로렌슘 동위 원소

1. 개요

로렌슘은 원자 번호 103번의 인공적으로 합성된 원소이며, 현재까지 14개의 동위 원소와 7개의 핵 이성질체가 알려져 있다. 가장 긴 반감기를 갖는 동위 원소는 ²⁶⁶Lr으로 반감기는 11시간이며, 가장 가벼운 동위 원소는 ²⁵¹Lr이다. 로렌슘 동위 원소는 핵융합 반응을 통해 생성되며, 다른 원소의 붕괴 생성물로도 확인된다.

2. 동위 원소

현재까지 14개의 로렌슘 동위 원소와 7개의 핵 이성질체가 알려져 있다. 이 중 가장 안정적인 동위 원소는 반감기가 약 11시간인 ²⁶⁶Lr이다. 가장 가벼운 동위 원소는 ²⁵¹Lr이다.

아래는 로렌슘 동위 원소의 목록이다.

* #으로 표시된 값은 순수하게 실험값에서 계산된 것이 아니라, 일부 체계적인 경향에서 유도된 추정치를 포함한다. 명확한 데이터가 얻어지지 않은 핵 스핀은 괄호 안에 표기했다.
* 수치 마지막의 괄호 안의 표기는 해당 값의 오차를 나타낸다. 오차 값은 동위 원소의 구성과 표준 원자 질량에 관해서는 IUPAC가 공표하는 오차로 표기하고, 그 외의 값은 표준 편차를 표기한다.

3. 핵합성

로렌슘은 냉각 핵융합, 고온 핵융합, 그리고 더 무거운 원소의 붕괴 생성물 등 여러 핵반응을 통해 합성될 수 있다.

=== 냉각 핵융합 ===
cold fusion^영어 반응은 1976년 유리 오가네시안과 그의 팀이 FLNR에서 일련의 실험으로 연구했다.

=== 고온 핵융합 ===
* ²⁴³Am(¹⁸O,xn)^261−xLr (x=5)

1965년 FLNR(플레로븀 핵반응 연구소) 연구팀이 처음 연구했다. 45초의 붕괴 특성을 보이는 방사능을 검출, ²⁵⁶Lr 또는 ²⁵⁷Lr에 할당했다가 후속 연구에서 ²⁵⁶Lr로 확정했다. 1968년 추가 연구에서 35초 반감기의 8.35–8.60 MeV 알파 방사능을 생성, 처음에는 ²⁵⁶Lr 또는 ²⁵⁷Lr에 할당했다가 나중에 ²⁵⁶Lr로 확정했다.

* ²⁴³Am(¹⁶O,xn)^259−xLr (x=4)

1970년 FLNR 연구팀이 연구했다. 20초 반감기의 8.38 MeV 알파 방사능을 검출, ²⁵⁵Lr에 할당했다.

* ²⁴⁸Cm(¹⁵N,xn)^263−xLr (x=3,4,5)

1971년 LBNL(로렌스 버클리 국립 연구소) 연구팀이 로렌슘 동위 원소 대규모 연구의 일환으로 연구했다. 3-5n 탈출 채널에서 ²⁶⁰Lr, ²⁵⁹Lr, ²⁵⁸Lr에 알파 방사능을 할당했다.

* ²⁴⁸Cm(¹⁸O,pxn)^265−xLr (x=3,4)

1988년 LBNL에서 ²⁶²Lr와 ²⁶¹Lr 생성 가능성을 평가하기 위해 연구했다. 5n 탈출 채널에서 ^261mRf의 전자 포획(EC) 분기 측정 시도로도 사용되었다. Lr(III) 성분 추출 후, 44분으로 개선된 반감기의 ²⁶¹Lr 자발 핵분열을 측정, 생성 단면적은 700 pb였다. 이 동위 원소가 p4n 채널이 아닌 5n 채널로 생성된 경우 14%의 전자 포획 분기가 계산되었다. 이후 낮은 충격 에너지(93 MeV)에서 p3n 채널의 ²⁶²Lr 생성을 측정, 240 pb 수율을 얻었다. 수율은 p4n 채널보다 낮았지만, ²⁶¹Lr이 p3n 채널로 생성되었을 가능성이 높으며 ^261mRf 전자 포획 분기 상한선은 14%로 판단되었다.

