Isótopos de flerovium - Isotopes of flerovium

Flerovium ( ₁₁₄ Fl) es un elemento sintético y, por lo tanto, no se puede dar un peso atómico estándar . Como todos los elementos sintéticos, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó fue ²⁸⁹ Fl en 1999 (o posiblemente 1998). Flerovium tiene siete isótopos conocidos y posiblemente 2 isómeros nucleares . El isótopo de vida más larga es ²⁸⁹ Fl con una vida media de 1,9 segundos, pero los ²⁹⁰ Fl no confirmados pueden tener una vida media más larga de 19 segundos.

Lista de isótopos

• Se teoriza que ²⁹⁸ Fl tendrá una vida media relativamente larga, ya que se espera que N = 184 corresponda a una capa de neutrones cerrada.

Isótopos y propiedades nucleares

Nucleosíntesis

Combinaciones objetivo-proyectil que conducen a Z = 114 núcleos compuestos

La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles que podrían usarse para formar núcleos compuestos con un número atómico de 114.

Fusión fría

Esta sección trata de la síntesis de núcleos de flerovium mediante las llamadas reacciones de fusión "en frío". Estos son procesos que crean núcleos compuestos con baja energía de excitación (~ 10-20 MeV, por lo tanto, "frío"), lo que conduce a una mayor probabilidad de supervivencia de la fisión. El núcleo excitado luego decae al estado fundamental a través de la emisión de uno o dos neutrones solamente.

²⁰⁸ Pb ( ⁷⁶ Ge, x n) ^{284− x} Fl

El primer intento de sintetizar flerovium en reacciones de fusión en frío se realizó en el Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), Francia en 2003. No se detectaron átomos, lo que proporciona un límite de rendimiento de 1,2 pb. El equipo de RIKEN ha indicado planes para estudiar esta reacción.

Fusión caliente

Esta sección trata de la síntesis de núcleos de flerovium mediante las llamadas reacciones de fusión "en caliente". Estos son procesos que crean núcleos compuestos con alta energía de excitación (~ 40-50 MeV, por lo tanto, "caliente"), lo que reduce la probabilidad de supervivencia de la fisión. El núcleo excitado luego decae al estado fundamental a través de la emisión de 3-5 neutrones. Las reacciones de fusión que utilizan núcleos de ⁴⁸ Ca suelen producir núcleos compuestos con energías de excitación intermedias (~ 30–35 MeV) y, en ocasiones, se denominan reacciones de fusión "calientes". Esto conduce, en parte, a rendimientos relativamente altos de estas reacciones.

²⁴⁸ cm ( ⁴⁰ Ar, x n) ^{288- x} Fl

Uno de los primeros intentos de síntesis de elementos superpesados ​​fue realizado por Albert Ghiorso et al. y Stan Thompson et al. en 1968 en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley utilizando esta reacción. No se identificaron eventos atribuibles a núcleos superpesados; Esto se esperaba ya que el núcleo compuesto ²⁸⁸ Fl (con N = 174) cae diez neutrones por debajo de la capa cerrada predicha en N = 184. Este primer intento de síntesis fallido proporcionó indicaciones tempranas de la sección transversal y los límites de vida media para núcleos superpesados ​​producibles en reacciones de fusión en caliente.

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

Los primeros experimentos sobre la síntesis de flerovium fueron realizados por el equipo en Dubna en noviembre de 1998. Pudieron detectar una sola cadena de desintegración larga, asignada a ²⁸⁹
Fl . La reacción se repitió en 1999 y se detectaron otros dos átomos de flerovium. Los productos fueron asignados a²⁸⁸
Fl . El equipo estudió más a fondo la reacción en 2002. Durante la medición de las funciones de excitación de la evaporación de neutrones 3n, 4n y 5n, pudieron detectar tres átomos de²⁸⁹
Fl , doce átomos del nuevo isótopo²⁸⁸
Fl , y un átomo del nuevo isótopo ²⁸⁷ Fl. Con base en estos resultados, el primer átomo que se detectó se reasignó provisionalmente a²⁹⁰
Fl o ^289m Fl, mientras que los dos átomos siguientes fueron reasignados a²⁸⁹
Fl y, por tanto, pertenecen al experimento de descubrimiento no oficial. En un intento de estudiar la química del copernicio como isótopo²⁸⁵
Cn , esta reacción se repitió en abril de 2007. Sorprendentemente, un PSI-FLNR detectó directamente dos átomos de²⁸⁸
Fl formando la base para los primeros estudios químicos de flerovium.

