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노벨륨 동위 원소

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목차

1. 개요

노벨륨은 인공적으로 합성된 원소로, 원자 번호 102번을 가지며, 146~162개의 중성자를 가진 방사성 동위 원소들이 알려져 있다. 노벨륨 동위 원소는 모두 방사성으로, 다양한 붕괴 방식을 통해 다른 원소로 변환된다. 이들 동위 원소는 주로 저온 핵융합 및 고온 핵융합 반응을 통해 합성되며, 핵이성질체 현상을 보이기도 한다. 노벨륨 동위 원소는 알파 붕괴, 베타 붕괴, 자발 핵분열 등을 통해 붕괴하며, 붕괴 생성물은 해당 동위 원소의 종류에 따라 다르다.

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노벨륨 동위 원소
노벨륨 동위 원소 표
원소 기호No
핵종
253Nona: 합성
hl: 1.6분
dm1: α
perc1: 55%
link1: 249Fm
pn1: 249
ps1: Fm
dm2: β+
perc2: 45%
link2: 253Md
pn2: 253
ps2: Md
254Nona: 합성
hl: 51초
dm1: α
perc1: 90%
link1: 250Fm
pn1: 250
ps1: Fm
dm2: β+
perc2: 10%
link2: 254Md
pn2: 254
ps2: Md
255Nona: 합성
hl: 3.5분
dm1: α
perc1: 61%
link1: 251Fm
pn1: 251
ps1: Fm
dm2: β+
perc2: 39%
link2: 255Md
pn2: 255
ps2: Md
257Nona: 합성
hl: 25초
dm1: α
perc1: 99%
link1: 253Fm
pn1: 253
ps1: Fm
dm2: β+
perc2: 1%
link2: 257Md
pn2: 257
ps2: Md
259Nona: 합성
hl: 58분
dm1: α
perc1: 75%
link1: 255Fm
pn1: 255
ps1: Fm
dm2: ε
perc2: 25%
link2: 259Md
pn2: 259
ps2: Md
dm3: SF
perc3: "<10%"
pn3:
ps3: "-"

2. 노벨륨 동위 원소 목록

노벨륨은 표준 원자량이 없는 인공 원소이므로, 가장 안정적인 동위 원소인 259No의 질량수 259를 사용한다. 현재까지 알려진 노벨륨의 방사성 동위 원소는 총 12가지이며, 그중 가장 안정적인 것은 반감기가 58분인 259No이다. 아직 발견되지 않은 261No와 263No는 더 긴 반감기를 가질 것으로 예측된다. 핵 이성질체는 250No, 251No, 252No, 253No, 254No, 255No, 256No에서 발견되었다.

아래 표는 노벨륨 동위 원소들의 발견 연대기와 사용된 핵반응을 보여준다.

동위 원소발견 연도발견 반응
249No2020204Pb(48Ca,3n)
250Nom2001204Pb(48Ca,2n)
250Nog2006204Pb(48Ca,2n)
251No1967244Cm(12C,5n)
252Nog1959244Cm(12C,4n)
252Nom~2002206Pb(48Ca,2n)
253Nog1967242Pu(16O,5n),239Pu(18O,4n)
253Nom1971249Cf(12C,4n)
254Nog1966243Am(15N,4n)
254Nom11967?246Cm(13C,5n),246Cm(12C,4n)
254Nom2~2003208Pb(48Ca,2n)
255No1967246Cm(13C,4n),248Cm(12C,5n)
256No1967248Cm(12C,4n),248Cm(13C,5n)
257No1961?, 1967248Cm(13C,4n)
258No1967248Cm(13C,3n)
259No1973248Cm(18O,α3n)
260No1985254Es + 22Ne,18O,13C – 전달
262No1988254Es + 22Ne – 전달 (262Lr의 EC)


