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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.

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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?

2. 리버모륨 동위 원소

리버모륨은 현재 290Lv, 291Lv, 292Lv, 293Lv의 네 가지 동위 원소가 알려져 있으며, 모두 알파 붕괴를 통해 플레로븀 동위 원소로 붕괴한다.[35]

핵종붕괴 방식붕괴 생성물
290Lv[35]α286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl


2. 1. 리버모륨 동위 원소 목록

핵종Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
288Lv[7]116172<1 msα284Fl0+
289Lv[2]116173289.19802(54)#α285Fl
290Lv[35]116174290.19864(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
293mLv[3]720(290)# keV80(+60-60)msα
294Lv[4]11617854# ms[22]α ?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.[24] 딸핵종 290Lv의 관찰은 어미핵종이 294Og임을 확인하게 해주었고, 오가네손 합성을 입증했다.

핵종
기호
붕괴
방식
붕괴
생성물
290Lv[35]α286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl



1999년, 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구진은 ''Physical Review Letters''에 게재된 논문에서 293Og의 합성을 발표했으나, 다음 해에 다른 연구자들이 결과를 재현할 수 없어 철회되었다.[26][27] 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.[5]

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.[24]

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

핵종
기호
붕괴
방식
붕괴
생성물
290Lv[35]α286Fl
291Lvα287Fl
292Lvα288Fl
293Lvα289Fl


2. 2. 4. 폐기된 동위 원소

1999년, 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구진은 ''Physical Review Letters''에 게재된 논문에서 293Og(오가네손 참조)의 합성을 발표했다.[26] 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.[27] 2002년 6월, 연구소장은 이 두 원소의 발견에 대한 최초 주장이 주 저자인 빅토르 니노프가 조작한 데이터에 근거했음을 발표했다.

2. 3. 동위 원소 발견 연대표

동위 원소발견 연도발견 반응
288Lv2023238U(54Cr,4n)[7]
289Lv2024242Pu(50Ti,3n)[2]
290Lv2002249Cf(48Ca,3n)[24]
291Lv2003245Cm(48Ca,2n)[23]
292Lv2004248Cm(48Ca,4n)[18]
293Lv2000248Cm(48Ca,3n)[14]
294Lv2016248Cm(48Ca,2n) ?


3. 이론적 계산

양자 터널링 모델에 대한 이론적 계산은 293Lv|리버모륨-293영어292Lv|리버모륨-292영어의 합성에 관한 실험 데이터를 뒷받침한다.[28][29]

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.

발사체표적CN2n3n4n5n
48Ca|칼슘-48영어248Cm|퀴륨-248영어296Lv|리버모륨-296영어1.1 pb, 38.9 MeV[18]3.3 pb, 38.9 MeV[18]
48Ca|칼슘-48영어245Cm|퀴륨-245영어293Lv|리버모륨-293영어0.9 pb, 33.0 MeV[23]3.7 pb, 37.9 MeV[23]



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

표적발사체CN채널(생성물)σmax모델참고
208Pb|납-208영어82Se|셀레늄-82영어290Lv|리버모륨-290영어1n (289Lv|리버모륨-289영어)0.1 pbDNS[30]
208Pb|납-208영어79Se|셀레늄-79영어287Lv|리버모륨-287영어1n (286Lv|리버모륨-286영어)0.5 pbDNS
238U|우라늄-238영어54Cr|크로뮴-54영어292Lv|리버모륨-292영어2n (290Lv|리버모륨-290영어)0.1 pbDNS[31]
250Cm|퀴륨-250영어48Ca|칼슘-48영어298Lv|리버모륨-298영어4n (294Lv|리버모륨-294영어)5 pbDNS[31]
248Cm|퀴륨-248영어48Ca|칼슘-48영어296Lv|리버모륨-296영어4n (292Lv|리버모륨-292영어)2 pbDNS[31]
247Cm|퀴륨-247영어48Ca|칼슘-48영어295Lv|리버모륨-295영어3n (292Lv|리버모륨-292영어)3 pbDNS[31]
245Cm|퀴륨-245영어48Ca|칼슘-48영어293Lv|리버모륨-293영어3n (290Lv|리버모륨-290영어)1.5 pbDNS[31]
243Cm|퀴륨-243영어48Ca|칼슘-48영어291Lv|리버모륨-291영어3n (288Lv|리버모륨-288영어)1.53 pbDNS[32]
248Cm|퀴륨-248영어44Ca|칼슘-44영어292Lv|리버모륨-292영어4n (288Lv|리버모륨-288영어)0.43 pbDNS[32]


3. 1. 붕괴 특성

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

핵종반감기붕괴 생성물핵 스핀
290Lv[35]15(+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.[28][29]

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.[5]

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.