En junio de 2008, se repitió el experimento con el fin de evaluar más a fondo la química del elemento utilizando el ²⁸⁹
Isótopo Fl . Se detectó un solo átomo que parecía confirmar las propiedades de gas noble del elemento.

Durante mayo-julio de 2009, el equipo de GSI estudió esta reacción por primera vez, como un primer paso hacia la síntesis de tennessine . El equipo pudo confirmar los datos de síntesis y desintegración de²⁸⁸
Fl y²⁸⁹
Fl , que produce nueve átomos del primer isótopo y cuatro del segundo.

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

El equipo de Dubna estudió por primera vez esta reacción en marzo-abril de 1999 y detectó dos átomos de flerovium, asignados a ²⁸⁷ Fl. La reacción se repitió en septiembre de 2003 para intentar confirmar los datos de desintegración de ²⁸⁷ Fl y ²⁸³ Cn, ya que se habían recopilado datos contradictorios para ²⁸³ Cn (ver copernicium ). Los científicos rusos pudieron medir los datos de desintegración para ²⁸⁸ Fl, ²⁸⁷ Fl y el nuevo isótopo ²⁸⁶ Fl a partir de la medición de las funciones de excitación 2n, 3n y 4n.

En abril de 2006, una colaboración PSI-FLNR utilizó la reacción para determinar las primeras propiedades químicas del copernicio al producir ²⁸³ Cn como un producto de sobreimpulso. En un experimento de confirmación en abril de 2007, el equipo pudo detectar ²⁸⁷ Fl directamente y, por lo tanto, medir algunos datos iniciales sobre las propiedades químicas atómicas del flerovium.

El equipo de Berkeley, utilizando el separador lleno de gas de Berkeley (BGS), continuó sus estudios utilizando²⁴²
Pu apunta al intentar la síntesis de flerovium en enero de 2009 utilizando la reacción anterior. En septiembre de 2009, informaron que habían logrado detectar dos átomos de flerovium, como²⁸⁷
Fl y²⁸⁶
Fl , confirmando las propiedades de descomposición reportadas en el FLNR, aunque las secciones transversales medidas fueron levemente menores; sin embargo, las estadísticas fueron de menor calidad.

En abril de 2009, la colaboración del Instituto Paul Scherrer (PSI) y el Laboratorio de Reacciones Nucleares Flerov (FLNR) del JINR llevaron a cabo otro estudio de la química del flerovium utilizando esta reacción. Se detectó un solo átomo de ²⁸³ Cn.

En diciembre de 2010, el equipo del LBNL anunció la síntesis de un solo átomo del nuevo isótopo ²⁸⁵ Fl con la consiguiente observación de 5 nuevos isótopos de elementos hijos.

^239,240 Pu ( ⁴⁸ Ca, x n) ^{287,288− x} Fl ( x = 3 para ²³⁹ Pu; x = 3, 4 para ²⁴⁰ Pu)

El FLNR tenía planes para estudiar los isótopos ligeros de flerovium, formados en la reacción entre ²³⁹ Pu o ²⁴⁰ Pu y ⁴⁸ Ca: en particular, se esperaba que los productos de desintegración de ²⁸³ Fl y ²⁸⁴ Fl llenaran el espacio entre los isótopos del encendedor. elementos superpesados ​​formados por fusión fría con objetivos de ²⁰⁸ Pb y ²⁰⁹ Bi y los formados por fusión en caliente con proyectiles de ⁴⁸ Ca. Estas reacciones se estudiaron en 2015. Se encontró un nuevo isótopo en las reacciones de ²⁴⁰ Pu ( ⁴⁸ Ca, 4n) y ²³⁹ Pu ( ⁴⁸ Ca, 3n), las ²⁸⁴ Fl que se fisionan rápidamente y espontáneamente , lo que da una clara demarcación de las reacciones pobres en neutrones. borde de la isla de la estabilidad. También se produjeron tres átomos de ²⁸⁵ Fl. El equipo de Dubna repitió su investigación de la reacción de ²⁴⁰ Pu + ⁴⁸ Ca en 2017, observando tres nuevas cadenas de desintegración consistentes de ²⁸⁵ Fl, una cadena de desintegración adicional de este nucleido que puede pasar por algunos estados isoméricos en sus hijas, una cadena que podría asignarse a ²⁸⁷ Fl (probablemente derivado de impurezas de ²⁴² Pu en el objetivo), y algunos eventos de fisión espontánea de los cuales algunos podrían ser de ²⁸⁴ Fl, aunque también son posibles otras interpretaciones que incluyen reacciones secundarias que involucran la evaporación de partículas cargadas.

