리버모륨 동위 원소

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1. 개요

리버모륨의 동위 원소는 원자 번호 116인 리버모륨의 서로 다른 핵종들을 의미한다. 현재까지 288Lv, 289Lv, 290Lv, 291Lv, 292Lv, 293Lv, 293mLv, 294Lv 등 8개의 동위 원소가 확인되었으며, 이들은 모두 알파 붕괴를 통해 붕괴한다. 리버모륨 동위 원소는 핵합성, 특히 열융합 반응과 붕괴 생성물을 통해 생성되며, 다양한 이론적 계산을 통해 붕괴 특성과 핵반응 단면적을 연구한다.

리버모륨 동위 원소
핵종 정보
원소 기호Lv
누베이스2020 참조
동위 원소
질량수290
기호Lv
존재 비율합성
반감기9 밀리초
붕괴 방식알파 붕괴
붕괴 생성물286Fl
붕괴 방식 2자발적 핵분열
질량수 2291
기호 2Lv
존재 비율 2합성
반감기 226 밀리초
붕괴 방식 3알파 붕괴
붕괴 생성물 2287Fl
질량수 3292
기호 3Lv
존재 비율 3합성
반감기 316 밀리초
붕괴 방식 4알파 붕괴
붕괴 생성물 3288Fl
질량수 4293
기호 4Lv
존재 비율 4합성
반감기 470 밀리초
붕괴 방식 5알파 붕괴
붕괴 생성물 4289Fl
질량수 5293m
기호 5Lv
존재 비율 5합성
반감기 580 밀리초
붕괴 방식 6알파 붕괴
붕괴 생성물 5?
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2. 리버모륨 동위 원소

리버모륨은 현재 290Lv, 291Lv, 292Lv, 293Lv의 네 가지 동위 원소가 알려져 있으며, 모두 알파 붕괴를 통해 플레로븀 동위 원소로 붕괴한다.

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핵종붕괴 방식붕괴 생성물
290Lvα286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl

2.1. 리버모륨 동위 원소 목록

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핵종Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
288Lv116172<1 msα284Fl0+
289Lv116173289.19802(54)#α285Fl
290Lv116174290.19864(71)#15(+26-6) msα286Fl0+
291Lv116175291.20101(67)#6.3(+116-25) msα287Fl
292Lv116176292.20197(82)#18.0(+16-6) msα288Fl0+
293Lv116177293.20458(55)#53(+62-19) msα289Fl
293mLv720(290)# keV80(+60-60)msα
294Lv11617854# msα ?290Fl0+

2.2. 핵합성

리버모륨은 오가네손의 붕괴 과정에서도 관찰되었다. 2006년 10월, 캘리포늄-249에 칼슘-48 이온을 충돌시켜 오가네손 원자 3개가 검출되었으며, 이후 리버모륨으로 빠르게 붕괴되었다고 발표되었다. 딸핵종 290Lv의 관찰은 어미핵종이 294Og임을 확인하게 해주었고, 오가네손 합성을 입증했다.

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핵종
기호
붕괴
방식
붕괴
생성물
290Lvα286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl


1999년, 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구진은 Physical Review Letters에 게재된 논문에서 293Og의 합성을 발표했으나, 다음 해에 다른 연구자들이 결과를 재현할 수 없어 철회되었다. 2002년 6월, 연구소장은 이 두 원소의 발견에 대한 최초 주장이 주 저자인 빅토르 니노프가 조작한 데이터에 근거했음을 발표했다.

2.2.1. 냉융합

1995년, GSI 연구진은 290Lv영어를 방사성 포획(x=0) 생성물로 합성하려는 시도를 했다. 6주간의 실험에서 어떠한 원자도 검출되지 않았고, 단면적 한계는 3 pb에 달했다.

2.2.2. 열융합

이 절에서는 소위 "핫" 핵융합 반응을 통해 리버모륨 핵을 합성하는 방법에 대해 다룬다. 이러한 과정은 높은 여기 에너지(약 40~50 MeV)에서 복합 핵을 생성하며, 이는 핵분열로부터의 생존 확률을 감소시킨다. 여기된 핵은 3~5개의 중성자를 방출하며 바닥 상태로 붕괴된다. Ca 핵을 이용한 핵융합 반응은 일반적으로 중간 여기 에너지(약 30~35 MeV)를 가진 복합 핵을 생성하며, 때로는 "웜" 핵융합 반응이라고도 한다. 이는 부분적으로 이러한 반응으로부터 비교적 높은 수율을 얻는 결과를 낳는다.

2.2.3. 붕괴 생성물

리버모륨은 오가네손의 붕괴 과정에서도 관찰되었다. 2006년 10월, 캘리포늄-249에 칼슘-48 이온을 충돌시켜 오가네손 원자 3개가 검출되었으며, 이후 리버모륨으로 빠르게 붕괴되었다고 발표되었다.

딸핵종 290Lv의 관찰은 어미핵종이 294Og임을 확인하게 해주었고, 오가네손의 합성을 입증했다.

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핵종
기호
붕괴
방식
붕괴
생성물
290Lvα286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl

2.2.4. 폐기된 동위 원소

1999년, 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구진은 Physical Review Letters에 게재된 논문에서 293Og(오가네손 참조)의 합성을 발표했다. 그들이 주장한 동위 원소 289Lv는 0.64ms의 반감기를 가지며 11.63 MeV 알파 방출로 붕괴되었다. 그 다음 해에, 다른 연구자들이 결과를 재현할 수 없었기에 철회를 발표했다. 2002년 6월, 연구소장은 이 두 원소의 발견에 대한 최초 주장이 주 저자인 빅토르 니노프가 조작한 데이터에 근거했음을 발표했다.

