Изотопы хассия - Isotopes of hassium

Основные изотопы гассия   ( 108 Hs)
Изотоп Разлагаться
избыток период полураспада ( т 1/2 ) Режим продукт
269 часов син 16 с α 265 Сг
270 часов син 9 с α 266 Сг
277m Hs син 130 с SF

Калий ( 108 Hs) 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 265 Hs в 1984 году. Известно 12 изотопов от 263 Hs до 277 Hs и 1–4 изомеров . Самый стабильный изотоп хассия не может быть определен на основе существующих данных из-за неопределенности, возникающей из-за небольшого количества измерений. Доверительный интервал от периода полураспада 269 Hs , соответствующее одному стандартного отклонения(интервал с вероятностью ~ 68,3% содержит фактическое значение) составляет 16 ± 6 секунд, тогда как интервал 270 Hs составляет 9 ± 4 секунды. Также возможно, что 277m Hs более стабилен, чем оба из них, с его периодом полураспада, вероятно , 110-70 секунд, но по состоянию на 2016 год было зарегистрировано только одно событие распада этого изотопа.

Список изотопов

Нуклид
Z N Изотопная масса ( Да )
Период полураспада

Режим распада

Дочерний
изотоп

Спин и
паритет
Энергия возбуждения
263 часов 108 155 263.12856 (37) # 760 (40) мкс α 259 Сг 3/2 + #
264 часов 108 156 264.12836 (3) 540 (300) мкс α (50%) 260 Сг 0+
SF (50%) (различный)
265 часов 108 157 265.129793 (26) 1,96 (0,16) мс α 261 Сг 9/2 + #
265 м Hs 300 (70) кэВ 360 (150) мкс α 261 Сг 3/2 + #
266 часов 108 158 266.13005 (4) 3,02 (0,54) мс α (68%) 262 Сг 0+
SF (32%) (различный)
266м Hs 1100 (70) кэВ 280 (220) мс α 262 Сг 9- #
267 часов 108 159 267.13167 (10) # 55 (11) мс α 263 Сг 5/2 + #
267m Hs 39 (24) кэВ 990 (90) мкс α 263 Сг
268 часов 108 160 268.13187 (30) # 1,42 (1,13) с α 264 Сг 0+
269 часов 108 161 269.13375 (13) # 16 с α 265 Сг 9/2 + #
270 часов 108 162 270.13429 (27) # 10 с α 266 Сг 0+
271 Hs 108 163 271.13717 (32) # ~ 4 с α 267 Сг
273 часов 108 165 273.14168 (40) # 510 мс α 269 Сг 3/2 + #
275 часов 108 167 275.14667 (63) # 290 (150) мс α 271 Сг
277 часов 108 169 277.15190 (58) # 12 (9) мс SF (различный) 3/2 + #
277m Hs 100 (100) кэВ # 130 (100) с SF (различный)
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
  1. ^ m Hs - 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. ^ # - Значения, отмеченные знаком #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из трендов соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Не непосредственно синтезирован, происходит распад продукта из 270 Ds
  7. ^ a b Существование этого изомера не подтверждено
  8. ^ Не непосредственно синтезирован, происходит в распаде цепи из 277 Сп
  9. ^ Непосредственно не синтезируется, встречается в цепочке распада 285 Fl
  10. ^ Непосредственно не синтезируется, встречается в цепочке распада 287 Fl
  11. ^ a b Непосредственно не синтезируется, встречается в цепочке распада 289 Fl

Изотопы и ядерные свойства

Комбинации мишень-снаряд, приводящие к Z = 108 составным ядрам

Цель Снаряд CN Результат попытки
136 Xe 136 Xe 272 часов Неспособность на сегодняшний день
198 Пт 70 Zn 268 часов Неспособность на сегодняшний день
208 Пб 58 Fe 266 часов Успешная реакция
207 Пб 58 Fe 265 часов Успешная реакция
208 Пб 56 Fe 264 часов Успешная реакция
207 Пб 56 Fe 263 часов Реакция еще не предпринята
206 Пб 58 Fe 264 часов Успешная реакция
209 Би 55 Мн 264 часов Неспособность на сегодняшний день
226 Ra 48 Ca 274 часов Успешная реакция
232 Чт 40 Ar 272 часов Реакция еще не предпринята
238 U 36 ю.ш. 274 часов Успешная реакция
238 U 34 ю.ш. 272 часов Успешная реакция
244 Pu 30 Si 274 часов Реакция еще не предпринята
248 см 26 мг 274 часов Успешная реакция
248 см 25 мг 273 часов Неспособность на сегодняшний день
250 см 26 мг 276 часов Реакция еще не предпринята
249 Кф 22 Ne 271 Hs Успешная реакция

Нуклеосинтез

Сверхтяжелые элементы, такие как хассий, производятся путем бомбардировки более легких элементов в ускорителях частиц, которые вызывают реакции синтеза . В то время как большинство изотопов хассия могут быть синтезированы 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 сторону 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 ).

