시보귬 동위 원소

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1. 개요

시보귬은 원자 번호 106번의 인공적으로 합성된 원소로, 현재까지 12개의 동위 원소와 3개의 이성질체가 알려져 있다. 시보귬 동위 원소는 질량수가 258에서 271 사이이며, 알파 붕괴, 자발 핵분열, 전자 포획 등의 붕괴 방식을 보인다. 시보귬은 핵융합 반응을 통해 생성되며, 냉각 및 고온 핵융합 방식을 통해 합성될 수 있다. 일부 시보귬 동위 원소는 이성질체를 가지며, 발견 연표 및 핵종 수율에 대한 정보도 제공된다.

시보귬 동위 원소

동위 원소 정보

기호	Sg
NUBAS2020 참조	예

핵종	265Sg

존재 비율	합성
반감기	8.5 s
붕괴 방식	α
딸 핵종	261Rf

핵종	265mSg

존재 비율	합성
반감기	14.4 s
붕괴 방식	α
딸 핵종	261mRf

핵종	267Sg

존재 비율	합성
반감기	9.8 분
붕괴 방식	α
딸 핵종	263mRf

핵종	267mSg

존재 비율	합성
반감기	100 s
붕괴 방식	SF

핵종	268Sg

존재 비율	합성
반감기	13 s
붕괴 방식	SF
참고

핵종	269Sg

존재 비율	합성
반감기	5 분
붕괴 방식 1	α
딸 핵종 1	265Rf
붕괴 방식 2	SF
참고

핵종	271Sg

존재 비율	합성
반감기	31 s
붕괴 방식 1	α
비율 1	73 %
딸 핵종 1	267Rf
붕괴 방식 2	SF
비율 2	27 %
참고

추가 정보

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2. 동위 원소

시보귬은 현재까지 12개의 동위 원소와 3개의 이성질체가 알려져 있다.

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시보귬 동위 원소
핵종	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
²⁵⁸Sg	106	152	258.11298(44)#	3.3(10) ms	SF	다양	0+
²⁵⁹Sg	106	153	259.11440(13)#	580(210) ms	α	²⁵⁵Rf	1/2+#
²⁶⁰Sg	106	154	260.114384(22)	3.8(8) ms	SF (74%)	다양	0+
²⁶⁰Sg	106	154	260.114384(22)	3.8(8) ms	α (26%)	²⁵⁶Rf	0+
²⁶¹Sg	106	155	261.115949(20)	230(60) ms	α (98.1%)	²⁵⁷Rf	7/2+#
					ε (1.3%)	²⁶¹Db
					SF (0.6%)	다양
^261mSg				9 µs	IC	²⁶¹Sg
²⁶²Sg	106	156	262.11634(4)	8(3) ms	SF	다양	0+
²⁶³Sg	106	157	263.11829(10)#	1.0(2) s	α	²⁵⁹Rf	9/2+#
²⁶³Sg	106	157	263.11829(10)#	1.0(2) s	SF (13%)	다양	9/2+#
^263mSg	100(70)# keV	120 ms	α (87%)	²⁵⁹Rf	3/2+#
²⁶⁴Sg	106	158	264.11893(30)#	37 ms	SF	다양	0+
²⁶⁵Sg	106	159	265.12109(13)#	8(3) s	α	²⁶¹Rf
²⁶⁵Sg	106	159	265.12109(13)#	16.2 s	α	²⁶¹Rf
²⁶⁶Sg	106	160	266.12198(26)#	360 ms	SF	다양	0+
²⁶⁷Sg	106	161	267.12436(30)#	1.4 min	SF (83%)	다양
²⁶⁷Sg	106	161	267.12436(30)#	1.4 min	α (17%)	²⁶³Rf
²⁶⁹Sg	106	163	269.12863(39)#	2 min	α	²⁶⁵Rf
²⁷¹Sg	106	165	271.13393(63)#	2.4(+43-10) min	α (67%)	²⁶⁷Rf
²⁷¹Sg	106	165	271.13393(63)#	2.4(+43-10) min	SF (33%)	다양

