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플레로븀 동위 원소

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목차

1. 개요

플레로븀은 방사성을 띠는 7개의 동위 원소가 알려져 있다. 플레로븀 동위 원소는 질량수, 반감기, 붕괴 방식, 붕괴 생성물, 핵 스핀 등의 특징을 가지며, 핵합성을 통해 생성된다. 저온 핵융합 및 고온 핵융합 반응을 통해 플레로븀 동위 원소를 합성할 수 있으며, 붕괴 생성물은 리버모륨과 오가네손의 붕괴 사슬에서 관찰된다. 플레로븀 동위 원소의 핵분열 특성과 알파 붕괴 반감기에 대한 이론적 계산이 이루어졌으며, 특히 298Fl은 안정성의 섬 중심에 위치할 것으로 예측된다.

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플레로븀 동위 원소
일반 정보
원자 번호114
중성자 수170-176
핵종
플레로븀-284na: 합성
반감기: 2.5 밀리초
붕괴 방식:
SF
α (코페르니슘-280)
모핵종: 플레로븀-288
플레로븀-285na: 합성
반감기: 100 밀리초
붕괴 방식: α (코페르니슘-281)
플레로븀-286na: 합성
반감기: 105 밀리초
붕괴 방식:
α (코페르니슘-282) (55%)
SF (45%)
플레로븀-287na: 합성
반감기: 360 밀리초
붕괴 방식:
α (코페르니슘-283)
ε? (니호늄-287)
플레로븀-288na: 합성
반감기: 653 밀리초
붕괴 방식: α (코페르니슘-284)
플레로븀-289na: 합성
반감기: 2.1 초
붕괴 방식: α (코페르니슘-285)
플레로븀-290na: 합성
반감기: 19 초?
붕괴 방식:
EC (니호늄-290)
α (코페르니슘-286)

2. 플레로븀 동위 원소

플레로븀은 현재까지 7개의 동위 원소가 알려져 있으며, 모두 방사성을 띤다.

핵종Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
284Fl[8]114170284.18119(70)#3.1(13) msSF, α[9](다양),280Cn0+
285Fl114171285.18364(47)#125 msα281Cn3/2+#
286Fl[52]114172286.18424(71)#130 msSF (60%)[53], α (40%)다양함, 282Cn0+
287Fl114173287.18678(66)#510(+180-100) msα283Cn
287mFl[54]1141735.5sα283Cn
288Fl114174288.18757(91)#0.8(+27-16) sα284Cn0+
289Fl114175289.19042(60)#2.6(+12-7) sα285Cn5/2+#
289mFl[54]1141751.1 minα285Cn
290Fl[10]114176290.19188(75)#19 s?EC, α290Nh, 286Cn0+


2. 1. 플레로븀 동위 원소 목록

기호Z(p)N(n) 
동위 원소 질량 (u)
 반감기붕괴
방식[51]붕괴
생성물핵
스핀들뜬 에너지284Fl[8]114170284.18119(70)#3.1(13) msSF(다양)0+α[9]280Cn285Fl114171285.18364(47)#125 msα281Cn3/2+#286Fl[52]114172286.18424(71)#130 msSF (60%)[53]다양함0+α (40%)282Cn287Fl114173287.18678(66)#510(+180-100) msα283Cn287mFl[54]colspan=3|5.5sα283Cn288Fl114174288.18757(91)#0.8(+27-16) sα284Cn0+289Fl114175289.19042(60)#2.6(+12-7) sα285Cn5/2+#289mFl[54]colspan=3|1.1 minα285Cn290Fl[10]114176290.19188(75)#19 s?EC290Nh0+α286Cn

2. 2. 핵합성

2. 2. 1. 저온 핵융합

''이 절에서는 소위 "저온" 핵융합 반응에 의한 플레로븀 핵의 합성에 대해 다룬다. 이는 낮은 여기 에너지(10–20 MeV, 따라서 "저온")에서 복합 핵을 생성하는 과정으로, 핵분열로부터의 생존 확률을 높인다. 여기된 핵은 그 후 1개 또는 2개의 중성자만 방출하여 바닥 상태로 붕괴된다.''

발사체표적CN1n2n3n
76Ge208Pb284Fl1.2 pb 미만


2. 2. 2. 고온 핵융합

이 문단은 이른바 "핫" 핵융합 반응을 통해 플레로븀 핵을 합성하는 것에 대해 다룬다. 이는 높은 여기 에너지(~40–50 MeV, 따라서 "핫")에서 복합 핵을 생성하는 과정으로, 핵분열로부터의 생존 확률을 감소시킨다. 여기된 핵은 3–5개의 중성자를 방출하여 바닥 상태로 붕괴된다. 칼슘-48/Calcium-48영어 핵을 이용한 핵융합 반응은 일반적으로 중간 여기 에너지(~30–35 MeV)를 가진 복합 핵을 생성하며, 때로는 "온" 핵융합 반응이라고도 한다. 이는 부분적으로 이러한 반응으로부터 비교적 높은 수율을 얻는 결과를 가져온다.