Холодный синтез

Перед первым успешным синтезом хасия в 1984 году группой GSI ученые из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне , Россия, также пытались синтезировать хассий путем бомбардировки свинца-208 железом-58 в 1978 году. идентифицированы. Они повторили эксперимент в 1984 году и были в состоянии обнаружить спонтанное деление активности назначенной 260 Sg , с дочерью из 264 Hs. Позже в том же году они попробовали эксперимент снова и попытался химически идентифицировать продукты распада из гания , чтобы оказать поддержку в их синтезу элемента 108. Они были в состоянии обнаружить несколько альфа - распадов из 253 Es и 253 Fm , продукты распада 265 Hs .

Во время официального открытия элемента в 1984 году команда GSI изучила ту же реакцию, используя метод генетической корреляции альфа-распада, и смогла точно идентифицировать 3 атома 265 Hs. После модернизации своих установок в 1993 году группа повторила эксперимент в 1994 году и обнаружила 75 атомов 265 Hs и 2 атома 264 Hs во время измерения частичной функции возбуждения для канала испарения 1n нейтронов. Дальнейший запуск реакции был проведен в конце 1997 года, в ходе которого были обнаружены еще 20 атомов. Этот эксперимент был успешно повторен в 2002 году на RIKEN (10 атомов) и в 2003 году на GANIL (7 атомов). Команда RIKEN продолжила изучение реакции в 2008 году, чтобы провести первые спектроскопические исследования четно-четного ядра 264 Hs. Они также смогли обнаружить еще 29 атомов 265 Hs.

Команда в Дубне также провела аналогичную реакцию с ведущей -207 мишенью вместо свинцово-208 мишени в 1984 году:

207
82
Pb
+ 58
26
Fe
264
108
Hs
+
п

Они смогли обнаружить ту же самую активность спонтанного деления, которая наблюдалась в реакции с мишенью из свинца-208, и снова отнесли ее к 260 Sg, дочери 264 Hs. Команда GSI впервые изучила реакцию в 1986 году, используя метод генетической корреляции альфа-распадов, и идентифицировала один атом 264 Hs с поперечным сечением 3,2 пбн. Реакция была повторена в 1994 году и команда смогли измерить как альфа - распад и спонтанное деление на 264 Hs. Эта реакция также была изучена в 2008 году в RIKEN с целью проведения первых спектроскопических исследований четно-четного ядра 264 Hs. Команда обнаружила 11 атомов 264 Hs.

В 2008 году команда RIKEN провела аналогичную реакцию с ведущей -206 цели впервые:

206
82
Pb
+ 58
26
Fe
263
108
Hs
+
п

Им удалось идентифицировать 8 атомов нового изотопа 263 Hs.

В 2008 году команда Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) впервые изучала аналогичную реакцию со снарядами из железа-56 :

208
82
Pb
+ 56
26
Fe
263
108
Hs
+
п

Им удалось произвести и идентифицировать 6 атомов нового изотопа 263 Hs. Несколько месяцев спустя команда RIKEN также опубликовала свои результаты по той же реакции.

Дальнейшие попытки синтеза ядер хасия были выполнены командой в Дубне в 1983 году с использованием реакции холодного синтеза между мишенью из висмута-209 и снарядами из марганца- 55:

209
83
Би
+ 55
25
Mn
264 − х
108
Hs
+ х
п
(x = 1 или 2)

Им удалось обнаружить активность спонтанного деления, приписанную 255 Rf , продукту цепи распада 263 Hs. Идентичные результаты были измерены в повторном запуске в 1984 году. В последующем эксперименте в 1983 году они применили метод химической идентификации потомка, чтобы обеспечить поддержку синтеза хасия. Им удалось обнаружить альфа-распады изотопов фермия , которые считаются потомками распада 262 Hs. С тех пор эта реакция не использовалась, и 262 Hs в настоящее время не подтверждены.

Горячий синтез

Под руководством Юрия Оганесяна, команда в Объединенном институте ядерных исследований изучала горячую термоядерную реакцию между кальцием-48 снарядами и радием -226 цели в 1978 году:

226
88
Ра
+ 48
20
Ca
270
108
Hs
+ 4
п

Однако результаты отсутствуют в литературе. Реакция была повторена в ОИЯИ в июне 2008 г. и были обнаружены 4 атома изотопа 270 Hs. В январе 2009 года команда повторила эксперимент, и были обнаружены еще 2 атома 270 Hs.