2. 1. 핵종 표

기호Z
(p)N
(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[16][17]붕괴 생성물핵 스핀들뜬 에너지 (keV)방식비율 (%)248No102146248.08662(24)#<2 μs???0+0249No[1][2]102147249.0878(3)#38.3(28) msα>99.77245Fm5/2+0SF<0.23(다양)250No[3]102148250.08756(22)#4.0(4) μsSF>99(다양)0+0α<1246Fm250m1No102148250.08756(22)#23(4) μsIT>96.5250No(6+)~1250SF<3.5(다양)250m2No102148250.08756(22)#0.7(+1.4−0.3) μsIT100250m1No??251No[4]102149251.088945(4)[5]0.80(1) sα91[4]247Fm(7/2+)0β+9251MdSF0.14(다양)251m1No102149251.088945(4)[5]1.02(3) sα?247mFm(1/2+)105(3)[6]β+??251Md251m2No102149251.088945(4)[5]~2 μsIT100251No?>1700252No[7]102150252.088967(10)2.42(6) sα70.1248Fm0+0SF29.1(다양)β+0.8252Md252m1No102150252.088967(10)100(3) msIT100252No(8−)1254252m2No102150252.088967(10)921(118) μsIT100252No??253No102151253.090564(7)1.57(2) minα55249Fm(9/2−)0β+45253MdSF희귀(다양)253m1No102151253.090564(7)30.3(1.6) μsIT100253No(5/2+)167.5(5)253m2No102151253.090564(7)706(24) μsIT100253No19/2+#1196(107)253m3No102151253.090564(7)552(15) μsIT100253No25/2+#1256(113)254No102152254.090956(11)51.2(4) sα90250Fm0+0β+10254MdSF0.17(다양)254m1No102152254.090956(11)264.9(1.4) msIT98.0254No(8−)1296.4(1.1)SF2.0(다양)α<1250Fm254m2No102152254.090956(11)184(3) μsIT>98.8254m1No16+#3217(300)#SF<1.2(다양)255No[8]102153255.093191(16)3.52(18) minα61.4251Fm1/2+0β+38.6255Md255m1No102153255.093191(16)109(9) μsIT100255No(11/2−)240–300255m2No102153255.093191(16)77(6) μsIT100255m1No(19/2,21/2,23/2)1400–1600255m3No102153255.093191(16)1.2(+0.6−0.4) μsIT100255m1No(≥19/2)≥1500256No[9]102154256.094283(8)2.91(5) sα99.47252Fm0+0SF0.53(다양)EC희귀256Md256mNo[10]102154256.094283(8)7.8(+8.3−2.6) μsIT100256No(5−,7−)?257No[11]102155257.096888(7)24.5(5) sα>99253Fm(3/2+)0β+<1257Md258No102156258.09821(11)#1.23(12) msSF>99.99(다양)0+0α<0.01254Fm259No102157259.10103(11)#58(5) minα75255Fm9/2+0EC25259MdSF<10[12](다양)260No102158260.10264(22)#106(8) msSF100(다양)0+0261No102159261.10570(22)#170 minα?257Fm3/2+#0262No[13]102160262.10746(39)#~5 msSF100(다양)0+0263No102161263.11072(53)#20# minα?259Fm?0264No102162264.11273(70)#1# minα?260Fm0+0

2. 2. 설명

기호Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)들뜬 에너지 (keV)반감기붕괴
방식붕괴
생성물핵
스핀값오차단위248No102146248.08662(24)#0<2 μs0+249No[1][2]102147249.0878(3)#038.3(28) msα245페르뮴5/2+SF (<0.23%)(다수)250No[3]102148250.08756(22)#04.0(4) μsSF(다수)0+α (희귀)246페르뮴250m1No102148250.08756(22)#~1250keV23(4) μsIT250No(6+)SF (<3.5%)(다수)250m2No102148250.08756(22)#colspan="3" |0.7(+1.4-0.3) µsIT250m1No251No[4]102149251.088945(4)[5]00.80(1) sα (91%)[4]247페르뮴(7/2+)β+ (9%)251MdSF (0.14%)(다수)251m1No102149251.088945(4)[5]1053keV[6]1.02(3) sα247m페르뮴(1/2+)β+?251Md251m2No102149251.088945(4)[5]>1700keV~2 μsIT251No252No[7]102150252.088967(10)02.42(6) sα (70.1%)248페르뮴0+SF (29.1%)(다수)β+ (0.8%)252Md252m1No102150252.088967(10)1254keV100(3) msIT252No(8−)252m2No102150252.088967(10)colspan="3" |921(118) μsIT252No253No102151253.090564(7)01.57(2) minα (55%)249페르뮴(9/2−)β+ (45%)253MdSF (희귀)(다수)253m1No102151253.090564(7)167.55keV30.3(1.6) μsIT253No(5/2+)253m2No102151253.090564(7)1196107keV706(24) μsIT253No19/2+#253m3No102151253.090564(7)1256113keV552(15) μsIT253No25/2+#254No102152254.090956(11)051.2(4) sα (90%)250페르뮴0+β+ (10%)254MdSF (0.17%)(다수)254m1No102152254.090956(11)1296.41.1keV264.9(1.4) msIT (98.0%)254No(8−)SF (2.0%)(다수)α (<1%)250페르뮴254m2No102152254.090956(11)3217300#keV184(3) μsIT254m1No16+#SF (<1.2%)(다수)255No[8]102153255.093191(16)03.52(18) minα (61.4%)251페르뮴1/2+β+ (38.6%)255Md255m1No102153255.093191(16)240–300keV109(9) μsIT255No(11/2−)255m2No102153255.093191(16)1400–1600keV77(6) μsIT255m1No(19/2,21/2,23/2)255m3No102153255.093191(16)≥1500keV1.2(+0.6-0.4) µsIT255m1No(≥19/2)256No[9]102154256.094283(8)02.91(5) sα (99.47%)252페르뮴0+SF (0.53%)(다수)EC (희귀)256Md256mNo[10]102154256.094283(8)colspan="3" |7.8(+8.3-2.6) µsIT256No(5−,7−)257No[11]102155257.096888(7)024.5(5) sα253페르뮴(3/2+)β+ (희귀)257Md258No102156258.09821(11)#01.23(12) msSF(다수)0+α (희귀)254페르뮴259No102157259.10103(11)#058(5) minα (75%)255페르뮴9/2+EC (25%)259MdSF (<10%)[12](다수)260No102158260.10264(22)#0106(8) msSF(다수)0+262No[13]102160262.10746(39)#0~5 msSF(다수)0+