발사체표적CN2n3n4n5n
48Ca영어248Cm영어296Lv영어1.1 pb, 38.9 MeV[18]3.3 pb, 38.9 MeV[18]
48Ca영어245Cm영어293Lv영어0.9 pb, 33.0 MeV[23]3.7 pb, 37.9 MeV[23]



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

표적발사체CN채널(생성물)σmax모델참고
208Pb영어82Se영어290Lv영어1n (289Lv영어)0.1 pbDNS[30]
208Pb영어79Se영어287Lv영어1n (286Lv영어)0.5 pbDNS
238U영어54Cr영어292Lv영어2n (290Lv영어)0.1 pbDNS[31]
250Cm영어48Ca영어298Lv영어4n (294Lv영어)5 pbDNS[31]
248Cm영어48Ca영어296Lv영어4n (292Lv영어)2 pbDNS[31]
247Cm영어48Ca영어295Lv영어3n (292Lv영어)3 pbDNS[31]
245Cm영어48Ca영어293Lv영어3n (290Lv영어)1.5 pbDNS[31]
243Cm영어48Ca영어291Lv영어3n (288Lv영어)1.53 pbDNS[32]
248Cm영어44Ca영어292Lv영어4n (288Lv영어)0.43 pbDNS[32]


참조

[1] 웹사이트 Livermorium - Element Information (Uses and properties) https://www.rsc.org/[...] 2020-10-27
[2] 웹사이트 Synthesis and study of the decay properties of isotopes of superheavy element Lv in Reactions 238U + 54Cr and 242Pu + 50Ti https://indico.jinr.[...] Joint Institute for Nuclear Research 2024
[3] 문서 This isomer is unconfirmed
[4] 문서 This isotope is unconfirmed
[5] 서적 The Transuranium People: The Inside Story https://archive.org/[...] World Scientific 2000
[6] 웹사이트 List of experiments 2000–2006 http://opal.dnp.fmph[...]
[7] 뉴스 В ЛЯР ОИЯИ впервые в мире синтезирован ливерморий-288 http://www.jinr.ru/p[...] Joint Institute for Nuclear Research 2023-11-18
[8] 웹사이트 A New Way to Make Element 116 Opens the Door to Heavier Atoms https://newscenter.l[...] Lawrence Berkeley National Laboratory 2024-07-24
[9] 논문 Heaviest element yet within reach after major breakthrough https://www.nature.c[...] 2024-07-24
[10] 뉴스 U.S. back in race to forge unknown, superheavy elements https://www.science.[...] 2024-07-24
[11] 논문 Toward the Discovery of New Elements: Production of Livermorium {{nowrap|(''Z'' {{=}} 116)}} with 50Ti 2024
[12] 논문 Search for Superheavy Elements in the Bombardment of 248Cm with48Ca
[13] 논문 Attempts to Produce Superheavy Elements by Fusion of 48Ca with 248Cm in the Bombarding Energy Range of 4.5–5.2 MeV/u https://zenodo.org/r[...]
[14] 논문 Observation of the decay of 292116
[15] 웹사이트 Confirmed results of the 248Cm(48Ca,4n)292116 experiment https://e-reports-ex[...] 2008-03-03
[16] 논문 Synthesis and properties of isotopes of the transactinides
[17] 논문 Review of even element super-heavy nuclei and search for element 120 https://zenodo.org/r[...]
[18] 논문 Measurements of cross sections and decay properties of the isotopes of elements 112, 114, and 116 produced in the fusion reactions 233,238U, 242Pu, and 248Cm+48Ca http://www1.jinr.ru/[...]
[19] 논문 The reaction 48Ca + 248Cm → 296116* studied at the GSI-SHIP
[20] 논문 Super-heavy element research
[21] 논문 The reaction 48Ca + 248Cm → 296116* studied at the GSI-SHIP https://www.research[...] 2012
[22] 논문 Study of the Reaction 48Ca + 248Cm → 296Lv* at RIKEN-GARIS 2017
[23] 논문 Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions244Pu(48Ca,xn)292−x114 and 245Cm(48Ca,xn)293−x116 http://link.aps.org/[...]
[24] 논문 Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm+48Ca fusion reactions http://link.aps.org/[...] 2008-01-18
[25] 웹사이트 Flerov lab annual reports 2000–2006 http://www1.jinr.ru/[...]
[26] 논문 Observation of Superheavy Nuclei Produced in the Reaction of86Kr with 208Pb https://zenodo.org/r[...]
[27] 논문 Editorial Note: Observation of Superheavy Nuclei Produced in the Reaction of ^{86}Kr with ^{208}Pb [Phys. Rev. Lett. 83, 1104 (1999)]
[28] 논문 α decay half-lives of new superheavy elements
[29] 논문 Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements
[30] 논문 Formation of superheavy nuclei in cold fusion reactions
[31] 논문 Production of heavy and superheavy nuclei in massive fusion reactions
[32] 논문 Influence of the neutron numbers of projectile and target on the evaporation residue cross sections in hot fusion reactions https://www.research[...] 2016
[33] 문서 http://www.nucleonica.net/unc.aspx
[34] 문서 294Ogの崩壊系列の中で確認されており、直接は合成されていない。
[35] 문서 직접 합성되지 않고 294[[오가네손|Og]]의 [[붕괴 생성물]]로 존재한다.



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