Команда в Дубне изучала реакцию между мишенями из калифорния- 249 и неоновыми снарядами-22 в 1983 году, обнаружив активность спонтанного деления :

249
98
Cf
+ 22
10
Ne
271 − х
108
Hs
+ х
п

Было обнаружено несколько коротких спонтанных активностей деления, указывающих на образование ядер хассия.

Реакция горячего синтеза между мишенями из урана-238 и снарядами из редкого и дорогого изотопа серы-36 была проведена в GSI в апреле – мае 2008 г .:

238
92
U
+ 36
16
S
270
108
Hs
+ 4
п

Предварительные результаты показывают, что был обнаружен единственный атом 270 Hs. Этот эксперимент подтвердил свойства распада изотопов 270 Hs и 266 Sg.

В марте 1994 года команда в Дубне во главе с покойным Юрием Лазаревым предприняла аналогичную реакцию с снарядами с серой- 34:

238
92
U
+ 34
16
S
272 − х
108
Hs
+ х
п
(x = 4 или 5)

Они объявили об обнаружении 3 атомов 267 Hs из канала испарения 5n нейтронов. Свойства распада были подтверждены командой GSI при одновременном исследовании дармштадция . Реакция была повторена в GSI в январе – феврале 2009 г. для поиска нового изотопа 268 Hs. Группа под руководством профессора Нишио обнаружила по одному атому как 268 Hs, так и 267 Hs. Новый изотоп 268 Hs претерпел альфа-распад до ранее известного изотопа 264 Sg.

В период с мая 2001 г. по август 2005 г. в сотрудничестве с GSI-PSI ( Институт Пола Шеррера ) изучалась ядерная реакция между целями из кюрия- 248 и снарядами из магния- 26:

248
96
См
+ 26
12
Mg
274 − х
108
Hs
+ х
п
(x = 3, 4 или 5)

Команда исследовала функцию возбуждения каналов испарения 3n, 4n и 5n, приводящую к изотопам 269 Hs, 270 Hs и 271 Hs. Синтез важного дважды магического изотопа 270 Hs был опубликован в декабре 2006 года группой ученых из Технического университета Мюнхена . Сообщалось, что этот изотоп распался за счет испускания альфа-частицы с энергией 8,83 МэВ и периодом полураспада ~ 22 с. С тех пор это значение было увеличено до 3,6 с.

Как продукт распада

Список изотопов хассия, наблюдаемых при распаде
Остаток испарения Наблюдаемый изотоп хассия
267 Ds 263 часов
269 Ds 265 часов
270 дс 266 часов
271 Ds 267 часов
277 Cn, 273 Ds 269 часов
285 Fl, 281 Cn, 277 Ds 273 часов
291 Lv, 287 Fl, 283 Cn, 279 Ds 275 часов
293 лв, 289 эт, 285 сп, 281 дс 277 часов

Калий был обнаружен как продукт распада дармштадция . Дармштадций в настоящее время имеет восемь известных изотопов, каждый из которых, как было показано, претерпевает альфа-распад, превращаясь в ядра гассия с массовыми числами от 263 до 277. Изотопы калия с массовыми числами 266, 273, 275 и 277 на сегодняшний день были произведены только распад ядер дармштадция. Родительские ядра дармштадция сами могут быть продуктами распада копернициума , флеровия или ливермория . На сегодняшний день не известно о других элементах, распадающихся на хассий. Например, в 2004 году команда из Дубны определила хассий-277 как конечный продукт распада ливермория через последовательность альфа-распада:

293
116
Ур.
289
114
Fl
+ 4
2
Он
289
114
Fl
285
112
Cn
+ 4
2
Он
285
112
Cn
281
110
Ds
+ 4
2
Он
281
110
Ds
277
108
Hs
+ 4
2
Он