Como producto de descomposición

Los isótopos de flerovium también se han observado en las cadenas de desintegración de livermorium y oganesson .

Isótopos retraídos

²⁸⁵ Fl

En la síntesis reivindicada de ²⁹³ Og en 1999, se identificó que el isótopo ²⁸⁵ Fl decaía por emisión alfa de 11,35 MeV con una vida media de 0,58 ms. La afirmación se retiró en 2001. Este isótopo se creó finalmente en 2010 y sus propiedades de desintegración respaldaron la fabricación de los datos de desintegración publicados anteriormente.

Cronología del descubrimiento de isótopos

Fisión de núcleos compuestos con un número atómico de 114

Se han realizado varios experimentos entre 2000 y 2004 en el Laboratorio de Reacciones Nucleares Flerov en Dubna estudiando las características de fisión del núcleo compuesto ²⁹² Fl. La reacción nuclear utilizada es ²⁴⁴ Pu + ⁴⁸ Ca. Los resultados han revelado cómo núcleos como esta fisión expulsan predominantemente núcleos de capa cerrada como ¹³² Sn (Z = 50, N = 82). También se encontró que el rendimiento de la vía de fusión-fisión fue similar entre proyectiles ⁴⁸ Ca y ⁵⁸ Fe, lo que indica un posible uso futuro de proyectiles ⁵⁸ Fe en la formación de elementos superpesados.

Isomería nuclear

²⁸⁹ Fl

En la primera síntesis reivindicada de flerovium, un isótopo asignado como ²⁸⁹ Fl decayó emitiendo una partícula alfa de 9,71 MeV con una vida útil de 30 segundos. Esta actividad no se observó en repeticiones de la síntesis directa de este isótopo. Sin embargo, en un solo caso de la síntesis de ²⁹³ Lv, se midió una cadena de desintegración comenzando con la emisión de una partícula alfa de 9,63 MeV con una vida útil de 2,7 minutos. Todas las desintegraciones posteriores fueron muy similares a las observadas en ²⁸⁹ Fl, suponiendo que se pasó por alto la desintegración original. Esto sugiere fuertemente que la actividad debería asignarse a un nivel isomérico. La ausencia de la actividad en experimentos recientes indica que el rendimiento del isómero es ~ 20% en comparación con el supuesto estado fundamental y que la observación en el primer experimento fue afortunada (o no como indica la historia del caso). Se requiere más investigación para resolver estos problemas.

Es posible que estas desintegraciones se deban a ²⁹⁰ Fl, ya que las energías del haz en estos primeros experimentos se establecieron bastante bajas, lo suficientemente bajas para hacer plausible el canal 2n. Esta asignación requiere la postulación de la captura de electrones no detectados a ²⁹⁰ Nh, porque de otro modo sería difícil explicar las largas semividas de las hijas de ²⁹⁰ Fl a la fisión espontánea si todas son pares-pares. Esto sugeriría que los antiguos isoméricos ^289m Fl, ^285m Cn, ^281m Ds y ^277m Hs son en realidad ²⁹⁰ Nh (se ha perdido la captura de electrones de ²⁹⁰ Fl, ya que los detectores de corriente no son sensibles a este modo de desintegración), ²⁸⁶ Rg, ²⁸² Mt, y los ²⁷⁸ Bh que se fisionan espontáneamente , creando algunos de los isótopos superpesados ​​más ricos en neutrones conocidos hasta la fecha: esto encaja bien con la tendencia sistemática de aumentar la vida media a medida que se agregan neutrones a los núcleos superpesados ​​hacia la línea de estabilidad beta, que esta cadena terminaría entonces muy cerca de. El padre de livermorium podría asignarse entonces a ²⁹⁴ Lv, que tendría el número de neutrones más alto (178) de todos los núcleos conocidos, pero todas estas asignaciones necesitan confirmación adicional a través de experimentos destinados a alcanzar el canal 2n en ²⁴⁴ Pu + ⁴⁸ Ca y ²⁴⁸ Cm +. ⁴⁸ reacciones de Ca.