발사체표적CN2n3n4n5n
48Ca242Pu290Fl0.5 pb, 32.5 MeV3.6 pb, 40.0 MeV4.5 pb, 40.0 MeV<1.4 pb, 45.0 MeV
48Ca244Pu292Fl1.7 pb, 40.0 MeV5.3 pb, 40.0 MeV1.1 pb, 52.0 MeV


2. 2. 3. 붕괴 생성물

플레로븀의 대부분의 동위 원소는 리버모륨과 오가네손의 붕괴 사슬에서도 관찰되었다.

증발 잔류물관찰된 플레로븀 동위 원소
294Lv ??290Fl ?
293Lv289Fl[21]
292Lv288Fl[21]
291Lv287Fl[16]
294Og, 290Lv286Fl
288Lv284Fl


2. 2. 4. 동위 원소 발견 연대표

wikitable

동위 원소발견 연도발견 반응
284Fl2015239Pu(48Ca,3n)
285Fl2010242Pu(48Ca,5n)
286Fl2002249Cf(48Ca,3n)
287Fl2002244Pu(48Ca,5n)
288Fl2002244Pu(48Ca,4n)
289Fl1999244Pu(48Ca,3n)
290Fl ?1998244Pu(48Ca,2n)


2. 3. 핵 이성질체

2. 3. 1. 289Fl

플레로븀의 첫 번째 합성으로 주장된 실험에서, 289Fl로 지정된 동위 원소는 9.71 MeV 알파 입자를 방출하며 30초의 반감기를 가지고 붕괴했다. 이러한 현상은 이 동위 원소를 직접 합성하는 반복 실험에서는 관찰되지 않았다.[6] 그러나 293Lv의 합성 실험에서 단 한 번의 경우, 9.63 MeV 알파 입자를 방출하며 2.7분의 수명을 가지는 붕괴 연쇄가 측정되었다. 모든 후속 붕괴는 289Fl에서 관찰된 것과 매우 유사하며, 모핵종의 붕괴가 간과되었을 것으로 추정된다. 이는 이 방사능이 이성질체 준위에 할당되어야 함을 강력하게 시사한다.[6] 최근 실험에서 이 방사능이 관찰되지 않은 것은 이성질체의 수율이 기저 상태에 비해 ~20%에 불과하며, 첫 번째 실험에서의 관찰은 운이 좋았던 것임을 나타낸다 (혹은 상황에 따라 그렇지 않을 수도 있다). 이러한 문제들을 해결하기 위해 추가 연구가 필요하다.[6]

이러한 붕괴가 290Fl에 의한 것일 가능성도 있는데, 이는 초기 실험에서 빔 에너지가 2n 채널을 가능하게 할 정도로 낮게 설정되었기 때문이다. 이 할당은 290Nh로의 미검출 전자 포획을 가정해야 하는데, 그렇지 않으면 모든 290Fl의 딸핵종들이 짝수-짝수 핵종인 경우 자발 핵분열로의 긴 반감기를 설명하기 어렵기 때문이다. 이는 이전의 이성질체 289mFl, 285mCn, 281mDs 및 277mHs가 실제로 290Nh (290Fl의 전자 포획이 현재 검출기가 이 붕괴 모드에 민감하지 않아 간과됨), 286Rg, 282Mt 및 자발 핵분열을 하는 278Bh일 수 있음을 시사하며, 이는 지금까지 알려진 가장 중성자 과잉 초중원소 동위 원소를 생성한다. 이 연쇄는 베타 안정성 선을 향해 초중원소 핵에 중성자가 추가됨에 따라 반감기가 증가하는 체계적인 경향에 잘 부합하며, 이 연쇄는 그 근처에서 종료될 것이다. 리버모륨 모핵종은 294Lv로 할당될 수 있으며, 이는 모든 알려진 핵종 중에서 가장 높은 중성자 수(178)를 갖지만, 이러한 모든 할당은 244Pu+48Ca 및 248Cm+48Ca 반응에서 2n 채널에 도달하는 것을 목표로 하는 실험을 통해 추가적인 확인이 필요하다.[6]