Неподтвержденные изотопы

Список изотопов хассия
Изотоп
Период полураспада

Режим распада

Год открытия
Реакция
263 часов 0,74 мс α, SF 2008 г. 208 Pb ( 56 Fe, n)
264 часов ~ 0,8 мс α, SF 1986 г. 207 Pb ( 58 Fe, n)
265 часов 1.9 мс α, SF 1984 208 Pb ( 58 Fe, n)
265 м Hs 0,3 мс α 1984 208 Pb ( 58 Fe, n)
266 часов 2.3 мс α, SF 2000 г. 270 Ds (-, α)
267 часов 52 мс α, SF 1995 г. 238 U ( 34 S, 5n)
267m Hs 0,8 с α 1995 г. 238 U ( 34 S, 5n)
268 часов 0,4 с α 2009 г. 238 U ( 34 S, 4n)
269 часов 3,6 с α 1996 г. 277 Сп (-, 2α)
269m Hs 9,7 с α 2004 г. 248 см ( 26 мг, 5н)
270 часов 3,6 с α 2004 г. 248 см ( 26 мг, 4н)
271 Hs ~ 4 с α 2004 г. 248 см ( 26 мг, 3н)
273 часов 0,51 с α 2010 г. 285 Fl (-, 3α)
275 часов 0,15 с α 2003 г. 287 Fl (-, 3α)
277 часов 11 мс α 2009 г. 289 Fl (-, 3α)
277м Hs? ~ 11 мин? α 1999 г. 289 Fl (-, 3α)
277m Hs

Изотоп, отнесенный к 277 Hs, однажды наблюдался распадом SF с длительным периодом полураспада ~ 11 минут. Изотоп не наблюдается при распаде основного состояния 281 Ds, но наблюдается при распаде с редкого, еще неподтвержденного изомерного уровня, а именно 281m Ds. Период полураспада для основного состояния очень велик, и возможно, что оно принадлежит изомерному уровню в 277 Hs. Также было высказано предположение, что эта активность на самом деле исходит от 278 Bh, образованного как праправнучка 290 Fl в результате одного захвата электрона до 290 Nh и трех последующих альфа-распадов. Кроме того, в 2009 году команда GSI наблюдала небольшую ветвь альфа-распада для 281 Ds, в результате чего образовался нуклид 277 Hs, распадающийся на SF за короткое время жизни. Измеренный период полураспада близок к ожидаемому значению для изомера в основном состоянии, 277 Hs. Для подтверждения производства изомера требуются дальнейшие исследования.

Втянутые изотопы

273 часов

В 1999 году американские ученые из Калифорнийского университета в Беркли объявили, что им удалось синтезировать три атома из 293 118. Сообщалось, что эти родительские ядра последовательно испускали три альфа-частицы с образованием ядер хассия-273, которые, как утверждалось, имели претерпел альфа-распад, испуская альфа-частицы с энергиями распада 9,78 и 9,47 МэВ и периодом полураспада 1,2 с, но в 2001 г. их заявление было отозвано. Однако изотоп был произведен в 2010 г. той же командой. Новые данные совпадают с предыдущими (сфабрикованными) данными.

270 Hs: перспективы деформированного дважды магического ядра

Согласно макроскопически-микроскопической (ММ) теории, Z  = 108 - магическое число деформированного протона в сочетании с нейтронной оболочкой при N  = 162. Это означает, что такие ядра постоянно деформируются в своем основном состоянии, но имеют высокие узкие барьеры деления. к дальнейшей деформации и, следовательно, относительно длительному частичному периоду полураспада SF. Периоды полураспада SF в этой области обычно уменьшаются в 10 9 раз по сравнению с периодами в окрестности сферического дважды магического ядра 298 Fl, что вызвано увеличением вероятности проникновения через барьер квантовым туннелированием из-за более узкий барьер деления. Кроме того, N  = 162 было рассчитано как магическое число деформированного нейтрона, и, следовательно, ядро 270 Hs является многообещающим как деформированное дважды магическое ядро. Экспериментальные данные по распаду Z  = 110 изотопов 271 Ds и 273 Ds являются убедительным доказательством магической природы подоболочки N  = 162. Недавний синтез 269 Hs, 270 Hs и 271 Hs также полностью поддерживает назначение N  = 162 как волшебной замкнутой оболочки. В частности, низкая энергия распада 270 Hs полностью согласуется с расчетами.

Свидетельства  деформированной протонной оболочки с Z = 108

Свидетельством магии  протонной оболочки Z = 108 можно считать два источника:

  1. изменение парциальных периодов полураспада спонтанного деления для изотонов
  2. большой разрыв в Q α для изотонических пар между Z  = 108 и Z  = 110.

Для SF необходимо измерить периоды полураспада изотонических ядер 268 Sg, 270 Hs и 272 Ds. Поскольку изотопы сиборгия и дармштадция в настоящее время неизвестны, а деление 270 Hs не измерялось, этот метод пока не может быть использован для подтверждения стабилизирующей природы  оболочки Z = 108. Однако хорошим доказательством магии Z  = 108 можно считать большие различия в энергиях альфа-распада, измеренные для 270 Hs, 271 Ds и 273 Ds. Более убедительные доказательства были бы получены при определении энергии распада еще неизвестного нуклида 272 Ds.