²⁸⁷ Fl

De manera similar a los de ²⁸⁹ Fl, los primeros experimentos con un objetivo de ²⁴² Pu identificaron un isótopo ²⁸⁷ Fl que se desintegraba por emisión de una partícula alfa de 10,29 MeV con una vida útil de 5,5 segundos. La hija se fisionó espontáneamente con toda una vida de acuerdo con la síntesis anterior de ²⁸³ Cn. Ambas actividades no se han observado desde entonces (ver copernicium ). Sin embargo, la correlación sugiere que los resultados no son aleatorios y son posibles debido a la formación de isómeros cuyo rendimiento depende obviamente de los métodos de producción. Se requiere más investigación para desentrañar estas discrepancias. También es posible que esta actividad se deba a la captura de electrones de un residuo de ²⁸⁷ Fl y que en realidad provenga de ²⁸⁷ Nh y su hija ²⁸³ Rg.

Resumen de las cadenas de desintegración alfa observadas de elementos superpesados ​​con Z = 114, 116, 118 o 120 a partir de 2016. Asignaciones para nucleidos punteados (incluidas las primeras cadenas Dubna 5 y 8 que contienen ²⁸⁷ Nh y ²⁹⁰ Nh como explicaciones alternativas en lugar de isomería en ^287m Fl y ^289m Fl) son provisionales.

Rendimientos de isótopos

Las tablas siguientes proporcionan secciones transversales y energías de excitación para reacciones de fusión que producen isótopos de flerovium directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.

Fusión fría

Fusión caliente

Cálculos teóricos

Secciones transversales de residuos de evaporación

La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles para los cuales los cálculos han proporcionado estimaciones para los rendimientos de la sección transversal de varios canales de evaporación de neutrones. Se da el canal con el mayor rendimiento esperado.

MD = multidimensional; DNS = sistema Dinuclear; σ = sección transversal

Características de la descomposición

La estimación teórica de las semividas de desintegración alfa de los isótopos del flerovium respalda los datos experimentales. Se predice que el isótopo ²⁹⁸ Fl sobrevivido a la fisión tendrá una vida media de desintegración alfa de alrededor de 17 días.

En busca de la isla de la estabilidad: ²⁹⁸ Fl

Según la teoría macroscópica-microscópica (MM), Z = 114 podría ser el próximo número mágico esférico . En la región de Z = 114, la teoría MM indica que N = 184 es el siguiente número mágico de neutrones esférico y presenta el núcleo ²⁹⁸ Fl como un fuerte candidato para el siguiente núcleo doblemente mágico esférico , después de ²⁰⁸ Pb ( Z = 82, N = 126). ^{Se considera que 298} Fl está en el centro de una hipotética " isla de estabilidad " que comprende núcleos superpesados ​​de vida más larga. Sin embargo, otros cálculos que utilizan la teoría del campo medio relativista (RMF) proponen Z = 120, 122 y 126 como números mágicos de protones alternativos, dependiendo del conjunto de parámetros elegido, y algunos omiten por completo Z = 114 o N = 184. También es Es posible que en lugar de un pico en una capa de protones específica, exista una meseta de efectos de capa de protones de Z = 114-126.

Se predice que la isla de estabilidad cerca de ²⁹⁸ Fl aumentará la estabilidad de sus núcleos constituyentes, especialmente contra la fisión espontánea como consecuencia de mayores alturas de barrera de fisión cerca del cierre de la concha. Debido a las altas barreras de fisión esperadas, cualquier núcleo dentro de esta isla de estabilidad se descompondrá exclusivamente por emisión alfa y, como tal, el núcleo con la vida media más larga puede ser ²⁹⁸ Fl; Las predicciones para la vida media de este núcleo varían de minutos a miles de millones de años. Sin embargo, es posible que el núcleo vivo más largo no sea ²⁹⁸ Fl, sino que ²⁹⁷ Fl (con N = 183) tenga una vida media más larga debido al neutrón desapareado. Otros cálculos sugieren que la estabilidad alcanza su punto máximo en los isótopos beta-estables de darmstadtium o copernicium en la vecindad de N = 184 (con vidas medias de varios cientos de años), con flerovium en el límite superior de la región de estabilidad.

