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마이트너륨 동위 원소

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1. 개요

마이트너륨 동위 원소는 원자 번호 109번인 마이트너륨(Mt)의 동위 원소에 대한 문서이다. 현재까지 266Mt부터 278Mt까지 16개의 동위 원소가 알려져 있으며, 대부분 알파 붕괴를 하지만 277Mt는 자발 핵분열을 한다. 마이트너륨은 입자 가속기에서 가벼운 원소를 충돌시켜 핵융합 반응을 유도하여 생성되며, 고온 및 저온 핵융합 방식을 통해 합성된다. 마이트너륨-266을 제외한 모든 동위 원소는 더 높은 원자 번호를 가진 원소의 붕괴 생성물로 발견된다.

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마이트너륨 동위 원소
마이트너륨 동위 원소 정보
핵종
274Mtna: "합성 링크"
hl: "0.64 s"
dm1: "α 링크"
perc1:
link1: "bohrium-270"
pn1: 270
ps1: Bh
276Mtna: "합성"
hl: "0.62 s"
dm1: "α"
perc1:
link1: "bohrium-272"
pn1: 272
ps1: Bh
278Mtna: "합성"
hl: "4 s"
dm1: "α"
perc1:
link1: "bohrium-274"
pn1: 274
ps1: Bh
282Mtref: ""
na: "합성"
hl: "67 s?"
dm1: "α"
perc1:
link1: "bohrium-278"
pn1: 278
ps1: Bh

2. 동위 원소

마이트너륨은 원자번호 109번의 초우라늄 원소로, 자연에는 존재하지 않고 인공적으로 합성된 원소이다. 현재까지 16개의 동위 원소가 알려져 있으며, 모두 방사성 붕괴를 한다.[2],[3],[4],[5],[6],[7],[8],[9],[10],[11]

대부분의 마이트너륨 동위 원소들은 알파 붕괴를 하지만, 277Mt는 자발 핵분열을 한다. 가장 안정한 동위 원소는 282Mt로, 약 67초의 반감기를 가진다.[11]

일부 마이트너륨 동위 원소는 준안정 상태의 핵 이성질체가 존재한다. 266Mt, 268Mt, 270Mt, 276Mt는 바닥 상태와 다른 반감기를 가지는 핵 이성질체가 있다.[3]

2. 1. 마이트너륨 동위 원소 목록

핵종Z(양성자)N(중성자)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
265Mt109156265.13615(50)#2# ms
266Mt109157266.13730(37)#1.2(4) msα262Bh
266mMt1230(80) keV6(3) msα262Bh
267Mt109158267.13731(58)#10# ms
268Mt[29]109159268.13873(34)#21(+8-5) msα264Bh5+#,6+#
268mMt[30]0+X keV0.07(+10-3) sα264Bh
269Mt109160269.13906(59)#200# ms
270Mt[31]109161270.14066(58)#2# sα266Bh
270mMt[30]colspan="3" |1.1 s?α266Bh
271Mt109162271.14114(61)#5# s
272Mt109163272.14374(52)#10# s
273Mt109164273.14491(55)#20# s
274Mt[32]109165274.14749(60)#20# sα270Bh
275Mt[33]109166275.14865(64)#9.7(+460-44) msα271Bh
276Mt[34]109167276.15116(73)#0.72(+87-25) sα272Bh
277Mt[35]109168277.15242(95)#1# minSF(다수)
278Mt[38]109169278.15481(90)#30# minα274Bh
279Mt109170279.15619(77)#6# min



#으로 표시된 값은 순수하게 실험적으로 얻은 값이 아니라 부분적으로 계통적인 경향에서 추정한 값이다. 괄호 안의 값은 불확실성을 나타낸다.

2. 2. 핵 이성질체

마이트너륨의 일부 동위 원소는 핵 이성질체를 갖는 것으로 알려져 있다. 268Mt와 270Mt에서 핵 이성질체가 발견되었으나, 제한된 데이터와 불일치로 인해 추가 연구가 필요하다.

2. 2. 1. 268Mt

268Mt의 알파 붕괴 스펙트럼은 여러 실험 결과로 인해 복잡하게 나타난다. MeV|메가전자볼트영어 10.28, 10.22, 10.10의 에너지를 가진 알파 입자가 각각 42 ms, 21 ms, 102 ms의 반감기를 가진 268Mt 원자에서 방출되는 것이 관찰되었다.[25] 수명이 긴 붕괴는 이성질체 준위에 해당한다. 나머지 두 반감기 사이의 불일치는 아직 해결되지 않았다. 사용 가능한 데이터로는 특정 준위 할당이 불가능하며 추가 연구가 필요하다.[25]

2. 2. 2. 270Mt

278Nh의 방사성 붕괴 사슬에서 두 개의 270Mt 원자가 확인되었다. 두 붕괴는 수명과 붕괴 에너지가 매우 다르며, 274Rg의 서로 다른 이성질체로부터 생성되는 것으로 보인다. 첫 번째 이성질체는 10.03 MeV의 에너지를 가진 알파 입자를 방출하며 붕괴하고, 수명은 7.16 ms이다. 다른 알파 붕괴는 1.63 s의 수명을 가지며, 붕괴 에너지는 측정되지 않았다. 제한된 데이터로 인해 특정 준위를 할당하는 것은 불가능하며, 추가 연구가 필요하다.[24]

3. 핵 합성

마이트너륨은 초우라늄 원소의 일종으로, 입자 가속기에서 가벼운 원자핵을 무거운 원자핵에 충돌시켜 핵융합 반응을 일으키는 방식으로 만들어진다. 마이트너륨-266은 직접 합성이 가능하지만, 이보다 무거운 동위 원소들은 더 무거운 원소의 붕괴 생성물로만 발견된다.[12]

핵융합 반응은 관여하는 에너지에 따라 "고온"과 "저온"으로 나뉜다. 고온 핵융합은 가볍고 에너지가 높은 입자를 악티늄족 원소와 같은 무거운 표적에 충돌시켜 높은 에너지를 가진 복합핵을 만든다. 이 복합핵은 핵분열을 하거나 여러 개의 중성자를 방출한다.[13] 반면, 저온 핵융합에서는 생성된 융합핵이 비교적 낮은 에너지를 가져 핵분열 확률이 낮아지고, 1~2개의 중성자만 방출하여 중성자가 더 많은 생성물을 만들 수 있다.[12]

다음 표는 마이트너륨(Z=109) 복합핵을 형성할 수 있는 표적-발사체 조합과 그 실험 결과를 나타낸다.

표적발사체복합핵 (CN)시도 결과
208Pb59Co267Mt반응 성공
209Bi58Fe267Mt반응 성공
238U37Cl275Mt현재 실패
244Pu31P275Mt반응 시도 예정
248Cm27Al275Mt반응 시도 예정
250Cm27Al277Mt반응 시도 예정
249Bk26Mg275Mt반응 시도 예정
254Es22Ne276Mt현재 실패


3. 1. 저온 핵융합

1982년 중이온 연구소(GSI)에서 마이트너륨 합성에 처음으로 성공한 이후,[15] 러시아 두브나의 공동원자핵연구소와 미국 로렌스 버클리 국립 연구소(LBNL)에서도 마이트너륨 합성에 관한 연구가 진행되었다.[16][18]

저온 핵융합은 생성된 융합 핵이 비교적 낮은 여기 에너지(~10–20 MeV)를 가지기 때문에, 핵분열 반응을 겪을 확률이 감소한다. 융합 핵이 바닥 상태로 냉각될 때, 하나 또는 두 개의 중성자만 방출하면 되므로, 더 많은 중성자 과잉 생성물을 생성할 수 있다.[12]

다음 표는 ''Z'' = 109인 복합 핵(마이트너륨)을 형성할 수 있는 표적과 발사체의 조합이다.

표적발사체CN시도 결과
208Pb59Co267Mt반응 성공
209Bi58Fe267Mt반응 성공
238U37Cl275Mt현재 실패
244Pu31P275Mt반응 시도 예정
248Cm27Al275Mt반응 시도 예정
250Cm27Al277Mt반응 시도 예정
249Bk26Mg275Mt반응 시도 예정
254Es22Ne276Mt현재 실패



다음 표는 마이트너륨 동위 원소를 직접 생성하는 핵융합 반응의 단면적과 여기 에너지를 나타낸다. 굵게 표시된 데이터는 여기 함수 측정에서 파생된 최대값을 나타낸다.

발사체표적CN1n2n3n
58Fe209Bi267Mt7.5 pb
59Co208Pb267Mt2.6 pb, 14.9 MeV


3. 2. 고온 핵융합

로렌스 버클리 국립 연구소(LBNL)와 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)에서 고온 핵융합을 이용한 마이트너륨 합성 연구가 진행되었으나, 현재까지 성공하지 못했다.[19] 2002년부터 2003년까지 LBNL 연구팀은 우라늄-238염소-37을 충돌시켜 동위원소 271Mt를 생성하여 화학적 성질을 연구하려 했지만 실패했다. 1988년 LLNL 연구팀은 아인슈타이늄-254에 네온-22를 충돌시켜 잠재적으로 더 오래 지속되는 다른 동위원소를 생성하려 했지만 실패했다.[19]

다음 표는 ''Z'' = 109인 복합 핵을 형성하는 데 사용할 수 있는 다양한 표적과 발사체의 조합과 실험 결과이다.