2.3. 동위 원소 발견 연대표

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동위 원소발견 연도발견 반응
288Lv2023238U(54Cr,4n)
289Lv2024242Pu(50Ti,3n)
290Lv2002249Cf(48Ca,3n)
291Lv2003245Cm(48Ca,2n)
292Lv2004248Cm(48Ca,4n)
293Lv2000248Cm(48Ca,3n)
294Lv2016248Cm(48Ca,2n) ?

3. 이론적 계산

양자 터널링 모델에 대한 이론적 계산은 293Lv영어292Lv영어의 합성에 관한 실험 데이터를 뒷받침한다.

다음 표는 리버모륨 동위 원소를 직접 생성하는 열핵융합 반응에 대한 단면적과 여기 에너지를 제공한다. 굵은 글씨로 표시된 데이터는 여기 함수 측정에서 파생된 최대값을 나타낸다. "+"는 관찰된 출구 채널을 나타낸다.

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발사체표적CN2n3n4n5n
48Ca영어248Cm영어296Lv영어1.1 pb, 38.9 MeV3.3 pb, 38.9 MeV
48Ca영어245Cm영어293Lv영어0.9 pb, 33.0 MeV3.7 pb, 37.9 MeV


다음 표는 다양한 표적-발사체 조합에 대한 계산을 통해 여러 중성자 증발 채널로부터의 핵반응 단면적 수율에 대한 추정치를 제공한다. 예상 수율이 가장 높은 채널이 표시되어 있다.

DNS = 이핵 시스템; σ = 핵반응 단면적

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표적발사체CN채널(생성물)σmax모델참고
208Pb영어82Se영어290Lv영어1n (289Lv영어)0.1 pbDNS
208Pb영어79Se영어287Lv영어1n (286Lv영어)0.5 pbDNS
238U영어54Cr영어292Lv영어2n (290Lv영어)0.1 pbDNS
250Cm영어48Ca영어298Lv영어4n (294Lv영어)5 pbDNS
248Cm영어48Ca영어296Lv영어4n (292Lv영어)2 pbDNS
247Cm영어48Ca영어295Lv영어3n (292Lv영어)3 pbDNS
245Cm영어48Ca영어293Lv영어3n (290Lv영어)1.5 pbDNS
243Cm영어48Ca영어291Lv영어3n (288Lv영어)1.53 pbDNS
248Cm영어44Ca영어292Lv영어4n (288Lv영어)0.43 pbDNS

3.1. 붕괴 특성

리버모륨 동위 원소는 모두 알파 붕괴를 통해 붕괴한다. 현재까지 알려진 리버모륨 동위 원소는 290Lv, 291Lv, 292Lv, 293Lv 네 가지이다.

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핵종반감기붕괴 생성물핵 스핀
290Lv15(+26-6) ms286Fl0+
291Lv6.3(+116-25) ms287Fl
292Lv18.0(+16-6) ms288Fl0+
293Lv53(+62-19) ms289Fl

양자 터널링 모델에 대한 이론적 계산은 293Lv와 292Lv의 합성에 관한 실험 데이터를 뒷받침한다.

3.2. 증발 잔류 핵반응 단면적

1995년, GSI 연구진은 290Lv영어를 방사성 포획(x=0) 생성물로 합성하려는 시도를 했다. 6주간의 실험에서 어떠한 원자도 검출되지 않았고, 단면적 한계는 3 pb에 달했다.

다음 표는 리버모륨 동위 원소를 직접 생성하는 열융합 반응에 대한 단면적과 여기 에너지를 제공한다. 굵은 글씨로 표시된 데이터는 여기 함수 측정에서 파생된 최대값을 나타낸다. "+"는 관찰된 출구 채널을 나타낸다.

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발사체표적CN2n3n4n5n
48Ca영어248Cm영어296Lv영어1.1 pb, 38.9 MeV3.3 pb, 38.9 MeV
48Ca영어245Cm영어293Lv영어0.9 pb, 33.0 MeV3.7 pb, 37.9 MeV


다음 표는 다양한 표적-발사체 조합에 대한 계산을 통해 여러 중성자 증발 채널로부터의 핵반응 단면적 수율에 대한 추정치를 제공한다. 예상 수율이 가장 높은 채널이 표시되어 있다.

DNS = 이핵 시스템; σ = 핵반응 단면적

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표적발사체CN채널(생성물)σmax모델참고
208Pb영어82Se영어290Lv영어1n (289Lv영어)0.1 pbDNS
208Pb영어79Se영어287Lv영어1n (286Lv영어)0.5 pbDNS
238U영어54Cr영어292Lv영어2n (290Lv영어)0.1 pbDNS
250Cm영어48Ca영어298Lv영어4n (294Lv영어)5 pbDNS
248Cm영어48Ca영어296Lv영어4n (292Lv영어)2 pbDNS
247Cm영어48Ca영어295Lv영어3n (292Lv영어)3 pbDNS
245Cm영어48Ca영어293Lv영어3n (290Lv영어)1.5 pbDNS
243Cm영어48Ca영어291Lv영어3n (288Lv영어)1.53 pbDNS
248Cm영어44Ca영어292Lv영어4n (288Lv영어)0.43 pbDNS