Evidencia de Z = 114 capa de protones cerrada

Si bien la evidencia de las capas de neutrones cerradas se puede considerar directamente a partir de la variación sistemática de los valores de Q _α para las transiciones del estado fundamental al estado fundamental, la evidencia de las capas de protones cerradas proviene de las vidas medias de fisión espontánea (parcial). A veces, estos datos pueden ser difíciles de extraer debido a las bajas tasas de producción y la débil ramificación de SF. En el caso de Z = 114, la evidencia del efecto de esta capa cerrada propuesta proviene de la comparación entre los pares de núcleos ²⁸² Cn (T _SF 1/2 = 0.8 ms) y ²⁸⁶ Fl (T _SF 1/2 = 130 ms) y ²⁸⁴ Cn (T _SF  = 97 ms) y ²⁸⁸ Fl (T _SF  > 800 ms). Se obtendrían más pruebas de la medición de la semivida parcial de SF de los núcleos con Z  > 114, como ²⁹⁰ Lv y ²⁹² Og (ambos N  = 174 isotonas ). La extracción de los  efectos Z = 114 se complica por la presencia de un  efecto N = 184 dominante en esta región.

Dificultad de síntesis de ²⁹⁸ Fl

La síntesis directa del núcleo ²⁹⁸ Fl por una vía de fusión-evaporación es imposible con la tecnología actual, ya que no se puede usar ninguna combinación de proyectiles y objetivos disponibles para poblar núcleos con suficientes neutrones para estar dentro de la isla de estabilidad , y haces radiactivos (tales como ⁴⁴ S) no se puede producir con intensidades suficientes para que un experimento sea factible.

Se ha sugerido que dicho isótopo rico en neutrones puede formarse por cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. Dichos núcleos tienden a la fisión con la formación de isótopos cerca de las capas cerradas Z = 20 / N = 20 ( ⁴⁰ Ca), Z = 50 / N = 82 ( ¹³² Sn) o Z = 82 / N = 126 ( ²⁰⁸ Pb / ²⁰⁹ Bi). Recientemente, se ha demostrado que las reacciones de transferencia de múltiples nucleones en colisiones de núcleos de actínidos (como uranio y curio ) podrían usarse para sintetizar los núcleos superpesados ​​ricos en neutrones ubicados en la isla de estabilidad, especialmente si hay fuertes efectos de capa. en la región de Z = 114. Si esto es realmente posible, una de esas reacciones podría ser:

²³⁸
₉₂U
+ ²³⁸
₉₂U
→ ²⁹⁸
₁₁₄Florida
+ ¹⁷⁸
₇₀Yb

Referencias

• Masas de isótopos de:
  • M. Wang; G. Audi; AH Wapstra; FG Kondev; M. MacCormick; X. Xu; et al. (2012). "La evaluación de la masa atómica AME2012 (II). Tablas, gráficos y referencias" (PDF) . Física C china . 36 (12): 1603-2014. Código bibliográfico : 2012ChPhC..36 .... 3M . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 36/12/003 .
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "La evaluación N UBASE de las propiedades nucleares y de desintegración" , Física nuclear A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 .001
• Composiciones isotópicas y masas atómicas estándar de:
  • de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin JR; Taylor, Philip DP (2003). "Pesos atómicos de los elementos. Revisión 2000 (Informe técnico de la IUPAC)" . Química pura y aplicada . 75 (6): 683–800. doi : 10.1351 / pac200375060683 .
  • Wieser, Michael E. (2006). "Pesos atómicos de los elementos 2005 (Informe técnico de la IUPAC)" . Química pura y aplicada . 78 (11): 2051-2066. doi : 10.1351 / pac200678112051 . Lay resumen .
• Datos de vida media, espín e isómeros seleccionados de las siguientes fuentes.
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "La evaluación N UBASE de las propiedades nucleares y de desintegración" , Física nuclear A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 .001
  • Centro Nacional de Datos Nucleares . "Base de datos NuDat 2.x" . Laboratorio Nacional Brookhaven .
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Tabla de los isótopos". En Lide, David R. (ed.). Manual CRC de Química y Física (85ª ed.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.