* ²⁴⁶Cm(¹⁴N,xn)^260−xLr (x=3?)

1958년 LBNL에서 농축된 ²⁴⁴Cm 표적(5% ²⁴⁶Cm)을 사용해 간략히 연구했다. ~0.25초 반감기의 ~9 MeV 알파 방사능을 관찰, 후속 결과는 3n 채널에서 ²⁵⁷Lr에 잠정 할당했다.

* ²⁴⁴Cm(¹⁴N,xn)^258−xLr

1958년 LBNL에서 농축된 ²⁴⁴Cm 표적(5% ²⁴⁶Cm)을 사용해 간략히 연구했다. ~0.25초 반감기의 ~9 MeV 알파 방사능을 관찰, 후속 결과는 ²⁴⁶Cm 성분과 3n 채널에서 ²⁵⁷Lr에 잠정 할당했다. ²⁴⁴Cm 성분 반응에 할당된 방사능은 보고되지 않았다.

* ²⁴⁹Bk(¹⁸O,αxn)^263−xLr (x=3)

1971년 LBNL 연구팀이 로렌슘 동위 원소 대규모 연구에서 연구, ²⁶⁰Lr 할당 방사능을 검출했다. 1988년 로렌슘 수용액 화학 연구를 위해 추가 연구, ²⁶⁰Lr의 총 23개 알파 붕괴 측정, 평균 에너지 8.03 MeV, 반감기 2.7분으로 개선, 단면적 8.7 nb였다.

* ²⁵²Cf(¹¹B,xn)^263−xLr (x=5,7??)

1961년 캘리포니아 대학교 앨버트 기오르소가 칼리포늄 표적(52% ²⁵²Cf)으로 처음 연구했다. 약 8초와 15초 반감기의 8.6, 8.4, 8.2 MeV 알파 방사능 3개를 관찰했다. 8.6 MeV 방사능은 잠정 ²⁵⁷Lr 할당 후, 5n 탈출 채널 ²⁵⁸Lr로 재할당되었다. 8.4 MeV 방사능은 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁶Lr로 재할당되었다. 이는 7n 채널보다 33% ²⁵⁰Cf 성분에서 비롯될 가능성이 높다. 8.2 MeV는 이후 노벨륨과 연관되었다.

* ²⁵²Cf(¹⁰B,xn)^262−xLr (x=4,6)

1961년 캘리포니아 대학교 앨버트 기오르소가 칼리포늄 표적(52% ²⁵²Cf)으로 처음 연구했다. 약 8초, 15초 반감기의 8.6, 8.4, 8.2 MeV 알파 방사능 3개 관찰했다. 8.6 MeV 방사능은 잠정 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁸Lr 재할당되었다. 8.4 MeV 방사능은 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁶Lr 재할당되었다. 8.2 MeV는 이후 노벨륨과 연관되었다.

* ²⁵⁰Cf(¹⁴N,αxn)^260−xLr (x=3)

1971년 LBNL에서 연구, 8.87, 8.82 MeV 두 알파 선의 0.7초 알파 방사능을 식별, ²⁵⁷Lr에 할당했다.

* ²⁴⁹Cf(¹¹B,xn)^260−xLr (x=4)

1970년 LBNL에서 로렌슘 수용액 화학 연구 시도로 처음 연구, Lr³⁺ 방사능 측정했다. 1976년 오크 리지에서 반복, 동시 X선 측정으로 26초 ²⁵⁶Lr 확인했다.

* ²⁴⁹Cf(¹²C,pxn)^260−xLr (x=2)

1971년 LBNL 연구팀이 연구, p2n 채널에서 ²⁵⁸Lr 할당 방사능을 검출했다.

* ²⁴⁹Cf(¹⁵N,αxn)^260−xLr (x=2,3)

1971년 LBNL 연구팀이 연구, α2n, α3n 채널에서 ²⁵⁸Lr, ²⁵⁷Lr 할당 방사능을 검출했다. 1976년 오크 리지에서 반복, ²⁵⁸Lr 합성을 확인했다.

* ²⁵⁴Es + ²²Ne – 전달

1987년 LLNL(로렌스 리버모어 국립 연구소)에서 연구, ²²Ne 핵에서 ²⁵⁴Es 표적 전달로 발생한 ²⁶¹Lr, ²⁶²Lr 할당 자발 핵분열(SF) 방사능을 검출했다. 노벨륨 K-껍질 X선과 지연 일치에서 5ms SF 방사능 검출, ²⁶²Lr 전자 포획으로 인한 ²⁶²No에 할당했다.