Ядерная изомерия

277 часов

Изотоп, отнесенный к 277 Hs, однажды наблюдался, распадаясь в результате спонтанного деления с длительным периодом полураспада ~ 11 минут. Изотоп не наблюдается при распаде наиболее распространенного изомера из 281 Ds , но наблюдается при распаде от редкого, пока неподтвержденного изомерного уровня, а именно 281m Ds. Период полураспада для основного состояния очень велик, и возможно, что оно принадлежит изомерному уровню в 277 Hs. Кроме того, в 2009 году команда GSI наблюдала небольшую ветвь альфа-распада 281 Ds, производящую изотоп 277 Hs, распадающийся спонтанным делением с коротким временем жизни. Измеренный период полураспада близок к ожидаемому значению для изомера в основном состоянии, 277 Hs. Для подтверждения производства изомера требуются дальнейшие исследования. Более недавнее исследование предполагает, что эта наблюдаемая активность на самом деле может быть от 278 Bh.

269 часов

Прямой синтез 269 Hs привел к наблюдению трех альфа-частиц с энергиями 9,21, 9,10 и 8,94 МэВ, испускаемых 269 атомами Hs. Однако, когда этот изотоп косвенно синтезируется из распада 277 Cn, наблюдаются только альфа-частицы с энергией 9,21 МэВ, что указывает на то, что этот распад происходит с изомерного уровня. Для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования.

267 часов

267 Hs распадается в результате альфа-распада с испусканием альфа-частиц с энергиями 9,88, 9,83 и 9,75 МэВ. Его период полураспада 52 мс. В недавнем синтезе 271 Ds и 271m Ds наблюдалась дополнительная активность. Активность 0,94 мс, испускающая альфа-частицы с энергией 9,83 МэВ, наблюдалась в дополнение к более долгоживущим активностям ~ 0,8 с и ~ 6,0 с. В настоящее время ни один из них не назначен и не подтвержден, и необходимы дальнейшие исследования для их точного определения.

265 часов

Синтез 265 Hs также подтвердил наличие двух изомерных уровней. Основное состояние распадается с испусканием альфа-частицы с энергией 10,30 МэВ и имеет период полураспада 2,0 мс. Изомерное состояние имеет 300 кэВ избыточной энергии и распадается за счет испускания альфа-частицы с энергией 10,57 МэВ и имеет период полураспада 0,75 мс.

Будущие эксперименты

Ученые GSI планируют поиск изомеров 270 Hs с помощью реакции 226 Ra ( 48 Ca, 4n) в 2010 году с использованием новой установки TASCA в GSI. Кроме того, они также надеются изучить спектроскопию 269 Hs, 265 Sg и 261 Rf, используя реакцию 248 Cm ( 26 Mg, 5n) или 226 Ra ( 48 Ca, 5n). Это позволит им определить структуру уровней в 265 Sg и 261 Rf и попытаться определить спин и четность различных предложенных изомеров.

Урожайность физического производства

В таблицах ниже представлены сечения и энергии возбуждения ядерных реакций , в которых непосредственно образуются изотопы гассия. 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
58 Fe 208 Пб 266 часов 69 пб, 13,9 МэВ 4,5 пб
58 Fe 207 Пб 265 часов 3,2 пб

Горячий синтез

Снаряд Цель CN 3n 4n
48 Ca 226 Ra 274 часов 9.0 пб
36 ю.ш. 238 U 274 часов 0,8 пб
34 ю.ш. 238 U 272 часов 2,5 пб, 50,0 МэВ
26 мг 248 см 274 часов 2,5 пб 3,0 пб 7.0 пб

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.

DNS = двухъядерная система; σ = поперечное сечение

Цель Снаряд CN Канал (продукт) σ макс Модель Ссылка
136 Xe 136 Xe 272 часов 1-4n ( 271-268 Hs) 10 −6  пб DNS
238 U 34 ю.ш. 272 часов 4n ( 268 HS) 10 пб DNS
238 U 36 ю.ш. 274 часов 4n ( 270 Гц) 42.97 пб DNS
244 Pu 30 Si 274 часов 4n ( 270 Гц) 185,1 пб DNS
248 см 26 мг 274 часов 4n ( 270 Гц) 719,1 пб DNS
250 см 26 мг 276 часов 4n ( 272 Hs) 185,2 пб DNS

использованная литература

Изотопные массы из:

Изотопные составы и стандартные атомные массы из:

Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из: