредственно синтезирован, произведенный в распаде цепи из 294 Ога
  6. ^ Этот изотоп не подтвержден
  • Предполагается, что 298 Fl будет иметь относительно длительный период полураспада, поскольку ожидается , что N = 184 соответствует замкнутой нейтронной оболочке.

Изотопы и ядерные свойства

Нуклеосинтез

Комбинации мишень-снаряд, приводящие к Z = 114 составным ядрам

В таблице ниже представлены различные комбинации целей и снарядов, которые можно использовать для образования составных ядер с атомным номером 114.

Цель Снаряд CN Результат попытки
208 Пб 76 Гэ 284 эт Неспособность на сегодняшний день
238 U 50 Ti 288 эт Запланированная реакция
238 U 48 Ti 286 эт Реакция еще не предпринята
244 Pu 48 Ca 292 эт Успешная реакция
242 Pu 48 Ca 290 эт Успешная реакция
240 Pu 48 Ca 288 эт Успешная реакция
239 Pu 48 Ca 287 эт Успешная реакция
250 см 40 Ar 290 эт Реакция еще не предпринята
248 см 40 Ar 288 эт Неспособность на сегодняшний день

Холодный синтез

В этом разделе рассматривается синтез ядер флеровия с помощью так называемых реакций «холодного» синтеза. Это процессы, которые создают составные ядра при низкой энергии возбуждения (~ 10–20 МэВ, следовательно, «холодные»), что приводит к более высокой вероятности выживания в результате деления. Затем возбужденное ядро ​​распадается до основного состояния за счет испускания только одного или двух нейтронов.

208 Pb ( 76 Ge, x n) 284− x Fl

Первая попытка синтезировать флеровий в реакциях холодного синтеза была предпринята в Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), Франция в 2003 году. Никаких атомов обнаружено не было, что обеспечивает предел выхода 1,2 pb. Команда RIKEN сообщила о планах изучить эту реакцию.

Горячий синтез

В этом разделе рассматривается синтез ядер флеровия с помощью так называемых реакций «горячего» синтеза. Это процессы, которые создают составные ядра при высокой энергии возбуждения (~ 40–50 МэВ, следовательно, «горячие»), что снижает вероятность выживания в результате деления. Затем возбужденное ядро ​​распадается до основного состояния с испусканием 3–5 нейтронов. В реакциях слияния с использованием ядер 48 Са обычно образуются составные ядра с промежуточными энергиями возбуждения (~ 30–35 МэВ), которые иногда называют реакциями «теплого» слияния. Отчасти это приводит к относительно высоким выходам этих реакций.

248 см ( 40 Ar, x n) 288- x Fl

Одна из первых попыток синтеза сверхтяжелых элементов была предпринята Альбертом Гиорсо и др. и Стэн Томпсон и др. в 1968 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, используя эту реакцию. Никаких событий, связанных со сверхтяжелыми ядрами, идентифицировано не было; это ожидалось, поскольку составное ядро 288 Fl (с N = 174) отстает на десять нейтронов от замкнутой оболочки, предсказанной при N = 184. Эта первая неудачная попытка синтеза дала ранние указания на пределы поперечного сечения и периода полураспада для сверхтяжелых ядер, которые можно получить. в реакциях горячего термоядерного синтеза.

244 Pu ( 48 Ca, x n) 292− x Fl ( x = 2,3,4,5)

Первые эксперименты по синтезу флеровия были выполнены командой в Дубне в ноябре 1998 г. Они смогли обнаружить единственную длинную цепочку распадов, приписываемую 289
Fl
. Реакция была повторена в 1999 году, и были обнаружены еще два атома флеровия. Продукция была назначена288
Fl
. Группа продолжила изучение реакции в 2002 году. Во время измерения функций возбуждения испарения нейтронов 3n, 4n и 5n они смогли обнаружить три атома289
Fl
, двенадцать атомов нового изотопа288
Fl
и один атом нового изотопа 287 Fl. На основе этих результатов первый обнаруженный атом был предварительно назначен на290
Fl
или 289m Fl, в то время как два последующих атома были переназначены на289
Fl
и поэтому принадлежат к неофициальному открытию эксперимента. В попытке изучить химию коперникия как изотопа285
Cn
, эта реакция была повторена в апреле 2007 г. Удивительно, но PSI-ЛЯР непосредственно обнаружил два атома288
Fl
послужил основой для первых химических исследований флеровия.