=== 붕괴 생성물 ===
로렌슘 동위 원소는 더 무거운 원소의 붕괴 생성물로도 확인되었다. 현재까지의 관측 결과는 아래 표와 같다.

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좌우로 밀어서 보기

📌 열 고정 해제

다른 핵종의 붕괴 생성물로 생성된 로렌슘 동위 원소 목록

모핵종	관측된 로렌슘 동위 원소
294Ts, 290Mc, 286Nh, 282Rg, 278Mt, 274Bh, 270Db	266Lr
288Mc, 284Nh, 280Rg, 276Mt, 272Bh, 268Db	264Lr
267Bh, 263Db	259Lr
278Nh, 274Rg, 270Mt, 266Bh, 262Db	258Lr
261Db	257Lr
272Rg, 268Mt, 264Bh, 260Db	256Lr
259Db	255Lr
266Mt, 262Bh, 258Db	254Lr
261Bh, 257Dbg,m	253Lrg,m
260Bh, 256Db	252Lr
255Db	251Lr

3.1. 냉각 핵융합

cold fusion^영어 반응은 1976년 유리 오가네시안과 그의 팀이 FLNR에서 일련의 실험으로 연구했다.

3.2. 고온 핵융합

* ²⁴³Am(¹⁸O,xn)^261−xLr (x=5)

1965년 FLNR(현 플레로븀 핵반응 연구소) 연구팀이 처음 연구했다. 45초의 붕괴 특성을 보이는 방사능을 검출, ²⁵⁶Lr 또는 ²⁵⁷Lr에 할당했다가 후속 연구에서 ²⁵⁶Lr로 확정했다. 1968년 추가 연구에서 35초 반감기의 8.35–8.60 MeV 알파 방사능을 생성, 처음에는 ²⁵⁶Lr 또는 ²⁵⁷Lr에 할당했다가 나중에 ²⁵⁶Lr로 확정했다.

* ²⁴³Am(¹⁶O,xn)^259−xLr (x=4)

1970년 FLNR 연구팀이 연구했다. 20초 반감기의 8.38 MeV 알파 방사능을 검출, ²⁵⁵Lr에 할당했다.

* ²⁴⁸Cm(¹⁵N,xn)^263−xLr (x=3,4,5)

1971년 LBNL(로렌스 버클리 국립 연구소) 연구팀이 로렌슘 동위 원소 대규모 연구의 일환으로 연구했다. 3-5n 탈출 채널에서 ²⁶⁰Lr, ²⁵⁹Lr, ²⁵⁸Lr에 알파 방사능을 할당했다.

* ²⁴⁸Cm(¹⁸O,pxn)^265−xLr (x=3,4)

1988년 LBNL에서 ²⁶²Lr와 ²⁶¹Lr 생성 가능성을 평가하기 위해 연구했다. 5n 탈출 채널에서 ^261mRf의 전자 포획(EC) 분기 측정 시도로도 사용되었다. Lr(III) 성분 추출 후, 44분으로 개선된 반감기의 ²⁶¹Lr 자발 핵분열을 측정, 생성 단면적은 700 pb였다. 이 동위 원소가 p4n 채널이 아닌 5n 채널로 생성된 경우 14%의 전자 포획 분기가 계산되었다. 이후 낮은 충격 에너지(93 MeV)에서 p3n 채널의 ²⁶²Lr 생성을 측정, 240 pb 수율을 얻었다. 수율은 p4n 채널보다 낮았지만, ²⁶¹Lr이 p3n 채널로 생성되었을 가능성이 높으며 ^261mRf 전자 포획 분기 상한선은 14%로 판단되었다.

* ²⁴⁶Cm(¹⁴N,xn)^260−xLr (x=3?)

1958년 LBNL에서 농축된 ²⁴⁴Cm 표적(5% ²⁴⁶Cm)을 사용해 간략히 연구했다. ~0.25초 반감기의 ~9 MeV 알파 방사능을 관찰, 후속 결과는 3n 채널에서 ²⁵⁷Lr에 잠정 할당했다.