3. 핵합성

노벨륨은 자연계에 존재하지 않으며, 오직 입자 가속기를 이용한 인공적인 핵합성을 통해서만 생성될 수 있다.[1] 노벨륨 동위 원소를 합성하는 주요 방법으로는 크게 저온 핵융합, 고온 핵융합, 그리고 더 무거운 원소의 붕괴 생성물로 확인하는 방법이 있다.



각 합성 방법과 관련된 구체적인 핵반응 및 실험 결과는 하위 섹션에서 자세히 다룬다.

3. 1. 저온 핵융합

'''208Pb(48Ca,xn)256−xNo (x=1,2,3,4)'''

이 저온 핵융합 반응은 1979년 플레로프 핵반응 연구소(FLNR)에서 처음 연구되었다. 이후 1988년 GSI에서 수행된 추가 연구에서는 254No의 전자 포획(EC) 및 자발 핵분열(SF) 분기 비율을 측정했다. 1989년 FLNR은 이 반응을 이용하여 254No의 두 이성질체의 자발 핵분열 붕괴 특성을 측정했다. 2n 여기 함수의 측정 결과는 2001년 FLNR의 유리 오가네시안에 의해 보고되었다.

2002년 LBNL의 파틴(Patin) 등은 1-4n 방출 채널을 통해 255–251No를 합성했다고 보고하고, 이 동위 원소들에 대한 추가적인 붕괴 데이터를 측정했다.

최근에는 유배스퀼래 대학교 물리학과(JYFL)에서 RITU 설비를 사용하여 이 반응을 통해 254No의 K-이성질성을 연구했다. 연구진은 각각 275ms와 198s의 반감기를 가진 두 개의 K-이성질체를 측정했으며, 이를 8− 및 16+ K-이성질성 준위에 할당했다.

또한 이 반응은 2004년부터 2005년까지 FLNR에서 255–253No의 분광학을 연구하는 데 사용되었다. 연구팀은 43.5s의 반감기를 가진 253No의 이성질성 준위를 확인할 수 있었다.

3. 1. 1. 기타 저온 핵융합 반응

'''208Pb(44Ca,xn)252−xNo (x=2)'''

이 반응은 2003년 플레로프 핵반응 연구소(FLNR)에서 250No의 분광학 연구에 사용되었다.

'''207Pb(48Ca,xn)255−xNo (x=2)'''

이 반응의 2n 여기 함수 측정 결과는 2001년 플레로프 핵반응 연구소(FLNR)의 유리 오가네시안과 공동 연구자들에 의해 보고되었다. 또한 이 반응은 2004년부터 2005년까지 253No의 분광학 연구에도 활용되었다.

'''206Pb(48Ca,xn)254−xNo (x=1,2,3,4)'''

이 반응의 1-4n 여기 함수 측정 결과는 2001년 플레로프 핵반응 연구소(FLNR)의 유리 오가네시안과 공동 연구자들에 의해 보고되었다.