2. 3. 2. 287Fl

289Fl과 유사하게, 242Pu 표적을 사용한 최초의 실험에서 10.29 MeV 알파 입자를 방출하며 5.5초의 수명을 갖는 동위 원소 287Fl이 확인되었다. 이 딸핵종은 이전에 283Cn의 합성과 일치하는 수명으로 자발적 핵분열을 일으켰다. 이 두 가지 활동은 그 이후로 관찰되지 않았다(코페르니슘 참조). 그러나 상관관계는 결과가 무작위적이지 않으며 수율이 생산 방법에 명백히 의존적인 이성질체의 형성에 기인할 수 있음을 시사한다. 이러한 불일치를 해결하기 위해 추가 연구가 필요하다. 또한 이 활동은 287Fl 잔류물의 전자 포획에 기인하며 실제로 287Nh와 그 딸핵종 283Rg에서 비롯되었을 가능성도 있다.[5]

738px

2. 4. 핵분열 특성

2000년에서 2004년 사이에 러시아 두브나에 있는 플레로프 핵반응 연구소에서 292Fl 화합물 핵의 핵분열 특성을 연구하는 여러 실험이 수행되었다. 사용된 핵 반응은 244Pu+48Ca였다. 그 결과는 이와 같은 핵이 닫힌 껍질/closed shell영어 핵인 132Sn (Z = 50, N = 82)을 방출하며 주로 핵분열하는 경향을 보였다. 또한 48Ca과 58Fe 투사체 간에 융합-핵분열 경로의 수율이 유사하다는 것이 밝혀져, 초중원소 생성에 58Fe 투사체의 미래 활용 가능성을 시사했다.

2. 5. 이론적 계산

2. 5. 1. 증발 잔류 단면적

표적발사체CN채널 (생성물)σmax모델참고
208Pb76Ge284Fl1n (283Fl)60 fbDNS
208Pb73Ge281Fl1n (280Fl)0.2 pbDNS
238U50Ti288Fl2n (286Fl)60 fbDNS
238U48Ti286Fl2n (284Fl)45.1 fbDNS
244Pu48Ca292Fl4n (288Fl)4 pbMD
242Pu48Ca290Fl3n (287Fl)3 pbMD
250Cm40Ar290Fl4n (286Fl)79.6 fbDNS
248Cm40Ar288Fl4n (284Fl)35 fbDNS



다음 표는 다양한 표적-발사체 조합에 대한 계산을 통해 얻은, 다양한 중성자 증발 채널에서의 단면적 수율 추정치를 담고 있다. 예상 수율이 가장 높은 채널을 나타낸다.

2. 5. 2. 붕괴 특성

플레로븀 동위 원소의 알파 붕괴 반감기에 대한 이론적 추정치는 실험 데이터를 뒷받침한다. 핵분열에서 살아남은 동위 원소 298Fl은 알파 붕괴 반감기가 약 17일로 예측된다.[36][37]

2. 6. 안정성의 섬과 298Fl

거시-미시(MM) 이론에 따르면, ''Z'' = 114는 다음 마법수가 될 수 있다.[38][39] ''Z'' = 114 영역에서, MM 이론은 ''N'' = 184가 다음 구형 중성자 마법수이며, 208Pb (''Z'' = 82, ''N'' = 126) 다음으로 298Fl 핵을 다음 구형 이중 마법 핵의 강력한 후보로 제시한다. 298Fl은 수명이 더 긴 초중원소 핵으로 구성된 가상의 "안정성 섬"의 중심에 위치한다고 여겨진다. 그러나 상대론적 평균장(RMF) 이론을 사용한 다른 계산에서는 선택된 매개변수 세트에 따라 ''Z'' = 120, 122, 126을 대체 양성자 마법수로 제안하며, 일부는 ''Z'' = 114 또는 ''N'' = 184를 완전히 생략한다.[38][39] 특정 양성자 껍질에서의 피크 대신, ''Z'' = 114–126 범위에서 양성자 껍질 효과의 평원이 존재할 수도 있다.298Fl 근처의 안정성 섬은 구성 핵의 안정성을 향상시키는 것으로 예측되며, 특히 껍질 닫힘 근처의 더 큰 핵분열 장벽 높이로 인해 자발 핵분열에 대한 안정성이 향상될 것으로 예측된다.[38][40] 예상되는 높은 핵분열 장벽으로 인해, 이 안정성 섬 내의 모든 핵은 알파 붕괴로만 붕괴될 것이며, 따라서 가장 긴 반감기를 가진 핵은 298Fl일 수 있다; 이 핵의 반감기에 대한 예측은 수 분에서 수십억 년까지 다양하다.[41] 그러나 가장 오래 사는 핵종이 298Fl이 아닌, 297Fl (''N'' = 183)일 가능성이 있으며, 후자의 핵종의 짝을 이루지 않은 중성자가 추가적인 안정성을 부여할 수 있다.[42] 다른 계산에서는 안정성이 ''N'' = 184 근처의 베타-안정 다름슈타튬 또는 코페르니슘 동위원소에서 최고조에 달하며 (반감기는 수백 년), 플레로븀은 안정성 영역의 상한선에 있다고 제안한다.[40][43]