#으로 표시된 값은 순수하게 실험값에서 산출된 것이 아니라 일부 체계적인 경향에서 유도된 추정치를 포함한다. 명확한 데이터가 얻어지지 않은 핵 스핀에 관해서는 괄호 안에 표기하고 있다.
수치의 마지막에 괄호 안에 표기된 것은 그 값의 오차를 나타낸다. 오차의 값은 동위 원소의 구성과 표준 원자 질량에 관해서는 IUPAC이 공표하는 오차로 표기하고 있으며, 그 외의 값은 표준 편차를 표기하고 있다.

2.1. 시보귬 동위 원소 목록

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시보귬 동위 원소
핵종	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
²⁵⁸Sg	106	152	258.11298(44)#	3.3(10) ms	SF	다양	0+
²⁵⁹Sg	106	153	259.11440(13)#	580(210) ms	α	²⁵⁵Rf	1/2+#
²⁶⁰Sg	106	154	260.114384(22)	3.8(8) ms	SF (74%)	다양	0+
²⁶⁰Sg	106	154	260.114384(22)	3.8(8) ms	α (26%)	²⁵⁶Rf	0+
²⁶¹Sg	106	155	261.115949(20)	230(60) ms	α (98.1%)	²⁵⁷Rf	7/2+#
					ε (1.3%)	²⁶¹Db
					SF (0.6%)	다양
²⁶²Sg	106	156	262.11634(4)	8(3) ms	SF	다양	0+
²⁶³Sg	106	157	263.11829(10)#	1.0(2) s	α	²⁵⁹Rf	9/2+#
²⁶³Sg	106	157	263.11829(10)#	1.0(2) s	SF (13%)	다양	9/2+#
^263mSg	100(70)# keV	120 ms	α (87%)	²⁵⁹Rf	3/2+#
²⁶⁴Sg	106	158	264.11893(30)#	37 ms	SF	다양	0+
²⁶⁵Sg	106	159	265.12109(13)#	8(3) s	α	²⁶¹Rf
²⁶⁵Sg	106	159	265.12109(13)#	16.2 s	α	²⁶¹Rf
²⁶⁶Sg	106	160	266.12198(26)#	360 ms	SF	다양	0+
²⁶⁷Sg	106	161	267.12436(30)#	1.4 min	SF (83%)	다양
²⁶⁷Sg	106	161	267.12436(30)#	1.4 min	α (17%)	²⁶³Rf
²⁶⁹Sg	106	163	269.12863(39)#	2 min	α	²⁶⁵Rf
²⁷¹Sg	106	165	271.13393(63)#	2.4(+43-10) min	α (67%)	²⁶⁷Rf
²⁷¹Sg	106	165	271.13393(63)#	2.4(+43-10) min	SF (33%)	다양

2.2. 동위 원소 발견 연표

시보귬 동위 원소의 발견 연표는 다음과 같다.

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동위 원소	발견 연도	발견 반응
²⁵⁸Sg	1994	²⁰⁹Bi(⁵¹V,2n)
²⁵⁹Sg	1985	²⁰⁷Pb(⁵⁴Cr,2n)
²⁶⁰Sg	1985	²⁰⁸Pb(⁵⁴Cr,2n)
^261gSg	1985	²⁰⁸Pb(⁵⁴Cr,n)
^261mSg	2009	²⁰⁸Pb(⁵⁴Cr,n)
²⁶²Sg	2001	²⁰⁷Pb(⁶⁴Ni,n)
²⁶³Sg^m	1974	²⁴⁹Cf(¹⁸O,4n)
²⁶³Sg^g	1994	²⁰⁸Pb(⁶⁴Ni,n)
²⁶⁴Sg	2006	²³⁸U(³⁰Si,4n)
²⁶⁵Sg^{a, b}	1993	²⁴⁸Cm(²²Ne,5n)
²⁶⁶Sg	2004	²⁴⁸Cm(²⁶Mg,4n)
²⁶⁷Sg	2004	²⁴⁸Cm(²⁶Mg,3n)
^267mSg	2024	²³²Th(⁴⁸Ca,5n)
²⁶⁸Sg	2022	²³²Th(⁴⁸Ca,4n)
²⁶⁹Sg	2010	²⁴²Pu(⁴⁸Ca,5n)
²⁷⁰Sg	미상
²⁷¹Sg	2003	²⁴²Pu(⁴⁸Ca,3n)

2.3. 이성질체

시보귬 동위 원소 중 일부는 여러 개의 준안정 상태, 즉 이성질체를 갖는다.

시보귬-261

²⁶¹Sg는 9 µs의 반감기를 가지는 준안정 상태의 이성질체(^261mSg)가 존재한다. ^261mSg는 IC을 통해 ²⁶¹Sg로 붕괴한다.

시보귬-263

²⁶³Sg는 두 개의 이성질체를 갖는 것으로 알려져 있다. 9.06 MeV에서 알파선을 생성하는 ²⁶³Sg의 발견 합성은 9.25 MeV 알파 방출로 붕괴하는 이성질체를 확인했다. 9.06 MeV 붕괴 또한 확인되었다. 9.06 MeV 활성은 0.3초의 반감기를 갖는 바닥 상태 이성질체로, 9.25 MeV 활성은 0.9초의 반감기를 갖는 이성질체 준위로 지정되었다.

^271g,mDs의 합성에 대한 최근 연구는 ²⁶⁷Hs의 붕괴와 관련하여 약간 혼란스러운 데이터를 생성했는데, 이 붕괴 중 하나에서 ²⁶⁷Hs는 ²⁶³Sg로 붕괴되었고, 이는 약 6초의 반감기를 갖는 알파 방출로 붕괴되었다. 이 활성은 아직 이성질체로 확실하게 지정되지 않았으며 추가 연구가 필요하다.

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핵종	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
²⁶³Sg	1.0(2) s	α	²⁵⁹Rf	9/2+#
^263mSg	120 ms	α (87%)	²⁵⁹Rf	3/2+#
^263mSg	120 ms	SF (13%)	다양	3/2+#

시보귬-265

²⁶⁵Sg는 두 개의 이성질체를 갖는 것으로 알려져 있다. 최근 데이터 재평가 결과, 8.85 MeV의 주 붕괴 에너지를 가지고 반감기가 8.9 초인 이성질체 하나와, 8.70 MeV의 에너지를 가지고 반감기가 16.2 초인 두 번째 이성질체가 존재한다는 것이 확인되었다.

시보귬-266
초기 연구에서는 반감기가 약 21초이고 8.63 MeV 알파 붕괴를 하는 방사성 핵종이 확인되었으며, 이는 ²⁶⁶Sg의 바닥 상태에 해당한다고 밝혀졌다. 이후 연구에서는 8.52 MeV 및 8.77 MeV 알파 방출을 하고 반감기가 약 21초인 핵종이 확인되었는데, 이는 짝수-짝수 핵종에게는 특이한 현상이다. 최근 ²⁷⁰Hs^영어의 합성에 대한 연구에서 반감기가 360 ms인 ²⁶⁶Sg가 자발 핵분열(SF)을 통해 붕괴하는 것을 확인했다. ²⁷⁷Cn^영어 및 ²⁶⁹Hs^영어에 대한 최근 연구는 ²⁶⁵Sg^영어와 ²⁶¹Rf의 붕괴에 대한 새로운 정보를 제공했다. 이 연구는 초기 8.77 MeV 방사성 핵종을 ²⁶⁵Sg^영어로 재할당해야 한다고 시사했다. 따라서 현재 정보에 따르면 자발 핵분열(SF) 핵종이 바닥 상태이며, 8.52 MeV 방사성 핵종은 높은 스핀 K-이성질체이다. 이러한 할당을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다. 최근 데이터 재평가 결과 8.52 MeV 방사성 핵종은 ²⁶⁵Sg^영어와 관련이 있으며, ²⁶⁶Sg는 핵분열만 겪는 것으로 나타났다.

2.3.1. 시보귬-263

²⁶³Sg는 두 개의 이성질체를 갖는 것으로 알려져 있다. 9.06 MeV에서 알파선을 생성하는 ²⁶³Sg의 발견 합성은 9.25 MeV 알파 방출로 붕괴하는 이성질체를 확인했다. 9.06 MeV 붕괴 또한 확인되었다. 9.06 MeV 활성은 0.3초의 반감기를 갖는 바닥 상태 이성질체로, 9.25 MeV 활성은 0.9초의 반감기를 갖는 이성질체 준위로 지정되었다.

^271g,mDs의 합성에 대한 최근 연구는 ²⁶⁷Hs의 붕괴와 관련하여 약간 혼란스러운 데이터를 생성했는데, 이 붕괴 중 하나에서 ²⁶⁷Hs는 ²⁶³Sg로 붕괴되었고, 이는 약 6초의 반감기를 갖는 알파 방출로 붕괴되었다. 이 활성은 아직 이성질체로 확실하게 지정되지 않았으며 추가 연구가 필요하다.

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핵종	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
²⁶³Sg	1.0(2) s	α	²⁵⁹Rf	9/2+#
^263mSg	120 ms	α (87%)	²⁵⁹Rf	3/2+#
^263mSg	120 ms	SF (13%)	다양	3/2+#

2.3.2. 시보귬-265

²⁶⁵Sg는 두 개의 이성질체를 갖는 것으로 알려져 있다. 최근 데이터 재평가 결과, 8.85 MeV의 주 붕괴 에너지를 가지고 반감기가 8.9 초인 이성질체 하나와, 8.70 MeV의 에너지를 가지고 반감기가 16.2 초인 두 번째 이성질체가 존재한다는 것이 확인되었다.

2.3.3. 시보귬-266

초기 연구에서는 반감기가 약 21초이고 8.63 MeV 알파 붕괴를 하는 방사성 핵종이 확인되었으며, 이는 ²⁶⁶Sg의 바닥 상태에 해당한다고 밝혀졌다. 이후 연구에서는 8.52 MeV 및 8.77 MeV 알파 방출을 하고 반감기가 약 21초인 핵종이 확인되었는데, 이는 짝수-짝수 핵종에게는 특이한 현상이다. 최근 ²⁷⁰Hs^영어의 합성에 대한 연구에서 반감기가 360 ms인 ²⁶⁶Sg가 자발 핵분열(SF)을 통해 붕괴하는 것을 확인했다. ²⁷⁷Cn^영어 및 ²⁶⁹Hs^영어에 대한 최근 연구는 ²⁶⁵Sg^영어와 ²⁶¹Rf의 붕괴에 대한 새로운 정보를 제공했다. 이 연구는 초기 8.77 MeV 방사성 핵종을 ²⁶⁵Sg^영어로 재할당해야 한다고 시사했다. 따라서 현재 정보에 따르면 자발 핵분열(SF) 핵종이 바닥 상태이며, 8.52 MeV 방사성 핵종은 높은 스핀 K-이성질체이다. 이러한 할당을 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다. 최근 데이터 재평가 결과 8.52 MeV 방사성 핵종은 ²⁶⁵Sg^영어와 관련이 있으며, ²⁶⁶Sg는 핵분열만 겪는 것으로 나타났다.

3. 핵 합성

시보귬은 가속기 내에서 핵융합 반응을 통해 인공적으로 합성된다.

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표적	발사체	CN	실험 결과
²⁰⁸Pb	⁵⁴Cr	²⁶²Sg	성공적인 반응
²⁰⁷Pb	⁵⁴Cr	²⁶¹Sg	성공적인 반응
²⁰⁶Pb	⁵⁴Cr	²⁶⁰Sg	현재까지 실패
²⁰⁸Pb	⁵²Cr	²⁶⁰Sg	성공적인 반응
²⁰⁹Bi	⁵¹V	²⁶⁰Sg	성공적인 반응
²³⁸U	³⁰Si	²⁶⁸Sg	성공적인 반응
²⁴⁴Pu	²⁶Mg	²⁷⁰Sg	아직 시도되지 않은 반응
²⁴⁸Cm	²²Ne	²⁷⁰Sg	성공적인 반응
²⁴⁹Cf	¹⁸O	²⁶⁷Sg	성공적인 반응

이른바 "차가운" 핵융합 반응은 낮은 여기 에너지(~10–20 MeV)에서 화합물 핵을 생성하는 과정으로, 핵분열로부터 생존할 확률이 더 높다. 여기된 핵은 이후 하나 또는 두 개의 중성자만 방출하여 기저 상태로 붕괴된다. 1974년 두브나 합동 핵 연구소에서 해당 반응을 연구하였다. 이 반응은 납-207 및 납-208 표적을 사용한 반응에서 관찰된 자발 핵분열(SF) 방사능의 할당을 돕기 위해 사용되었다. 그들은 자발 핵분열을 감지하지 못했고, 이는 주로 알파 붕괴로 붕괴되는 동위원소의 형성을 나타냈다.

1974년 두브나 합동 핵 연구소에서 납-206 (크로뮴-54, xn) 시보귬-260-x 반응을 연구하였다. 이 반응은 납-207 및 납-208 표적을 사용한 반응에서 관찰된 자발 핵분열 방사능의 할당을 돕기 위해 사용되었다. 그들은 자발 핵분열을 감지하지 못했고, 이는 주로 알파 붕괴로 붕괴되는 동위원소의 형성을 나타냈다.

높은 에너지(~40–50 MeV)의 핵융합 반응을 통해 복합 핵을 생성하여 시보귬을 합성한다. 이 과정에서 생성된 핵은 높은 여기 에너지로 인해 핵분열 및 준핵분열로부터 생존할 확률이 감소하며, 3~5개의 중성자를 방출하여 바닥 상태로 붕괴된다.

시보귬 동위 원소는 더 무거운 원소가 붕괴하면서 생성되기도 한다. 지금까지 관찰된 결과는 아래 표와 같다.

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붕괴 전 원소	붕괴 후 Sg 동위 원소
²⁹¹Lv, ²⁸⁷Fl, ²⁸³Cn	²⁷¹Sg
²⁸⁵Fl	²⁶⁹Sg
²⁷⁶Ds, ²⁷²Hs	²⁶⁸Sg
²⁷⁵Ds, ²⁷¹Hs	²⁶⁷Sg
²⁷⁰Hs	²⁶⁶Sg
²⁷⁷Cn, ²⁷³Ds, ²⁶⁹Hs	²⁶⁵Sg
²⁷¹Ds, ²⁶⁷Hs	²⁶³Sg
²⁷⁰Ds	²⁶²Sg
²⁶⁹Ds, ²⁶⁵Hs	²⁶¹Sg
²⁶⁴Hs	²⁶⁰Sg

3.1. 냉각 핵융합

이 문단은 이른바 "차가운" 핵융합 반응을 통해 시보귬의 핵을 합성하는 과정을 다룬다. 이는 낮은 여기 에너지(~10–20 MeV, 따라서 "차가운")에서 화합물 핵을 생성하는 과정으로, 핵분열로부터 생존할 확률이 더 높다. 여기된 핵은 이후 하나 또는 두 개의 중성자만 방출하여 기저 상태로 붕괴된다.
1974년 두브나 합동 핵 연구소에서 해당 반응을 연구하였다. 이 반응은 납-207 및 납-208 표적을 사용한 반응에서 관찰된 자발 핵분열(SF) 방사능의 할당을 돕기 위해 사용되었다. 그들은 자발 핵분열을 감지하지 못했고, 이는 주로 알파 붕괴로 붕괴되는 동위원소의 형성을 나타냈다.