В июне 2008 года эксперимент был повторен для дальнейшей оценки химического состава элемента с помощью 289
Изотоп Fl . Был обнаружен единственный атом, что, по всей видимости, подтверждает свойства элемента, похожие на благородный газ.

В мае – июле 2009 года команда GSI впервые изучила эту реакцию, как первый шаг к синтезу теннессина . Команда смогла подтвердить данные синтеза и распада для288
Fl
и289
Fl
, производя девять атомов первого изотопа и четыре атома второго.

242 Pu ( 48 Ca, x n) 290− x Fl ( x = 2,3,4,5)

Команда в Дубне впервые изучила эту реакцию в марте – апреле 1999 г. и обнаружила два атома флеровия, отнесенных к 287 Fl. Реакция была повторена в сентябре 2003 г., чтобы попытаться подтвердить данные о распаде для 287 Fl и 283 Cn, поскольку были собраны противоречивые данные для 283 Cn (см. Copernicium ). Российские ученые смогли измерить данные о распаде 288 Fl, 287 Fl и нового изотопа 286 Fl на основе измерений функций возбуждения 2n, 3n и 4n.

В апреле 2006 года коллаборация PSI-ЛЯР использовала эту реакцию для определения первых химических свойств коперникия, производя 283 Cn в качестве избыточного продукта. В подтверждающем эксперименте в апреле 2007 года группа смогла напрямую обнаружить 287 Fl и, таким образом, измерить некоторые исходные данные об атомно-химических свойствах флеровия.

Команда в Беркли, используя газонаполненный сепаратор Беркли (BGS), продолжила свои исследования, используя недавно приобретенный242
Pu является
мишенью для попытки синтеза флеровия в январе 2009 г. с использованием указанной выше реакции. В сентябре 2009 года они сообщили, что им удалось обнаружить два атома флеровия, так как287
Fl
и286
Fl
, подтверждая свойства распада, представленные в ЛЯР, хотя измеренные сечения были немного ниже; однако статистика была более низкого качества.

В апреле 2009 г. в сотрудничестве с Институтом Пауля Шеррера (PSI) и Лабораторией ядерных реакций им. Флерова (ЛЯР) ОИЯИ было проведено еще одно исследование химии флеровия с использованием этой реакции. Обнаружен одиночный атом 283 Cn.

В декабре 2010 года команда LBNL объявила о синтезе одного атома нового изотопа 285 Fl с последующим наблюдением 5 новых изотопов дочерних элементов.

239 240 Pu ( 48 Ca, x n) 287 288− x Fl ( x = 3 для 239 Pu; x = 3, 4 для 240 Pu)

В ЛЯР были планы по изучению легких изотопов флеровия, образующихся в реакции между 239 Pu или 240 Pu и 48 Ca: в частности, ожидалось , что продукты распада 283 Fl и 284 Fl заполнят пробел между изотопами более легкого сверхтяжелые элементы, образованные холодным синтезом с мишенями из 208 Pb и 209 Bi, а также элементы, образованные горячим синтезом с использованием снарядов из 48 Ca. Эти реакции были изучены в 2015 году. Один новый изотоп был обнаружен в реакциях 240 Pu ( 48 Ca, 4n) и 239 Pu ( 48 Ca, 3n), в быстро спонтанно делящемся 284 Fl, что дает четкую границу нейтронно-бедного край острова стабильности. Также были получены три атома 285 Fl. Команда из Дубны повторила свое исследование реакции 240 Pu + 48 Ca в 2017 году, наблюдая три новые последовательные цепочки распада 285 Fl, дополнительную цепочку распада этого нуклида, которая может проходить через некоторые изомерные состояния в его дочерних элементах , цепочку, которую можно отнести до 287 Fl (вероятно, из-за примесей 242 Pu в мишени) и некоторых событий спонтанного деления, некоторые из которых могут быть от 284 Fl, хотя возможны и другие интерпретации, включая побочные реакции, связанные с испарением заряженных частиц.

Как продукт распада

Изотопы Флеровий также наблюдались в цепочках распада в Ливерморьях и oganesson .

Остаток испарения Наблюдаемый изотоп Fl
294 Ур ?? 290 эт?
293 Ур. 289 эт
292 Ур. 288 эт
291 Ур. 287 эт
294 Ог, 290 Ур. 286 эт

Втянутые изотопы

285 эт

В заявленном синтезе 293 Og в 1999 году изотоп 285 Fl был идентифицирован как распадающийся под действием альфа-излучения 11,35 МэВ с периодом полураспада 0,58 мс. Требование было отозвано в 2001 году. Этот изотоп был наконец создан в 2010 году, и его свойства распада подтвердили фабрикацию ранее опубликованных данных о распаде.

Хронология открытия изотопов

Изотоп Год открытия Реакция открытия
284 эт 2015 г. 239 Pu ( 48 Ca, 3n)
240 Pu ( 48 Ca, 4n)
285 эт 2010 г. 242 Pu ( 48 Ca, 5n)
286 эт 2002 г. 249 Cf ( 48 Ca, 3n)
287 эт 2002 г. 244 Pu ( 48 Ca, 5n)
288 эт 2002 г. 244 Pu ( 48 Ca, 4n)
289 эт 1999 г. 244 Pu ( 48 Ca, 3n)
290 эт? 1998 г. 244 Pu ( 48 Ca, 2n)

Деление составных ядер с атомным номером 114

В период с 2000 по 2004 год в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова в Дубне было проведено несколько экспериментов по изучению характеристик деления составного ядра 292 Fl. Используемая ядерная реакция - 244 Pu + 48 Ca. Результаты показали, как ядра, подобные этому, делятся преимущественно за счет вытеснения ядер с закрытой оболочкой, таких как 132 Sn (Z = 50, N = 82). Было также обнаружено, что выход для пути синтеза-деления был одинаковым для снарядов с 48 Ca и 58 Fe, что указывает на возможное будущее использование снарядов с 58 Fe для образования сверхтяжелых элементов.

Ядерная изомерия

289 эт

В первом заявленном синтезе флеровия изотоп, обозначенный как 289 Fl, распадался с испусканием альфа-частицы с энергией 9,71 МэВ со временем жизни 30 секунд. Эта активность не наблюдалась при повторении прямого синтеза этого изотопа. Однако в единственном случае из синтеза 293 Lv цепочка распада была измерена, начиная с испускания альфа-частицы с энергией 9,63 МэВ со временем жизни 2,7 минуты. Все последующие распады были очень похожи на распад 289 Fl, предполагая, что родительский распад был пропущен. Это убедительно свидетельствует о том, что активность следует относить к изомерному уровню. Отсутствие активности в недавних экспериментах указывает на то, что выход изомера составляет ~ 20% по сравнению с предполагаемым основным состоянием и что наблюдение в первом эксперименте было удачным (или нет, как показывает история болезни). Для решения этих проблем необходимы дальнейшие исследования.

Возможно, что эти распады происходят из-за 290 Fl, поскольку энергии пучка в этих ранних экспериментах были установлены довольно низкими, достаточно низкими, чтобы сделать канал 2n правдоподобным. Это отнесение требует постулирования необнаруженного электронного захвата для 290 Nh, потому что иначе было бы трудно объяснить длительный период полураспада дочерей 290 Fl до спонтанного деления, если бы все они были четными. Это предполагает, что бывшие изомерные 289m Fl, 285m Cn, 281m Ds и 277m Hs, таким образом, фактически составляют 290 Nh (электронный захват 290 Fl был пропущен, поскольку детекторы тока не чувствительны к этой моде распада), 286 Rg, 282 Mt и спонтанное деление 278 Bh, создавая одни из самых богатых нейтронами сверхтяжелых изотопов, известных на сегодняшний день: это хорошо согласуется с систематической тенденцией увеличения периода полураспада по мере того, как нейтроны добавляются к сверхтяжелым ядрам по направлению к линии бета-стабильности, которая эта цепочка тогда завершилась бы очень близко к. Затем родительский элемент ливермория может быть отнесен к 294 Lv, который будет иметь наивысшее нейтронное число (178) из всех известных ядер, но все эти назначения нуждаются в дальнейшем подтверждении с помощью экспериментов, направленных на достижение канала 2n в 244 Pu + 48 Ca и 248 Cm +. 48 Ca реакции.

287 эт

Аналогично экспериментам с 289 Fl, первые эксперименты с мишенью из 242 Pu идентифицировали изотоп 287 Fl, распадающийся с испусканием альфа-частицы с энергией 10,29 МэВ и временем жизни 5,5 секунды. Дочь спонтанно делилась со временем жизни в соответствии с предыдущим синтезом 283 Cn. С тех пор обе эти активности не наблюдались (см. Copernicium ). Однако корреляция предполагает, что результаты не случайны и возможны из-за образования изомеров, выход которых, очевидно, зависит от методов производства. Чтобы устранить эти несоответствия, необходимы дальнейшие исследования. Также возможно, что эта активность обусловлена ​​захватом электронов остатком 287 Fl и фактически происходит от 287 Nh и его дочернего 283 Rg.

Сводка наблюдаемых цепочек альфа-распадов сверхтяжелых элементов с Z = 114, 116, 118 или 120 по состоянию на 2016 год. Отнесения к пунктирным нуклидам (включая ранние дубненские цепочки 5 и 8, содержащие 287 Nh и 290 Nh в качестве альтернативных объяснений вместо изомерии в 287 м и 289 м ) являются ориентировочными.

Выходы изотопов

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

Холодный синтез

Снаряд Цель CN 1n 2n 3n
76 Гэ 208 Пб 284 эт <1,2 пб

Горячий синтез

Снаряд Цель CN 2n 3n 4n
48 Ca 242 Pu 290 эт 0,5 пб, 32,5 МэВ 3,6 пб, 40,0 МэВ 4,5 пб, 40,0 МэВ <1,4 пб, 45,0 МэВ
48 Ca 244 Pu 292 эт 1,7 пб, 40,0 МэВ 5,3 пб, 40,0 МэВ 1,1 пб, 52,0 МэВ

Теоретические расчеты

Сечения остатков испарения

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

MD = многомерный; DNS = Двухъядерная система; σ = поперечное сечение

Цель Снаряд CN Канал (продукт) σ макс Модель Ссылка
208 Пб 76 Гэ 284 эт 1н ( 283 эт.) 60 фб DNS
208 Пб 73 Ge 281 эт 1н ( 280 фл.) 0,2 пб DNS
238 U 50 Ti 288 эт 2н ( 286 эт) 60 фб DNS
238 U 48 Ti 286 эт 2н ( 284 эт.) 45,1 фб DNS
244 Pu 48 Ca 292 эт 4н ( 288 эт.) 4 пб Доктор медицины
242 Pu 48 Ca 290 эт 3н ( 287 эт.) 3 пб Доктор медицины
250 см 40 Ar 290 эт 4н ( 286 эт) 79,6 фб DNS
248 см 40 Ar 288 эт 4н ( 284 эт.) 35 фб DNS

Характеристики распада

Теоретическая оценка периода полураспада изотопов флеровия при альфа-распаде подтверждает экспериментальные данные. Выживший после деления изотоп 298 Fl будет иметь период полураспада при альфа-распаде около 17 дней.

В поисках острова стабильности: 298 эт.