이후 GSI에서는 2n 채널을 더 깊이 연구하여 252No의 K-이성질성에 대한 분광학적 정보를 얻었다. 이 연구를 통해 스핀과 패리티가 8−이고 반감기가 110ms인 K-이성질체가 발견되었다.

'''204Pb(48Ca,xn)252−xNo (x=2,3)'''

이 반응의 2n 여기 함수 측정 결과는 2001년 플레로프 핵반응 연구소(FLNR)의 유리 오가네시안에 의해 보고되었으며, 이 과정에서 반감기가 36μs인 새로운 동위 원소 250No가 발견되었다고 보고되었다. 2003년에는 이 반응을 이용하여 250No의 분광학 연구가 진행되었고, 연구팀은 5.6μs와 54μs의 자발적 핵분열 활동을 관찰하여 각각 250No와 249No에 할당했다. 그러나 나중에 54μs의 활동은 250No의 K-이성질체에 할당되었다.[14]

2006년 ANL의 피터슨 연구팀은 이 반응을 통해 250No의 자발적 핵분열(SF)을 연구했다고 보고했다. 그들은 3.7μs와 43μs의 활동을 감지했으며, 두 활동 모두 250No에 할당되었고, 특히 후자는 K-이성질체와 관련이 있다고 보았다.[15] 2020년에는 FLNR 연구팀이 이 반응을 다시 실험하여 9.1-MeV의 새로운 알파 입자 활동을 발견했다. 이 활동은 245Fm 및 241Cf와 연관성이 있었으며, 연구팀은 이를 새로운 동위 원소인 249No에 할당했다.[1]

3. 2. 고온 핵융합

고온 핵융합은 악티늄족 원소와 같은 무거운 원자핵을 표적으로 삼아 네온(Ne), 산소(O), 탄소(C)와 같은 비교적 가벼운 이온을 가속하여 충돌시키는 방식으로 새로운 원소를 합성하는 방법이다. 이 과정에서 형성된 복합핵은 여러 개의 중성자(n) 또는 다른 입자(α, p 등)를 방출하며 목표하는 동위 원소로 변환된다.

노벨륨 동위 원소 합성을 위해 토륨(Th), 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 퀴륨(Cm), 캘리포늄(Cf) 등이 표적으로 사용되었고, 마그네슘(Mg), 네온(Ne), 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 붕소(B) 등이 발사체 이온으로 활용되었다. 이러한 실험들은 주로 러시아의 FLNR와 미국의 LBNL, 오크리지 국립 연구소 등에서 수행되었다.

이 방법을 통해 250No부터 259No에 이르는 다양한 노벨륨 동위 원소가 합성되고 그 특성이 연구되었다. 각 특정 핵융합 반응과 결과에 대한 자세한 내용은 하위 섹션에서 다룬다.

3. 2. 1. 기타 고온 핵융합 반응

232Th(26Mg,xn)258−xNo (x=4,5,6)FLNR에서 이 반응의 4-6n 채널(중성자 4~6개 방출)에 대한 단면적을 측정하였다.
238U(22Ne,xn)260−xNo (x=4,5,6)이 반응은 1964년 FLNR에서 처음 연구되었다. 연구팀은 252Fm과 250Fm의 붕괴를 감지하였다. 252Fm의 방사능은 약 8초의 반감기를 가졌으며, 4n 채널에서 생성된 256No으로 확인되었고, 수율은 45 nb(나노반)였다. 또한 10초의 반감기를 가진 자발 핵분열 방사능도 감지하여 잠정적으로 256No로 추정하였다.

1966년 추가 연구에서는 화학적 분리를 통해 250Fm 붕괴를 감지하였고, 약 50초의 반감기를 가진 모핵종(254No)이 보고되었다. 이 연구에서도 10초의 자발 핵분열 방사능을 감지하고 잠정적으로 256No로 추정하였다.

이 반응은 1969년 FLNR에서 노벨륨의 초기 화학적 성질을 연구하는 데 사용되었다. 연구 결과 노벨륨은 이터븀(Yb)과 유사한 화학적 성질(eka-ytterbium)을 가지는 것으로 확인되었다. 1970년에는 256No의 자발 핵분열 특성을 연구할 수 있었다.

2002년에는 Patin 등이 4n 채널에서 256No 합성을 보고했지만, 257No는 감지하지 못했다.

4-6n 채널에 대한 단면적 값도 FLNR에서 연구되었다.
238U(20Ne,xn)258−xNo이 반응은 1964년 FLNR에서 연구되었으나, 자발 핵분열 방사능은 관찰되지 않았다.
236U(22Ne,xn)258−xNo (x=4,5,6)FLNR에서 이 반응의 4-6n 채널에 대한 단면적을 측정하였다.
235U(22Ne,xn)257−xNo (x=5)이 반응은 1970년 FLNR에서 연구되었으며, 252No의 자발 핵분열 붕괴 특성을 연구하는 데 사용되었다.
233U(22Ne,xn)255−xNo중성자가 부족한 노벨륨 동위 원소 합성은 1975년 FLNR에서 연구되었다. 실험에서 250초의 자발 핵분열 방사능을 관찰하고, 이를 5n 채널에서 생성된 250No으로 잠정적으로 추정하였다. 그러나 이후의 연구에서는 이 방사능을 확인할 수 없었으며, 현재까지 어떤 핵종인지 식별되지 않았다.
242Pu(18O,xn)260−xNo (x=4?)이 반응은 1966년 FLNR에서 연구되었다. 연구팀은 8.2초의 자발 핵분열 방사능을 확인하고, 이를 잠정적으로 256No으로 추정하였다.
241Pu(16O,xn)257−xNo이 반응은 1958년 FLNR에서 처음 연구되었다. 연구팀은 30초의 반감기를 가진 약 8.8 MeV 에너지의 알파 입자를 측정하여 253,252,251No으로 추정하였다. 1960년 반복 실험에서는 2~40초의 반감기를 가진 8.9 MeV 알파 입자가 생성되었으며, 4n 채널에서 생성된 253No으로 추정되었다. 그러나 이 결과의 신뢰도는 나중에 낮아졌다.
239Pu(18O,xn)257−xNo (x=5)이 반응은 1970년 FLNR에서 252No의 자발 핵분열 붕괴 특성을 연구하기 위해 수행되었다.
239Pu(16O,xn)255−xNo이 반응은 1958년 FLNR에서 처음 연구되었다. 연구팀은 30초의 반감기를 가진 약 8.8 MeV 에너지의 알파 입자를 측정하여 253,252,251No으로 추정하였다. 1960년 반복 실험은 실패했으며, 첫 번째 결과는 아마도 배경 효과(실험 환경의 노이즈 등)와 관련이 있을 것으로 결론지었다.
243Am(15N,xn)258−xNo (x=4)이 반응은 1966년 FLNR에서 연구되었다. 연구팀은 화학적 기술을 사용하여 250Fm을 감지하였고, 그 모핵종인 254No의 반감기가 버클리에서 보고된 3초보다 상당히 길다는 것을 확인하였다. 같은 해 후반 추가 연구에서는 30~40초의 반감기를 가진 8.1 MeV 에너지의 알파 입자를 측정하였다.
243Am(14N,xn)257−xNo이 반응은 1966년 FLNR에서 연구되었다. 연구팀은 질소-15(15N) 빔을 사용했을 때 감지되었던 8.1 MeV 알파 입자를 질소-14(14N) 빔에서는 감지할 수 없었다.
241Am(15N,xn)256−xNo (x=4)252No의 붕괴 특성은 1977년 오크리지 국립 연구소에서 조사되었다. 연구팀은 252No의 반감기를 2.3초로 계산하고, 자발 핵분열 분지율(붕괴 방식 중 자발 핵분열 비율)을 27%로 측정하였다.
248Cm(18O,αxn)262−xNo (x=3)새로운 동위 원소인 259No 합성이 1973년 LBNL에서 이 반응을 사용하여 보고되었다. (αxn 반응은 알파 입자와 중성자가 함께 방출되는 반응이다.)
248Cm(13C,xn)261−xNo (x=3?,4,5)이 반응은 1967년 LBNL에서 처음 연구되었다. 새로운 동위 원소인 258No, 257No, 256No가 3-5n 채널에서 감지되었다. 이 반응은 1970년에 257No에 대한 추가적인 붕괴 데이터를 얻기 위해 반복되었다.
248Cm(12C,xn)260−xNo (4,5?)이 반응은 1967년 LBNL의 노벨륨 동위 원소에 대한 획기적인 연구에서 조사되었다. 또한 1990년 LBNL에서 256No의 자발 핵분열을 연구하는 데 사용되었다.
246Cm(13C,xn)259−xNo (4?,5?)이 반응은 1967년 LBNL의 노벨륨 동위 원소에 대한 획기적인 연구에서 조사되었다.
246Cm(12C,xn)258−xNo (4,5)이 반응은 1958년 LBNL의 과학자들이 5%의 246Cm이 포함된 표적을 사용하여 연구하였다. 그들은 4n 채널에서 생성된 3초 반감기의 254No 모핵종과 관련된 250Fm의 7.43 MeV 붕괴를 측정하였다. 그러나 이 3초 방사능은 나중에 표적에 포함된 244Cm 성분이 주로 반응하여 생성된 252No으로 재할당되었다. 당시에는 알려지지 않았던 오염 물질인 250mFm(250Fm의 이성질핵) 때문이 아니라는 것을 증명할 수는 없었다.