핵종 298Fl의 직접적인 핵합성 경로는 현재 기술로는 불가능하다. 이용 가능한 어떠한 표적과 발사체의 조합으로도 안정성의 섬 내에 충분한 중성자를 가진 핵종을 만들 수 없으며, (44S와 같은) 방사성 빔은 실험을 수행할 수 있을 만큼 충분한 세기로 생성될 수 없기 때문이다.[43]

2. 6. 1. 298Fl 합성의 어려움

핵종 298Fl의 직접적인 핵합성 경로는 현재 기술로는 불가능하다. 이용 가능한 어떠한 표적과 발사체의 조합으로도 안정성의 섬 내에 충분한 중성자를 가진 핵종을 만들 수 없으며, (44S와 같은) 방사성 빔은 실험을 수행할 수 있을 만큼 충분한 세기로 생성될 수 없기 때문이다.[43]

참조

[1] 간행물 Synthesis of superheavy nuclei at limits of stability: 239,240Pu + 48Ca and 249–251Cf + 48Ca reactions http://cyclotron.tam[...]
[2] 논문 Experiments on the synthesis of superheavy nuclei 284Fl and 285Fl in the 239,240Pu + 48Ca reactions 2015-09-15
[3] 논문 Neutron-deficient superheavy nuclei obtained in the 240Pu+48Ca reaction 2018-01-30
[4] 논문 Investigation of 48Ca-induced reactions with 242Pu and 238U targets at the JINR Superheavy Element Factory
[5] 간행물 Remarks on the Fission Barriers of SHN and Search for Element 120
[6] 논문 Review of even element super-heavy nuclei and search for element 120 2016
[7] 논문 Study of the Reaction 48Ca + 248Cm → 296Lv* at RIKEN-GARIS 2017
[8] 간행물 Synthesis of superheavy nuclei at limits of stability: 239,240Pu + 48Ca and 249–251Cf + 48Ca reactions http://cyclotron.tam[...]
[9] 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
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[11] PDF https://www.epj-conf[...] 2022-03-01
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[13] 논문 Les éléments superlourds https://core.ac.uk/d[...] 1975
[14] 논문 Synthesis of Superheavy Nuclei in the 48Ca+ 244Pu Reaction
[15] 논문 Synthesis of superheavy nuclei in the 48Ca+244Pu reaction: 288Fl
[16] 논문 Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions 244Pu(48Ca,xn)292−xFl and 245Cm(48Ca,xn)293−x116 http://link.aps.org/[...]
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[21] 웹사이트 Measurements of cross sections and decay properties of the isotopes of elements 112, 114, and 116 produced in the fusion reactions 233,238U , 242Pu , and248Cm+48Ca http://www.jinr.ru/p[...] 2008-05-28
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[23] 논문
[36] 논문 Search for long lived heaviest nuclei beyond the valley of stability
[37] 논문 Nuclear half-lives for α-radioactivity of elements with 100 ≤ Z ≤ 130
[38] 논문 Superheavy elements - the quest in perspective http://inspirehep.ne[...] 1977
[39] 논문 Single-Particle Levels of Spherical Nuclei in the Superheavy and Extremely Superheavy Mass Region https://www.research[...] 2013
[40] 간행물 Decay modes and a limit of existence of nuclei in the superheavy mass region http://tan11.jinr.ru[...] 2011
[41] 서적 Superheavy Elements: Proceedings of the International Symposium on Superheavy Elements Pergamon Press 1978-03
[42] 논문 Predictions of alpha decay half lives of heavy and superheavy elements
[43] 간행물 Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years? http://iopscience.io[...] IOP Science 2013
[44] 논문 Synthesis of superheavy nuclei: A search for new production reactions
[45] 간행물 Perspectives of SHE research at Dubna https://indico.gsi.d[...] 2016-03
[46] 웹사이트 http://www.nucleonic[...]
[47] 문서 SF:[[自発核分裂]]
[48] 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。
[49] 문서 自発核分裂が確認されている中で、最も重い同位体である。
[50] 문서 核異性体の存在は未確定。
[51] 문서 약자:
SF: [[자발 핵분열]]
[52] 문서 직접 합성되지 않고 294[[오가네손|Og]]의 [[붕괴 계열]] 상에 존재한다.
[53] 문서 발견된 핵종 중 [[자발 핵분열]]을 하는 가장 무거운 [[원자핵|핵종]]이다.
[54] 문서 존재 여부가 불확실한 [[이성질핵]]


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