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안정성의 섬

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목차

1. 개요

안정성의 섬은 1950년대에 예측된 초중원소의 안정성이 증가하는 영역을 의미한다. 핵 껍질 모형에 따르면, 특정 수의 양성자 또는 중성자를 가진 원자핵은 더 안정하며, 이러한 "마법수"를 가진 원소들이 안정성의 섬을 형성할 것으로 예상된다. 1960년대 후반 글렌 시보그가 이 개념을 처음 제안했으며, 이후 연구를 통해 원자 번호 114(플레로븀)가 안정성의 섬 중심에 가까울 것으로 예측되었다. 1998년 플레로븀 합성을 통해 실험적으로 안정성의 섬 존재가 확인되었고, 이후 오가네손까지 여러 초중원소가 발견되었다. 안정성의 섬에 있는 핵종의 반감기는 아직 정확히 알려져 있지 않지만, 수 분에서 수 년 정도로 예측되며, 298Fl 주변의 핵종은 알파 붕괴와 자발적 핵분열에 대해 더 긴 반감기를 가질 것으로 예상된다. 안정성의 섬 원소를 합성하는 것은 매우 어렵지만, 핵융합 반응을 통해 시도되고 있다.

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안정성의 섬

2. 역사

글렌 시보그는 "안정성의 섬"이라는 용어를 처음 만들었으며, 1960년대 후반에 이 개념을 처음 제안했다.[122] 1955년 존 A. 휠러가 초중원소 존재 가능성을 제안했고,[116] 1957년 핵 껍질 개념이 해명되면서 안정성 영역이 초중원소 영역까지 확장될 수 있다는 아이디어가 제시되었다.[117] 핵 껍질 모형에 따르면, 특정 수의 양성자와 중성자를 가진 원자핵은 닫힌 껍질 구조를 가져 더 안정하다.[118]

초기에는 310126 (원자 번호 126, 중성자 수 184)이 더블 매직 핵으로 긴 반감기를 가질 것으로 예상되었으나,[117] 이후 계산에서는 298Fl (원자번호 114, 중성자 수 184)이 다음 더블 매직 핵이 될 가능성이 높다는 것이 밝혀졌다.[117] 안정성의 섬 원소는 높은 원자 질량에도 불구하고 자발 핵분열에 대해 특히 안정할 것으로 예측되었다.[117][125]

1970년대부터 전 세계 여러 연구소에서 안정성의 섬 원소를 합성하기 위한 실험이 진행되었지만, 초기에는 낮은 반응 단면적과 짧은 수명으로 인해 성공하지 못했다.[44][45] 1998년, 러시아 두브나의 공동 원자핵 연구소에서 유리 오가네시안 연구팀이 플레로븀-289를 합성하여 안정성의 섬 존재를 처음으로 실험적으로 확인하였다.[52] 이 원소는 30.4초의 수명을 가졌고, 알파 붕괴를 겪었으며, 반감기가 예측보다 길어 안정성의 섬 존재에 대한 강력한 증거를 제공했다.[54]

이후 오가네손을 포함한 여러 초중원소가 합성되었으며, 이들의 붕괴 특성은 안정성의 섬 이론을 뒷받침한다.[56][57][58] 안정성의 섬 중심부의 정확한 위치는 알 수 없지만, ''N'' = 184에 가까워짐에 따라 안정성이 증가하는 경향이 입증되었다.[60][56]

2. 1. 개념의 유래

존 A. 휠러는 1955년에 103 이상의 원자 번호를 가진 초중원소가 존재할 가능성을 제안했다.[116] 1957년, 핵 껍질 개념이 처음으로 해명되면서, 안정성이 증가하는 영역이 초중원소 영역까지 확장될 수 있다는 아이디어가 제시되었다.[117] 껍질 모형은 원자핵이 원자 내 훨씬 큰 전자 핵 구조와 유사한 방식으로 "껍질" 안에 구축되어 있다는 것이다. 즉, 핵 껍질은 일반적으로 서로 접근해 있는 양자 에너지 준위의 그룹이지만, 때때로 중성자와 양성자의 수가 핵 내의 주어진 껍질의 에너지 준위를 완전히 채울 때, 다음 껍질을 채우기 시작하는 데 필요한 에너지는 매우 크다. 이러한 껍질 간극에서는 핵자당 결합 에너지가 극대값에 도달한다. 즉, 그러한 핵은 닫힌 껍질 구조를 갖지 않은 것보다 더 안정하다.[118]

1960년대 후반, 글렌 시보그는 "안정성의 섬"이라는 개념을 처음 제안했고, 이후 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구자들이 관심을 갖게 되었다.[122] 초기에는 닫힌 양성자와 중성자 껍질을 모두 가진 더블 매직 핵인 310126 (원자 번호 126, 중성자 수 184)이 매우 긴 반감기를 가질 것으로 생각되었다.[117] 그러나 이후의 계산에서 298Fl (원자번호 114, 중성자 수 184)이 다음 더블 매직 핵이 될 가능성이 더 높다는 것이 밝혀졌다.[117] 안정성의 섬 원소는 높은 원자 질량에도 불구하고 자발 핵분열에 대해 특히 안정할 것으로 예측되었다.[117][125]

2. 2. 실험적 결과

1970년대, 전 세계 여러 연구소에서 안정성의 섬 원소를 합성하기 위한 실험이 진행되었으나, 당시 기술로는 성공하지 못했다.[44][45] 이는 반응 단면적이 낮아 수율이 낮거나, 핵이 탐지하기에는 수명이 너무 짧았기 때문일 수 있다. 이후의 실험 결과에 따르면, 원자 번호가 증가함에 따라 반감기와 생성 단면적이 감소하는 경향이 확인되었으며, 이는 각 실험에서 소수의 짧은 수명을 가진 최중원자만 합성되었음을 의미한다.[49]

1998년, 러시아 두브나의 공동 원자핵 연구소에서 유리 오가네시안이 이끄는 물리학자 그룹은 플레로븀-289를 합성하여 안정성의 섬 존재를 처음으로 실험적으로 확인하였다.[52] 이 원소는 30.4초의 수명을 가졌고, 붕괴 생성물의 반감기는 분 단위로 측정 가능했다.[52] 이는 핵분열 대신 알파 붕괴를 겪었고, 반감기가 이전에 예측된 것보다 몇 크기 순서 더 길었기 때문에 안정성의 섬의 특징적인 붕괴 사슬의 "전형적인 예"로 간주되어 이 지역에서 안정성의 섬의 존재에 대한 강력한 증거를 제공했다.[54]

그 후 20년 동안의 추가적인 실험을 통해 오가네손을 포함한 여러 초중원소가 합성되었으며, 이들의 붕괴 특성은 안정성의 섬 이론을 뒷받침한다.[56][57][58] 그러나 2021년 연구에 따르면, 알려진 핵(''N'' = 174) 영역에서 ''Z'' = 114에 의한 강한 안정화 효과는 없으며,[59] 추가 안정성은 주로 중성자 껍질 폐쇄의 결과일 것이다.[32]

안정성의 섬 중심부의 정확한 위치는 알 수 없지만, ''N'' = 184에 가까워짐에 따라 안정성이 증가하는 경향이 입증되었다.[60][56] 예를 들어, 코페르니슘 동위 원소 285Cn는 277Cn보다 8개의 중성자가 더 많고, 반감기는 거의 5자리나 더 길다.[97] 이러한 추세는 껍질 폐쇄 근처의 알려지지 않은 더 무거운 동위 원소까지 계속될 것으로 예상된다.

3. 안정성의 섬

존 A. 휠러는 1955년에 103 이상의 원자 번호를 가진 초중원소가 존재할 가능성을 제안했다.[116] 1965년, 글렌 시보그는 "안정성의 섬"이라는 개념을 처음 제안했으며, 이후 로렌스 버클리 국립 연구소의 연구자들이 관심을 갖게 되었다.[122]

껍질 모형에 따르면, 원자핵은 원자 내 전자 껍질 구조와 유사하게 "껍질" 안에 구축된다. 핵 껍질은 양자 에너지 준위 그룹으로, 특정 수의 중성자와 양성자가 껍질을 채우면 다음 껍질을 채우는 데 더 큰 에너지가 필요하다. 이러한 껍질 간격에서는 핵자당 결합 에너지가 최대가 되어 핵이 더 안정된다.[118]

중성자의 마법수는 184로 예측되며, 이에 해당하는 양성자 수는 114, 120, 122, 124, 126 등이 가능하다.[119][120][121] 가장 무거운 안정 핵인 208Pb 다음의 이중 마법 핵 (양성자와 중성자 모두 마법수인 핵)은 310126으로 예상되었으나, 이후 계산에서 298Fl (''Z'' = 114)이 다음 이중 마법 핵이 될 가능성이 제시되었다.[117]

안정성의 섬 원소는 높은 원자 질량에도 불구하고 자발 핵분열에 대해 특히 안정할 것으로 예측되었다.[117][125] 장수명 초중원소가 존재한다면, 중성자원이나 핵무기에 사용될 수 있다는 추측도 있었다.[126] 1960~70년대에는 자연계와 입자 가속기를 이용한 원소 합성을 통해 초중원소를 찾으려는 많은 연구가 진행되었다.[116]

1970년대에는 여러 연구소에서 원자 번호 110~127의 원소 합성을 시도했지만, 성공하지 못했다.[123][130] 이는 당시 실험의 감도 부족이나 짧은 수명 때문으로 추정된다.[131] 자연계 탐사도 실패하여, 초중원소 존재량 상한선이 설정되었다.[116] 그러나 경이온 충격과 저온 핵융합 반응을 통해 새로운 초중원소가 발견되면서, 1969년 러더포듐을 시작으로 1996년 코페르니슘까지 발견되었다. 이 원소들은 짧은 반감기에도 불구하고 닫힌 껍질에 의한 안정화 효과를 보여주었다.[132]

1998년 유리 오가네시안 연구팀은 두브나 공동 핵 연구소에서 플레로븀(원자 번호 114)을 처음 합성했다. 검출된 단일 원자는 30.4초의 수명을 가졌고, 붕괴 생성물은 수 분의 반감기를 보여 안정성의 섬 존재를 뒷받침했다.[133] 이후 20년간의 실험을 통해 오가네손까지 모든 원소가 발견되었으며, 이들의 붕괴 특성은 안정성의 섬 존재를 더욱 뒷받침했다.[134][135]

안정성의 섬 중심 위치는 아직 불확실하지만, ''N'' = 184에 가까울수록 안정성이 증가하는 경향이 나타난다. 예를 들어, 285Cn은 277Cn보다 8개의 중성자가 더 많고 반감기가 약 5자리 더 길다.[150]

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안정성의 섬 핵종의 실제 반감기는 아직 관찰되지 않아 정확히 알려져 있지 않다. 많은 물리학자들은 수 분에서 수 일 정도로 짧을 것으로 예상하지만,[115] 100년 단위나[114][131] 109년[124]의 반감기를 갖는 핵종이 존재할 가능성을 제시하는 이론적 계산도 있다.

를 만족하는 핵종은 닫힌 껍질 구조를 가지며, 알파 붕괴와 자발 핵분열의 부분 반감기가 길어질 것으로 예측된다.[114] 닫힌 껍질 구조를 갖는 근처의 핵종은 더 높은 분열 장벽을 가지므로 핵분열이 강하게 방해받는다.[117][139]

초(超)중원소의 가장 안정한 동위원소 (''Z'' ≥ 104)[127][130][128]
원소원자 번호가장 안정한 동위원소반감기
러더포듐104267Rf2.5시간
두브늄105268Db1.2일
시보르귬106269Sg14분
보륨107270Bh1분
하슘108270Hs10초
마이트네륨109278Mt7.6초
다름슈타튬110281Ds9.6초
뢴트게늄111282Rg1.7분
코페르니슘112285Cn29초
니호늄113286Nh9.5초
플레로븀114289Fl1.9초
모스코븀115290Mc650밀리초
리버모륨116293Lv57밀리초
테네신117294Ts51밀리초
오가네손118294Og690마이크로초


3. 1. 핵종 안정성

핵종(원자핵)의 안정성은 양성자 수(''Z'')와 중성자 수(''N'')에 의해 결정되며, 안정된 핵은 양성자-중성자 비율이 특정 범위 안에 존재한다. 납(원자 번호 82)보다 무거운 원소는 모두 불안정하며, 원자 번호가 증가함에 따라 안정성이 감소한다. 하지만, 핵 껍질 모형에 따르면 특정 수의 양성자와 중성자를 가진 핵은 더 안정할 수 있다.[117] 안정성의 섬은 핵 껍질이 완전히 채워지는 마법수와 관련이 있으며, 양성자와 중성자 모두 마법수를 가질 때 가장 안정하다(이중 마법 핵).[123]

핵의 안정성은 결합 에너지에 의해 결정되며, 더 높은 결합 에너지는 더 큰 안정성을 부여한다. 핵자당 결합 에너지는 ''A'' = 60 부근에서 광범위한 평평한 부분을 형성하며, 그 후 감소한다.[13] 핵 속의 양성자는 강력에 의해 함께 묶여 있으며, 이는 양전하를 띤 양성자 간의 쿨롱 반발을 상쇄한다. 무거운 핵에서는 반발을 줄이고 추가적인 안정성을 부여하기 위해 더 많은 수의 중성자가 필요하다.[15]



차트에서 볼 수 있듯이, 양성자 수가 증가함에 따라 안정적인 핵은 더 높은 중성자-양성자 비율을 갖는다.[6] 안정적인 동위 원소를 가진 주기율표의 마지막 원소는 납(Z=82)이다.[8] 안정성은 일반적으로 무거운 원소에서 감소하며,[10] 특히 퀴륨(Z=96)을 넘어서면서 더욱 불안정해진다.[11] 핵의 반감기는 중성자-양성자 비율이 불균형하여, 생성된 핵이 안정하기에는 너무 적거나 너무 많은 중성자를 가질 때 감소한다.[12]



1990년대 초반부터의 연구에 따르면, 초중원소는 완전히 구형인 핵을 갖지 않는다.[136] 핵의 모양이 변하면 껍질 안의 중성자와 양성자의 위치가 바뀐다. 최근 연구에 따르면, 큰 핵이 변형되어 마법수를 구형의 것과 비교하여 변화시킨다. 현재의 이론적 조사에 따르면 ''Z'' = 106–108 및 ''N'' ≈ 160–164 영역에서는 변형된 원자핵에 대한 껍질 효과의 결과로 원자핵이 핵분열에 대해 더 강한 저항력을 가지며, 따라서 그러한 초중핵은 알파 붕괴만 겪을 것이라는 것이 밝혀졌다.[141][142][143] 하슘-270은 현재 이중 마법 변형 핵이며, 변형 마법수 ''Z'' = 108, ''N'' = 162로 여겨진다.[137][138]

3. 2. 마법수

핵 껍질 모형에서 닫힌 껍질을 갖는 핵의 양성자 수 또는 중성자 수를 마법수라고 하며, 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 등이 알려져 있다.[56][22] 양성자는 이러한 마법수 중 처음 6개를 공유하며,[23] 126은 1940년대부터 마법 양성자 수로 예측되어 왔다.[24] 중성자에 대한 다음 마법수는 184로 예측된다.[56][22]

알려진 및 예측된 양성자 껍질의 에너지 준위를 보여주는 다이어그램 (왼쪽과 오른쪽은 두 가지 다른 모델을 보여줌).


각각의 마법수를 가진 핵종—예: 16O (''Z'' = 8, ''N'' = 8), 132Sn (''Z'' = 50, ''N'' = 82), 및 208Pb (''Z'' = 82, ''N'' = 126)—는 "이중 마법"이라고 불리며 더 큰 결합 에너지의 결과로 인접한 핵종보다 더 안정적이다.[25][26]

안정성의 섬 중심부에 대한 예측은 다양하지만, 일반적으로 원자 번호 114, 120, 126 부근, 중성자 수 184 부근이 유력한 후보로 거론된다.[56][31][43][32] 1960년대 후반, 하이너 멜드너는 쿨롱 반발을 고려한 모형을 통해 다음 양성자 마법수가 126 대신 114일 수 있다고 예측했다.[29]

1990년대 초반부터의 연구에 따르면, 초중원소는 완전히 구형인 핵을 갖지 않는다.[136] 핵의 모양이 변하면 껍질 안의 중성자와 양성자의 위치가 바뀐다. 최근 연구에 따르면, 큰 핵이 변형되어 마법수를 구형의 것과 비교하여 변화시킨다. 현재의 이론적 조사에 따르면 ''Z'' = 106–108 및 ''N'' ≈ 160–164 영역에서는 변형된 원자핵에 대한 껍질 효과의 결과로 원자핵이 핵분열에 대해 더 강한 저항력을 가지며, 따라서 그러한 초중핵은 α붕괴만 겪을 것이다.[141][142][143] 하슘-270은 현재 이중 마법 변형 핵이며, 변형 마법수 ''Z'' = 108, ''N'' = 162로 여겨진다.[137][138] ''N'' = 162 근처에서 인접한 하슘과 시보귬 동위원소의 붕괴 특성 결정은, 변형 핵에서의 상대적 안정 영역에 대한 더욱 강력한 증거를 제공해준다.[125]

3. 3. 예측되는 붕괴 특성

안정성의 섬에 있는 핵종의 반감기는 아직 발견되지 않았기 때문에 정확히 알려져 있지 않다. 많은 물리학자들은 이 핵종의 반감기가 비교적 짧아 수 분에서 수 일 정도일 것으로 생각한다.[60] 그러나 일부 이론적 계산에 따르면 100년 정도,[4][49] 또는 109년[40]까지 길어질 수 있다는 예측도 있다.

''N'' = 184에서의 껍질 닫힘은 알파 붕괴와 자발 핵분열에 대해 더 긴 부분 반감기를 초래할 것으로 예측된다.[4] 껍질 닫힘은 298Fl 주변의 핵종에 대해 더 높은 핵분열 장벽을 초래하여 핵분열을 강력하게 방해하고, 핵분열 반감기가 껍질 닫힘의 영향을 받지 않는 핵종보다 30배나 더 길어질 수 있다고 생각된다.[29][69] 예를 들어, 중성자 부족 동위원소 284Fl (''N'' = 170)은 반감기가 2.5밀리초로 핵분열을 겪으며, ''N'' = 184 껍질 닫힘 근처에서 증가된 안정성을 가진 가장 중성자 부족 핵종 중 하나로 여겨진다.[70]

섬의 중심에서는 알파 붕괴와 자발적 핵분열 사이의 경쟁이 있을 수 있지만, 정확한 비율은 모델에 따라 다르다.[4] 가장 오래 사는 핵종은 베타 붕괴가 섬의 예측 중심 근처, 특히 원소 111–115의 동위원소에 대해 다른 붕괴 모드와 경쟁할 것으로 예측되기 때문에 베타 안정성 선에 있을 것으로 예측된다.

여러 모델에서 섬의 중심(가장 오래 사는 핵종)은 298Fl보다 낮은 원자 번호로 이동하고, 알파 붕괴와 자발적 핵분열 간의 경쟁을 나타낸다.[80] 여기에는 291Cn 및 293Cn에 대한 100년 반감기,[49][81] 296Cn에 대한 1000년 반감기,[49] 294Ds에 대한 300년 반감기,[69] 293Ds에 대한 3500년 반감기[82][83]가 있으며, 294Ds와 296Cn은 정확히 ''N'' = 184 껍질 닫힘에 있다.

4. 합성 및 어려움

안정성의 섬에 있는 원소를 합성하는 것은 매우 어렵다. 현재 기술로는 안정성의 섬 중심부에 도달하기 위해 필요한 만큼 충분한 중성자를 가진 핵을 만들기 어렵기 때문이다.[97][96][106]

이러한 어려움을 해결하기 위해 다음과 같은 방법들이 연구되고 있다.


  • 방사성 이온 빔 사용: 방사성 이온 빔을 악티늄족 표적과 결합하는 방법이 연구되고 있지만, 현재 이러한 빔은 필요한 강도로 사용할 수 없다.[97][96][106]
  • 더 무거운 동위원소 표적 사용: 250Cm 및 254Es와 같이 더 무거운 동위원소를 표적으로 사용하여, 알려진 동위원소보다 1~2개의 중성자가 더 많은 동위원소를 생산하는 방법이 연구되고 있다.[97] 그러나 이러한 희귀 동위원소 수 밀리그램을 생산하여 표적을 만드는 것은 어렵다.[98]
  • 48Ca 유도 융합-증발 반응의 대체 채널 탐색: 더 낮은 들뜸 에너지를 가지거나 하전 입자(프로톤, 알파 입자)를 증발시키는 채널(''pxn'', ''αxn'')을 통해 원소 111–117의 중성자 농축 동위원소를 합성하는 방법이 연구되고 있다.[99] 예측된 단면적은 1–900 fb 정도로, 중성자만 증발하는 ''xn'' 채널보다 작지만, 다른 방법으로는 도달할 수 없는 초중원소 동위원소를 생성할 수 있다.[99][100][101]
  • 다핵자 이동 반응: 악티늄족 핵(238U, 248Cm 등)의 저에너지 충돌에서 다핵자 이동 반응을 통해 298Fl과 같은 안정성의 섬 동위원소를 생성하는 방법이 연구되고 있다.[96]


이러한 방법들에도 불구하고 안정성의 섬 중심부에 있는 핵종들은 아직 발견되지 않았다. 이는 생성 단면적이 매우 작고, 반감기가 짧아 실험적으로 검출하기 어렵기 때문으로 여겨진다.

4. 1. 합성 방법

안정성의 섬 원소를 합성하는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 중이온 가속기를 이용한 핵융합 반응이다. 이 방법은 무거운 표적 핵(예: 248Cm)에 가벼운 이온 빔(예: 48Ca)을 충돌시켜 융합-증발 반응을 일으킨다. 하지만 안정성의 섬에 있는 핵을 만들기 위해서는 시작 물질로 사용할 수 있는 핵이 필요한 중성자의 합을 제공하지 않기 때문에 매우 어렵다.[97][96][106]

이러한 어려움을 해결하기 위해 다음과 같은 방법들이 연구되고 있다.

  • 방사성 이온 빔(예: 44S)을 악티나이드 표적(예: 248Cm)과 결합하여 안정성의 섬 중심에 더 가까운 중성자 과잉 핵을 생산하는 방법이 연구되고 있으나, 현재 이러한 빔은 실험에 필요한 강도로 사용할 수 없다.[97][96][106]
  • 250Cm 및 254Es와 같은 더 무거운 동위원소를 표적으로 사용하여, 알려진 동위원소보다 1~2개의 중성자가 더 많은 동위원소를 생산할 수 있지만,[97] 이러한 희귀 동위원소 수 밀리그램을 생산하여 표적을 만드는 것은 어렵다.[98]
  • 48Ca 유도 융합-증발 반응에서 더 낮은 들뜸 에너지를 갖거나 하전 입자를 증발시키는 대체 반응 채널(''pxn'', ''αxn'')을 탐구하여 원소 111–117의 중성자 농축 동위원소를 합성하는 방법이 연구되고 있다.[99][100] 예측된 단면적은 1–900 fb 정도이지만, 중성자만 증발하는 ''xn'' 채널보다 작아도 이러한 반응에서 도달할 수 없는 초중원소 동위원소를 생성할 수 있다.[99][100][101]
  • 일부 무거운 동위원소(예: 291Mc, 291Fl, 291Nh)는 알파 붕괴 외에도 비교적 긴 반감기를 가진 전자 포획을 거쳐 안정성의 섬 중심에 가까이 있다고 예측되는 291Cn과 같은 핵으로 붕괴될 수 있다. 그러나 베타 안정선 근처의 초중원소가 아직 합성되지 않았고, 그 특성에 대한 예측이 달라 가설 단계에 머물러 있다.[1][97]


두 번째 방법은 전이 반응이다. 298Fl과 같은 안정성의 섬에 있는 동위원소는 악티나이드 핵(238U 및 248Cm 등)의 저에너지 충돌에서 일어나는 전이 반응을 통해 생성할 수도 있다.[96] 이 역 유사분열 메커니즘[103]은 ''Z'' = 114 주변의 껍질 효과가 충분히 강하다면 안정성의 섬으로 가는 경로를 제공할 수 있지만, 노벨륨과 시보르기움( ''Z'' = 102–106)과 같은 더 가벼운 원소가 더 높은 수율을 가질 것으로 예측된다.[97][104]

4. 2. 어려움

안정성의 섬 중심부에 도달하기 위해서는 매우 많은 중성자를 가진 핵을 만들어야 하는데, 현재의 기술로는 이러한 핵을 합성하는 것이 매우 어렵다.[97][96][106] 이를 위해 다음과 같은 방법들이 연구되고 있다.