3.1.1. 납-206 (크로뮴-54, xn) 시보귬-260-x

1974년 두브나 합동 핵 연구소에서 해당 반응을 연구하였다. 이 반응은 납-207 및 납-208 표적을 사용한 반응에서 관찰된 자발 핵분열(SF) 방사능의 할당을 돕기 위해 사용되었다. 그들은 자발 핵분열을 감지하지 못했고, 이는 주로 알파 붕괴로 붕괴되는 동위원소의 형성을 나타냈다.

3.2. 고온 핵융합

높은 에너지(~40–50 MeV)의 핵융합 반응을 통해 복합 핵을 생성하여 시보귬을 합성한다. 이 과정에서 생성된 핵은 높은 여기 에너지로 인해 핵분열 및 준핵분열로부터 생존할 확률이 감소하며, 3~5개의 중성자를 방출하여 바닥 상태로 붕괴된다.

3.3. 붕괴 생성물

시보귬 동위 원소는 더 무거운 원소가 붕괴하면서 생성되기도 한다. 지금까지 관찰된 결과는 아래 표와 같다.

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붕괴 전 원소	붕괴 후 Sg 동위 원소
²⁹¹Lv, ²⁸⁷Fl, ²⁸³Cn	²⁷¹Sg
²⁸⁵Fl	²⁶⁹Sg
²⁷⁶Ds, ²⁷²Hs	²⁶⁸Sg
²⁷⁵Ds, ²⁷¹Hs	²⁶⁷Sg
²⁷⁰Hs	²⁶⁶Sg
²⁷⁷Cn, ²⁷³Ds, ²⁶⁹Hs	²⁶⁵Sg
²⁷¹Ds, ²⁶⁷Hs	²⁶³Sg
²⁷⁰Ds	²⁶²Sg
²⁶⁹Ds, ²⁶⁵Hs	²⁶¹Sg
²⁶⁴Hs	²⁶⁰Sg

4. 붕괴 도식

4.1. 시보귬-261

5. 폐기된 동위 원소

5.1. 시보귬-269

1999년, 오가네손-293(²⁹³Og) 합성을 주장하는 과정에서 딸 핵종으로 시보귬-269(²⁶⁹Sg)가 확인되었다. 이 핵종은 8.74 MeV의 알파 붕괴를 통해 22초의 반감기를 가졌다. 이 주장은 2001년에 철회되었지만, 2010년에 이 동위 원소가 최종적으로 생성되었다.

6. 핵종 수율

6.1. 냉각 핵융합

다음 표는 시보귬 동위 원소를 직접 생성하는 차가운 핵융합 반응에 대한 단면적 및 여기 에너지를 제공한다. 굵은 글씨로 표시된 데이터는 여기 함수 측정에서 파생된 최대값을 나타낸다. +는 관찰된 출구 채널을 나타낸다.

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투사체	표적	CN	1n	2n	3n
⁵⁴Cr	²⁰⁷Pb	²⁶¹Sg
⁵⁴Cr	²⁰⁸Pb	²⁶²Sg	4.23 nb, 13.0 MeV	500 pb	10 pb
⁵¹V	²⁰⁹Bi	²⁶⁰Sg		38 pb, 21.5 MeV
⁵²Cr	²⁰⁸Pb	²⁶⁰Sg	281 pb, 11.0 MeV

6.2. 고온 핵융합

다음 표는 시보귬 동위 원소를 직접 생산하는 고온 핵융합 반응의 단면적과 여기 에너지를 보여준다. 굵은 글씨로 표시된 데이터는 여기 함수 측정에서 파생된 최댓값을 나타낸다. '+'는 관측된 방출 채널을 나타낸다.

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발사체	표적	CN	3n	4n	5n	6n
³⁰Si	²³⁸U	²⁶⁸Sg	+	9 pb, 40.0	~ 80 pb, 51.0 MeV	~30 pb, 58.0 MeV
²²Ne	²⁴⁸Cm	²⁷⁰Sg		~25 pb	~250 pb
¹⁸O	²⁴⁹Cf	²⁶⁷Sg		+