* ²⁴⁴Cm(¹⁴N,xn)^258−xLr

1958년 LBNL에서 농축된 ²⁴⁴Cm 표적(5% ²⁴⁶Cm)을 사용해 간략히 연구했다. ~0.25초 반감기의 ~9 MeV 알파 방사능을 관찰, 후속 결과는 ²⁴⁶Cm 성분과 3n 채널에서 ²⁵⁷Lr에 잠정 할당했다. ²⁴⁴Cm 성분 반응에 할당된 방사능은 보고되지 않았다.

* ²⁴⁹Bk(¹⁸O,αxn)^263−xLr (x=3)

1971년 LBNL 연구팀이 로렌슘 동위 원소 대규모 연구에서 연구, ²⁶⁰Lr 할당 방사능을 검출했다. 1988년 로렌슘 수용액 화학 연구를 위해 추가 연구, ²⁶⁰Lr의 총 23개 알파 붕괴 측정, 평균 에너지 8.03 MeV, 반감기 2.7분으로 개선, 단면적 8.7 nb였다.

* ²⁵²Cf(¹¹B,xn)^263−xLr (x=5,7??)

1961년 캘리포니아 대학교 앨버트 기오르소가 칼리포늄 표적(52% ²⁵²Cf)으로 처음 연구했다. 약 8초와 15초 반감기의 8.6, 8.4, 8.2 MeV 알파 방사능 3개를 관찰했다. 8.6 MeV 방사능은 잠정 ²⁵⁷Lr 할당 후, 5n 탈출 채널 ²⁵⁸Lr로 재할당되었다. 8.4 MeV 방사능은 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁶Lr로 재할당되었다. 이는 7n 채널보다 33% ²⁵⁰Cf 성분에서 비롯될 가능성이 높다. 8.2 MeV는 이후 노벨륨과 연관되었다.

* ²⁵²Cf(¹⁰B,xn)^262−xLr (x=4,6)

1961년 캘리포니아 대학교 앨버트 기오르소가 칼리포늄 표적(52% ²⁵²Cf)으로 처음 연구했다. 약 8초, 15초 반감기의 8.6, 8.4, 8.2 MeV 알파 방사능 3개 관찰했다. 8.6 MeV 방사능은 잠정 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁸Lr 재할당되었다. 8.4 MeV 방사능은 ²⁵⁷Lr 할당 후, ²⁵⁶Lr 재할당되었다. 8.2 MeV는 이후 노벨륨과 연관되었다.

* ²⁵⁰Cf(¹⁴N,αxn)^260−xLr (x=3)

1971년 LBNL에서 연구, 8.87, 8.82 MeV 두 알파 선의 0.7초 알파 방사능을 식별, ²⁵⁷Lr에 할당했다.

* ²⁴⁹Cf(¹¹B,xn)^260−xLr (x=4)

1970년 LBNL에서 로렌슘 수용액 화학 연구 시도로 처음 연구, Lr³⁺ 방사능 측정했다. 1976년 오크 리지에서 반복, 동시 X선 측정으로 26초 ²⁵⁶Lr 확인했다.

* ²⁴⁹Cf(¹²C,pxn)^260−xLr (x=2)

1971년 LBNL 연구팀이 연구, p2n 채널에서 ²⁵⁸Lr 할당 방사능을 검출했다.

* ²⁴⁹Cf(¹⁵N,αxn)^260−xLr (x=2,3)

1971년 LBNL 연구팀이 연구, α2n, α3n 채널에서 ²⁵⁸Lr, ²⁵⁷Lr 할당 방사능을 검출했다. 1976년 오크 리지에서 반복, ²⁵⁸Lr 합성을 확인했다.

* ²⁵⁴Es + ²²Ne – 전달

1987년 LLNL(로렌스 리버모어 국립 연구소)에서 연구, ²²Ne 핵에서 ²⁵⁴Es 표적 전달로 발생한 ²⁶¹Lr, ²⁶²Lr 할당 자발 핵분열(SF) 방사능을 검출했다. 노벨륨 K-껍질 X선과 지연 일치에서 5ms SF 방사능 검출, ²⁶²Lr 전자 포획으로 인한 ²⁶²No에 할당했다.

3.3. 붕괴 생성물

로렌슘 동위 원소는 더 무거운 원소의 붕괴 생성물로도 확인되었다. 현재까지의 관측 결과는 아래 표와 같다.