| ||||||||||||||||||||||||||||||
Коперниций ( 112 Cn) является синтетическим элементом , и поэтому стандартный атомный вес не может быть дан. Как и все синтетические элементы, он не имеет стабильных изотопов . Первым изотопом , который был синтезирован, был 277 Cn в 1996 году. Известно 6 радиоизотопов (еще один не подтвержден); самый долгоживущий изотоп — 285 Cn с периодом полураспада 30 секунд.
Нуклид | З | Н | Изотопная масса ( Da ) [n 1] [n 2] | Период полураспада [1] | Режим распада [1] [n 3] | Дочерний изотоп | Спин и четность [1] [n 4] | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
277 Кн | 112 | 165 | 277.16364(15)# | 790(330) мкс | α | 273 Дс | 3/2+# | ||||||||||||
281 Кн [н 5] | 112 | 169 | 281.16975(42)# | 180+100 −40 мс [3] | α | 277 Дс | 3/2+# | ||||||||||||
282 Кн | 112 | 170 | 282.1705(7)# | 0,83+0,18 −0,13 мс [2] | СФ | (различный) | 0+ | ||||||||||||
283 Кн | 112 | 171 | 283.17327(65)# | 3.81+0,45 −0,36 с [2] | α (96%) [2] | 279 Дс | |||||||||||||
СФ (4%) | (различный) | ||||||||||||||||||
ЕС ? | 283 Рг | ||||||||||||||||||
284 Кн [н 6] | 112 | 172 | 284.17416(91)# | 121+20 −15 мс [4] | СФ (98%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (2%) [4] | 280 Дс | ||||||||||||||||||
285 Cn [н 7] | 112 | 173 | 285.17712(60)# | 30(8) с | α | 281 Дс | 5/2+# | ||||||||||||
286 Кн [5] [н 8] [н 9] | 112 | 174 | 8.4+40,5 −3,9 с | СФ | (различный) | 0+ | |||||||||||||
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы: |
ЕС: | Захват электронов |
СФ: | Спонтанное деление |
Сверхтяжелые элементы , такие как коперниций, производятся путем бомбардировки более легких элементов в ускорителях частиц , что вызывает реакции синтеза . В то время как большинство изотопов коперниция могут быть синтезированы непосредственно таким образом, некоторые более тяжелые из них наблюдались только как продукты распада элементов с более высокими атомными номерами . [6]
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, таких как актиниды , что приводит к образованию составных ядер с высокой энергией возбуждения (~40–50 МэВ ), которые могут либо делиться, либо испарять несколько (от 3 до 5) нейтронов. [6] В реакциях холодного синтеза полученные слитые ядра имеют относительно низкую энергию возбуждения (~10–20 МэВ), что снижает вероятность того, что эти продукты подвергнутся реакциям деления. Поскольку слитые ядра охлаждаются до основного состояния , им требуется испускание только одного или двух нейтронов, и, таким образом, допускается генерация более богатых нейтронами продуктов. [7] Последнее является отличной концепцией от той, где ядерный синтез, как утверждается, достигается при условиях комнатной температуры (см. холодный синтез ). [8]
В таблице ниже приведены различные комбинации мишеней и снарядов, которые могут быть использованы для образования составных ядер с Z = 112.
Цель | Снаряд | КН | Результат попытки |
---|---|---|---|
184 Вт | 88 Ср | 272 Кн | Неудача в дате |
208 свинца | 68 Цинк | 276 Кн | Неудача в дате |
208 свинца | 70 Zn | 278 Кн | Успешная реакция |
233 У | 48 Са | 281 Кн | Неудача в дате |
234 У | 48 Са | 282 Кн | Реакция еще не предпринята |
235 У | 48 Са | 283 Кн | Реакция еще не предпринята |
236 У | 48 Са | 284 Кн | Реакция еще не предпринята |
238 У | 48 Са | 286 Кн | Успешная реакция |
244 Pu | 40 Ар | 284 Кн | Реакция еще не предпринята |
250 см | 36 Ю.Ш. | 286 Кн | Реакция еще не предпринята |
248 см | 36 Ю.Ш. | 284 Кн | Реакция еще не предпринята |
252 Кф | 30 Си | 282 Кн | Реакция еще не предпринята |
Первая реакция холодного синтеза для получения коперниция была осуществлена GSI в 1996 году, которая сообщила об обнаружении двух цепочек распада коперниция-277. [9]
В обзоре данных в 2000 году первая цепочка распада была отозвана. При повторении реакции в 2000 году им удалось синтезировать еще один атом. Они попытались измерить функцию возбуждения 1n в 2002 году, но пострадали от отказа пучка цинка-70. Неофициальное открытие коперниция-277 было подтверждено в 2004 году в RIKEN , где исследователи обнаружили еще два атома изотопа и смогли подтвердить данные о распаде для всей цепочки. [10] Эта реакция также ранее была опробована в 1971 году в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне , Россия, в попытке произвести 276 Cn в канале 2n, но безуспешно. [11]
После успешного синтеза коперниция-277 в 1997 году группа GSI провела реакцию с использованием снаряда 68Zn , чтобы изучить влияние изоспина (обогащения нейтронами) на химический выход.
Эксперимент был начат после открытия повышения выхода при синтезе изотопов дармштадция с использованием ионов никеля-62 и никеля-64. Не было обнаружено цепочек распада коперниция-275, приводящих к пределу сечения 1,2 пикобарна (пб). Однако пересмотр выхода для реакции цинка-70 до 0,5 пб не исключает аналогичного выхода для этой реакции.
В 1990 году, после первых указаний на образование изотопов коперниция при облучении вольфрамовой мишени протонами с энергией в несколько ГэВ, GSI и Еврейский университет совместно изучили вышеуказанную реакцию.
Им удалось обнаружить некоторую активность спонтанного деления (SF) и 12,5 МэВ альфа-распад , оба из которых они предварительно отнесли к продукту радиационного захвата копернициума-272 или к остатку испарения 1n копернициума-271. И TWG, и JWP пришли к выводу, что для подтверждения этих выводов требуется гораздо больше исследований. [6]
В 1998 году группа в Лаборатории ядерных исследований имени Г. Н. Флерова (ЛЯР) в Дубне, Россия, начала исследовательскую программу с использованием ядер кальция-48 в реакциях «теплого» синтеза, приводящих к сверхтяжелым элементам . В марте 1998 года они заявили, что синтезировали два атома элемента в следующей реакции.
Продукт, коперниций-283, имел заявленный период полураспада 5 минут, распадаясь путем спонтанного деления. [12]
Длительный период полураспада продукта инициировал первые химические эксперименты по атомной химии газовой фазы коперниция. В 2000 году Юрий Юкашев в Дубне повторил эксперимент, но не смог наблюдать никаких событий спонтанного деления с периодом полураспада 5 минут. Эксперимент был повторен в 2001 году, и в низкотемпературной секции было обнаружено накопление восьми фрагментов, образовавшихся в результате спонтанного деления, что указывает на то, что коперниций обладает радоноподобными свойствами. Однако теперь есть некоторые серьезные сомнения относительно происхождения этих результатов. Чтобы подтвердить синтез, реакция была успешно повторена той же группой в январе 2003 года, подтвердив режим распада и период полураспада. Они также смогли рассчитать оценку массы активности спонтанного деления до ~285, что подтвердило назначение. [13]
Группа из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL) в Беркли, США, вступила в дискуссию и провела реакцию в 2002 году. Они не смогли обнаружить никакого спонтанного деления и вычислили предел поперечного сечения в 1,6 пб для обнаружения одного события. [14]
Реакция была повторена в 2003–2004 годах группой в Дубне с использованием немного другой установки, Дубненского газонаполненного сепаратора отдачи (DGFRS). На этот раз было обнаружено, что коперниций-283 распадается с испусканием альфа-частицы 9,53 МэВ с периодом полураспада 4 секунды. Коперниций-282 также наблюдался в канале 4n (испуская 4 нейтрона). [15]
В 2003 году команда GSI вступила в дебаты и провела поиск пятиминутной активности SF в химических экспериментах. Как и команда Дубны, они смогли обнаружить семь фрагментов SF в низкотемпературной секции. Однако эти события SF были некоррелированными, что предполагает, что они не были результатом фактического прямого SF ядер коперниция, и вызвало сомнения относительно первоначальных указаний на радоноподобные свойства. [16] После объявления из Дубны о различных свойствах распада для коперниция-283 команда GSI повторила эксперимент в сентябре 2004 года. Они не смогли обнаружить никаких событий SF и вычислили предел поперечного сечения ~1,6 пб для обнаружения одного события, что не противоречит сообщенному выходу 2,5 пб командой Дубны.
В мае 2005 года GSI провел физический эксперимент и идентифицировал один атом 283 Cn, распадающийся SF с коротким полупериодом, что предполагает ранее неизвестную ветвь SF. [17] Однако первоначальная работа команды Дубны обнаружила несколько прямых событий SF, но предполагала, что родительский альфа-распад был пропущен. Эти результаты показали, что это не так.
Новые данные о распаде коперниция-283 были подтверждены в 2006 году совместным экспериментом PSI–FLNR, направленным на исследование химических свойств коперниция. Два атома коперниция-283 были обнаружены при распаде родительских ядер флеровия -287. Эксперимент показал, что в отличие от предыдущих экспериментов коперниций ведет себя как типичный член группы 12, демонстрируя свойства летучего металла. [18]
Наконец, команда GSI успешно повторила свой физический эксперимент в январе 2007 года и обнаружила три атома коперниция-283, подтвердив как альфа-, так и SF-режим распада. [19]
Таким образом, 5-минутная активность SF все еще не подтверждена и не идентифицирована. Возможно, что это относится к изомеру, а именно коперницию-283b, выход которого зависит от точных методов производства. Также возможно, что это результат ветви захвата электронов в 283 Cn, приводящей к 283 Rg, что потребовало бы переназначения его родителя на 287 Nh (дочерний элемент захвата электронов 287 Fl). [20]
Группа в ЛЯР изучала эту реакцию в 2004 году. Они не смогли обнаружить никаких атомов коперниция и вычислили предел сечения 0,6 пб. Группа пришла к выводу, что это указывает на то, что массовое число нейтрона для составного ядра влияет на выход остатков испарения. [15]
Остаток испарения | Наблюдаемый изотоп коперниция |
---|---|
285 эт. | 281 Сн [21] |
294 Ог, 290 Ур, 286 Фл | 282 Сн [22] |
291 лев, 287 эт. | 283 Сн [23] |
292 лева, 288 эт. | 284 Кн [24] |
293 лева, 289 эт. | 285 Сн [25] |
294 лева, 290 фл. ? | 286 Сн ? [5] |
Коперниций наблюдался как продукт распада флеровия . В настоящее время флеровий имеет семь известных изотопов, все из которых, кроме одного (самого легкого, 284 Fl), как было показано, подвергаются альфа-распаду, становясь ядрами коперниция с массовыми числами от 281 до 286. Изотопы коперниция с массовыми числами 281, 284, 285 и 286 на сегодняшний день были получены только путем распада ядер флеровия. Родительские ядра флеровия сами могут быть продуктами распада ливермория или оганессона . [26]
Например, в мае 2006 года группа из Дубны ( ОИЯИ ) идентифицировала коперниций-282 как конечный продукт распада оганессона через последовательность альфа-распада. Было обнаружено, что конечное ядро подвергается спонтанному делению . [22]
В заявленном синтезе оганесона-293 в 1999 году коперниций-281 был идентифицирован как распадающийся путем испускания альфа-частицы 10,68 МэВ с периодом полураспада 0,90 мс. [27] Заявление было отозвано в 2001 году. Этот изотоп был окончательно создан в 2010 году, и его свойства распада противоречили предыдущим данным. [21]
Первые эксперименты по синтезу 283 Cn дали активность SF с периодом полураспада ~5 мин. [26] Эта активность также наблюдалась при альфа-распаде флеровия-287. Режим распада и период полураспада также были подтверждены при повторении первого эксперимента. Позднее было обнаружено, что коперниций-283 претерпевает альфа-распад 9,52 МэВ и SF с периодом полураспада 3,9 с. Также было обнаружено, что альфа-распад коперниция-283 приводит к различным возбужденным состояниям дармштадтия-279. [15] Эти результаты предполагают отнесение двух видов активности к двум различным изомерным уровням в коперниции-283, создавая коперниций-283a и коперниций-283b. Этот результат также может быть обусловлен разветвлением электронного захвата родительского 287 Fl к 287 Nh, так что более долгоживущая активность будет отнесена к 283 Rg. [20]
Коперниций-285 наблюдался только как продукт распада флеровия-289 и ливермория-293; во время первого зарегистрированного синтеза флеровия был создан один флеровий-289, который альфа-распался до коперниция-285, который сам испустил альфа-частицу за 29 секунд, выделив 9,15 или 9,03 МэВ. [15] Однако в первом эксперименте по успешному синтезу ливермория, когда был создан ливерморий-293, было показано, что созданный нуклид альфа распался до флеровия-289, данные о распаде которого значительно отличались от известных значений. Хотя это и не подтверждено, весьма вероятно, что это связано с изомером. Полученный нуклид распался до коперниция-285, который испустил альфа-частицу с периодом полураспада около 10 минут, выделив 8,586 МэВ. Подобно своему родителю, он, как полагают, является ядерным изомером, коперницием-285b. [28] Из-за низких энергий пучка, связанных с первоначальным экспериментом 244 Pu+ 48 Ca, возможно, что был достигнут канал 2n, в результате чего образовался 290 Fl вместо 289 Fl; затем он подвергся необнаруживаемому захвату электронов в 290 Nh, что привело к переназначению этой активности его дочернему альфа-элементу 286 Rg. [29]
В таблице ниже приведены сечения и энергии возбуждения для реакций холодного синтеза , производящих изотопы коперниция напрямую. Данные, выделенные жирным шрифтом, представляют собой максимумы, полученные из измерений функции возбуждения. + представляет собой наблюдаемый выходной канал.
Снаряд | Цель | КН | 1н | 2н | 3н |
---|---|---|---|---|---|
70 Zn | 208 свинца | 278 Кн | 0,5 пб, 10,0, 12,0 МэВ + | ||
68 Цинк | 208 свинца | 276 Кн | <1,2 пб, 11,3, 12,8 МэВ |
В таблице ниже приведены сечения и энергии возбуждения для реакций горячего синтеза, производящих изотопы коперниция напрямую. Данные, выделенные жирным шрифтом, представляют собой максимумы, полученные из измерений функции возбуждения. + представляет собой наблюдаемый выходной канал.
Снаряд | Цель | КН | 3н | 4н | 5н |
---|---|---|---|---|---|
48 Са | 238 У | 286 Кн | 2,5 пб, 35,0 МэВ + | 0,6 пб | |
48 Са | 233 У | 281 Кн | <0,6 пб, 34,9 МэВ |
Несколько экспериментов были проведены между 2001 и 2004 годами в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова в Дубне, изучая характеристики деления составного ядра 286 Cn. Используемая ядерная реакция - 238 U+ 48 Ca. Результаты показали, что ядра, такие как это, делятся преимущественно путем выталкивания ядер с закрытой оболочкой, таких как 132 Sn ( Z = 50, N = 82). Было также обнаружено, что выход для пути слияния-деления был схожим между снарядами 48 Ca и 58 Fe, что указывает на возможное будущее использование снарядов 58 Fe в образовании сверхтяжелых элементов. [31]
В таблице ниже приведены различные комбинации мишеней-снарядов, для которых расчеты дали оценки выходов сечения из различных каналов испарения нейтронов. Приведен канал с самым высоким ожидаемым выходом.
DNS = двуядерная система; σ = поперечное сечение
Цель | Снаряд | Cn | Канал (продукт) | σ макс | Модель | Ссылка |
---|---|---|---|---|---|---|
208 свинца | 70 Zn | 278 Кн | 1н ( 277Сн ) | 1,5 ст.л. | ДНС | [32] |
208 свинца | 67 Цинк | 275 Кн | 1н ( 274Сн ) | 2 ст.л. | ДНС | [32] |
238 У | 48 Са | 286 Кн | 4н ( 282Сн ) | 0,2 пб | ДНС | [33] |
235 У | 48 Са | 283 Кн | 3н ( 280 Сн) | 50 фб | ДНС | [34] |
238 У | 44 Са | 282 Кн | 4-5н ( 278,277 Кн) | 23 фб | ДНС | [34] |
244 Pu | 40 Ар | 284 Кн | 4н ( 280Сн ) | 0,1 пб; 9,84 фб | ДНС | [33] [35] |
250 см | 36 Ю.Ш. | 286 Кн | 4н ( 282Сн ) | 5 пб; 0,24 пб | ДНС | [33] [35] |
248 см | 36 Ю.Ш. | 284 Кн | 4н ( 280Сн ) | 35 фб | ДНС | [35] |
252 Кф | 30 Си | 282 Кн | 3н ( 279 Сн) | 10 шт. | ДНС | [33] |