  • 방사성 이온 빔 사용: 방사성 이온 빔을 악티늄족 표적과 결합하는 방법이 연구되고 있지만, 현재 이러한 빔은 필요한 강도로 사용할 수 없다.[97][96][106]
  • 더 무거운 동위원소 표적 사용: 250Cm 및 254Es와 같이 더 무거운 동위원소를 표적으로 사용하여, 알려진 동위원소보다 1~2개의 중성자가 더 많은 동위원소를 생산하는 방법이 연구되고 있다.[97] 그러나 이러한 희귀 동위원소 수 밀리그램을 생산하여 표적을 만드는 것은 어렵다.[98]
  • 48Ca 유도 융합-증발 반응의 대체 채널 탐색: 더 낮은 들뜸 에너지를 가지거나 하전 입자(프로톤, 알파 입자)를 증발시키는 채널(''pxn'', ''αxn'')을 통해 원소 111–117의 중성자 농축 동위원소를 합성하는 방법이 연구되고 있다.[99] 예측된 단면적은 1–900 fb 정도로, 중성자만 증발하는 ''xn'' 채널보다 작지만, 다른 방법으로는 도달할 수 없는 초중원소 동위원소를 생성할 수 있다.[99][100][101]
  • 다핵자 이동 반응: 악티늄족 핵(238U, 248Cm 등)의 저에너지 충돌에서 다핵자 이동 반응을 통해 298Fl과 같은 안정성의 섬 동위원소를 생성하는 방법이 연구되고 있다.[96]


이러한 방법들에도 불구하고 안정성의 섬 중심부에 있는 핵종들은 아직 발견되지 않았다. 이는 생성 단면적이 매우 작고, 반감기가 짧아 실험적으로 검출하기 어렵기 때문으로 여겨진다.

5. 다른 안정성의 섬

안정성의 주 섬 외에도, ''Z'' = 112–114 부근의 추가적인 전자 껍질 닫힘은 더 무거운 원소 영역에서 추가적인 안정성의 섬을 만들 가능성이 있다. 다음 마법수의 위치에 대한 예측은 상당한 차이를 보이지만, 두 개의 주요 섬이 더 무거운 이중 마법 핵 근처에 존재할 것으로 예상된다. 첫 번째는 354126 (중성자 228개) 근처, 두 번째는 472164 또는 482164 (각각 중성자 308개, 318개) 근처이다.[29][69][108] 이 두 개의 안정성 섬 내의 핵종은 특히 자발 핵분열에 저항할 수 있으며, 수년 단위로 측정 가능한 알파 붕괴 반감기를 가질 수 있어 플레로븀 근처의 원소와 비슷한 안정성을 갖는다.[29]

이러한 무거운 핵 내의 양성자 간의 훨씬 더 큰 전자기적 반발은 안정성을 크게 감소시키고, 껍질 효과 근처의 국소적인 섬으로만 존재하도록 제한할 수 있다.[110] 이는 이러한 섬이 중간 핵종과 "불안정의 바다"에 있는 원소들이 빠르게 핵분열을 겪어 사실상 존재하지 않기 때문에, 주요 핵종 도표로부터 고립되는 결과를 초래할 수 있다.[108] 또한 원소 126 근처의 상대적 안정 영역을 넘어서면, 더 무거운 핵은 액체 방울 모델에 의해 주어진 핵분열 임계값을 넘어 존재하여 매우 짧은 수명으로 핵분열을 겪을 수 있으며, 더 큰 마법수 근처에서도 사실상 존재하지 않게 될 수 있다.[111]

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