Согласно макроскопически-микроскопической (ММ) теории, Z = 114 может быть следующим сферическим магическим числом . В области Z = 114 теория ММ показывает, что N = 184 является следующим магическим числом сферических нейтронов, и выдвигает ядро 298 Fl в качестве сильного кандидата в следующее сферическое дважды магическое ядро после 208 Pb ( Z = 82, N = 126). 298 Fl считается центром гипотетического « острова стабильности », состоящего из долгоживущих сверхтяжелых ядер. Однако другие расчеты с использованием теории релятивистского среднего поля (RMF) предлагают Z = 120, 122 и 126 в качестве альтернативных магических чисел протонов, в зависимости от выбранного набора параметров, а некоторые полностью опускают Z = 114 или N = 184. Это также возможно, что вместо пика на определенной протонной оболочке существует плато протонных оболочечных эффектов от Z = 114–126.

Предполагается, что островок стабильности около 298 Fl повысит стабильность составляющих его ядер, особенно против спонтанного деления, как следствие большей высоты барьера деления вблизи закрытия оболочки. Из-за ожидаемых высоких барьеров деления любое ядро ​​в пределах этого острова стабильности будет распадаться исключительно за счет альфа-излучения , и поэтому ядро ​​с самым длинным периодом полураспада может быть 298 Fl; предсказания для периода полураспада этого ядра варьируются от минут до миллиардов лет. Однако возможно, что самое долгоживущее ядро ​​- это не 298 Fl, а 297 Fl (с N = 183) имеет более длительный период полураспада из-за неспаренного нейтрона. Другие расчеты показывают, что пики стабильности у бета-стабильных изотопов дармштадция или коперникия находятся в районе N = 184 (с периодом полураспада в несколько сотен лет), а флеровий находится на верхнем пределе области стабильности.

Доказательства замкнутой протонной оболочки Z = 114

В то время как доказательство существования закрытых нейтронных оболочек может быть получено непосредственно из систематического изменения значений Q α для переходов из основного состояния в основное состояние, доказательства существования закрытых протонных оболочек исходят из (частичных) периодов полураспада спонтанного деления. Такие данные иногда бывает трудно извлечь из-за низкой производительности и слабого разветвления SF. В случае Z = 114 свидетельство эффекта этой предложенной закрытой оболочки происходит из сравнения пар ядер 282 Cn (T SF 1/2 = 0,8 мс) и 286 Fl (T SF 1/2 = 130 мс). , и 284 Cn (T SF  = 97 мс) и 288 Fl (T SF  > 800 мс). Дальнейшие доказательства могут быть получены при измерении парциальных периодов полураспада SF ядер с Z  > 114, таких как 290 Lv и 292 Og (оба N  = 174 изотона ). Извлечение Z  = 114 эффектов осложняется наличием доминирующего N  = 184 эффекта в этой области.

Трудность синтеза 298 Fl

Прямой синтез ядра 298 Fl по пути термоядерного испарения невозможен при современной технологии, поскольку никакая комбинация доступных снарядов и мишеней не может использоваться для заселения ядер достаточным количеством нейтронов, чтобы находиться в пределах острова стабильности , и радиоактивными пучками (такими, как как 44 S) не может производиться с интенсивностью, достаточной для проведения эксперимента.

Было высказано предположение, что такой богатый нейтронами изотоп может быть образован в результате квазиделения (частичного слияния с последующим делением) массивного ядра. Такие ядра стремятся к делению с образованием изотопов, близких к замкнутым оболочкам Z = 20 / N = 20 ( 40 Ca), Z = 50 / N = 82 ( 132 Sn) или Z = 82 / N = 126 ( 208 Pb / 209 Bi). Недавно было показано, что реакции многонуклонного переноса при столкновении ядер актинидов (таких как уран и кюрий ) могут быть использованы для синтеза сверхтяжелых ядер, богатых нейтронами, расположенных на острове стабильности, особенно при наличии сильных оболочечных эффектов. в области Z = 114. Если это действительно возможно, одна из таких реакций может быть:

238
92
U
+ 238
92
U
298
114
Fl
+ 178
70
Yb

использованная литература