표적발사체CN시도 결과
238U37Cl275Mt현재 실패
254Es22Ne276Mt현재 실패


3. 3. 붕괴 생성물

초우라늄 원소인 마이트너륨은 입자 가속기에서 가벼운 원소를 충돌시켜 핵융합 반응을 유도하여 생성된다.[12] 마이트너륨-266을 제외한 모든 마이트너륨 동위 원소는 더 높은 원자 번호를 가진 원소의 붕괴 생성물로만 검출되었다.[12]

마이트너륨-266을 제외한 모든 마이트너륨 동위 원소는 더 높은 원자 번호를 가진 원소, 예를 들어 뢴트게늄의 붕괴 사슬에서만 검출되었다. 뢴트게늄은 현재 8개의 알려진 동위 원소를 가지고 있으며, 이들 중 하나를 제외한 모든 동위 원소는 질량수가 268에서 282 사이인 마이트너륨 핵으로의 알파 붕괴를 겪는다. 모 뢴트게늄 핵은 니호늄, 플레로비움, 모스코비움, 리버모륨 또는 테네신의 붕괴 생성물일 수 있다.[26] 예를 들어, 2010년 1월, 두브나 팀(JINR)은 테네신의 붕괴에서 알파 붕괴 연쇄를 통해 마이트너륨-278을 확인했다.[21]

붕괴로 관찰된 마이트너륨 동위 원소 목록
증발 잔류물관찰된 마이트너륨 동위 원소
294Lv, 290Fl, 290Nh, 286Rg ?282Mt ?
294Ts, 290Mc, 286Nh, 282Rg278Mt[21]
293Ts, 289Mc, 285Nh, 281Rg277Mt[22]
288Mc, 284Nh, 280Rg276Mt[23]
287Mc, 283Nh, 279Rg275Mt[23]
286Mc, 282Nh, 278Rg274Mt[23]
278Nh, 274Rg270Mt[24]
272Rg268Mt[25]


참조

[1] 논문 Review of even element super-heavy nuclei and search for element 120 2016
[2] 문서 Not directly synthesized, occurs as [[decay product]] of 272Rg
[3] 문서 This isomer is unconfirmed
[4] 문서 Not directly synthesized, occurs in [[decay chain]] of 278Nh
[5] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 282Nh
[6] 논문 New isotope 286Mc produced in the 243Am+48Ca reaction 2022
[7] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 287Mc
[8] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 288Mc
[9] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 293Ts
[10] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 294Ts
[11] 문서 Not directly synthesized, occurs in decay chain of 290Fl and 294Lv; unconfirmed
[12] 논문 Creating superheavy elements
[13] 논문 Discovery of the element with atomic number 112 (IUPAC Technical Report)
[14] 논문 Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium
[15] 논문 Observation of one correlated α-decay in the reaction 58Fe on 209Bi→267109
[16] 논문 New results on element 109
[17] 논문 Excitation function for the production of 265108 and 266109
[18] 논문 Comparison of complementary reactions in the production of Mt https://zenodo.org/r[...]
[19] 간행물 The search for 271Mt via the reaction 238U + 37Cl https://web.archive.[...] GSI Annual report 2008-03-01
[20] 서적 The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements Springer Science+Business Media
[21] 논문 Synthesis of a New Element with Atomic Number ''Z'' = 117
[22] 논문 Experimental studies of the 249Bk + 48Ca reaction including decay properties and excitation function for isotopes of element 117, and discovery of the new isotope 277Mt
[23] 서적 AIP Conference Proceedings
[24] 논문 Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction 209Bi(70Zn,n)278113
[25] 논문 The new element 111 http://wwwsusi4.gsi.[...]
[26] 웹사이트 Interactive Chart of Nuclides http://www.nndc.bnl.[...] Brookhaven National Laboratory 2008-06-06
[27] 논문 Production of new superheavy Z=108–114 nuclei with 238U, 244Pu and 248,250Cm targets 2009
[28] 논문 A Proposed Reaction Channel for the Synthesis of the Superheavy Nucleus ''Z'' = 109
[29] 문서 직접 합성되지 않고 272[[뢴트게늄|Rg]]의 [[붕괴 생성물]]로 존재한다.
[30] 문서 확인되지 않은 [[동위 원소]]
[31] 문서 직접 합성되지 않고 278[[니호늄|Nh]]의 [[붕괴 계열]] 상에 존재한다.
[32] 문서 직접 합성되지 않고 282Nh의 붕괴 계열 상에 존재한다.
[33] 문서 직접 합성되지 않고 287[[모스코븀|Mc]]의 붕괴 계열 상에 존재한다.
[34] 문서 직접 합성되지 않고 288Mc의 붕괴 계열 상에 존재한다.
[35] 문서 직접 합성되지 않고 293[[테네신|Ts]]의 붕괴 계열 상에 존재한다.
[36] 저널 Experimental studies of the 249Bk + 48Ca reaction including decay properties and excitation function for isotopes of element 117, and discovery of the new isotope 277Mt
[37] 웹인용 보관된 사본 http://www-win.gsi.d[...] 2014-08-07
[38] 문서 직접 합성되지 않고 294Ts의 붕괴 계열 상에 존재한다.
[39] 저널 Synthesis of a New Element with Atomic Number ''Z'' = 117



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