1959년 후속 연구에서는 3초의 반감기와 30%의 자발 핵분열 분지율을 가진 8.3 MeV 알파 입자가 생성되었다. 이것은 처음에 254No로 할당되었으나, 나중에 표적의 244Cm 성분과의 반응 결과인 252No로 재할당되었다.

이 반응은 1967년에 다시 연구되었고, 254No 및 253No에 해당하는 방사능이 감지되었다.
244Cm(13C,xn)257−xNo (x=4)이 반응은 1957년 스톡홀름의 노벨 연구소에서 처음 연구되었다. 과학자들은 10분의 반감기를 가진 8.5 MeV 알파 입자를 감지하고, 이를 251No 또는 253No으로 추정하였다. 그러나 이 결과는 나중에 배경 효과로 기각되었다.

1958년 LBNL의 과학자들이 이 반응을 반복했지만 8.5 MeV 알파 입자를 확인할 수 없었다.

이 반응은 1967년 LBNL에서 추가로 연구되었고, 253No에 해당하는 방사능이 측정되었다.
244Cm(12C,xn)256−xNo (x=4,5)이 반응은 1958년 LBNL의 과학자들이 95%의 244Cm이 포함된 표적을 사용하여 연구하였다. 그들은 (246Cm,4n) 반응에서와 유사하게 3초 반감기의 254No 모핵종과 관련된 250Fm의 7.43 MeV 붕괴를 측정하였다. 이 3초 방사능은 나중에 (244Cm,4n) 반응의 결과인 252No으로 재할당되었다. 당시에는 알려지지 않았던 오염 물질인 250mFm 때문이 아니라는 것을 증명할 수는 없었다.

1959년 후속 연구에서는 3초의 반감기와 30%의 자발 핵분열 분지율을 가진 8.3 MeV 알파 입자가 생성되었다. 이것은 처음에 254No로 할당되었으나, 나중에 표적의 244Cm 성분과의 반응 결과인 252No로 재할당되었다.

이 반응은 1967년 LBNL에서 다시 연구되었고, 251No에 해당하는 새로운 방사능이 측정되었다.
252Cf(12C,αxn)260−xNo (x=3?)이 반응은 1961년 LBNL에서 104번 원소를 찾기 위한 연구의 일환으로 조사되었다. 연구팀은 15초의 반감기를 가진 8.2 MeV 알파 입자를 감지하고, 이를 원자번호 Z=102인 노벨륨 동위 원소로 할당하였다. 이후 연구에서는 이 방사능이 252Cf 표적과의 α3n 채널 반응 결과로 생성된 257No일 가능성이 높다고 시사한다.
252Cf(11B,pxn)262−xNo (x=5?)이 반응은 1961년 LBNL에서 103번 원소를 찾기 위한 연구의 일환으로 조사되었다. 연구팀은 15초의 반감기를 가진 8.2 MeV 알파 입자를 감지하고, 이를 원자번호 Z=102인 노벨륨 동위 원소로 할당하였다. 이후 연구에서는 이 방사능이 252Cf 표적과의 p5n 채널(양성자 1개와 중성자 5개 방출) 반응 결과로 생성된 257No일 가능성이 높다고 시사한다.
249Cf(12C,αxn)257−xNo (x=2)이 반응은 1970년 LBNL에서 255No 연구를 위해 처음 사용되었다. 1971년 오크리지 국립 연구소에서도 연구되었으며, 255No 붕괴 시 동시에 방출되는 원자번호 Z=100(페르뮴)의 K X선을 측정하여 255No의 발견을 확인하였다.

2003년, FLNR의 과학자들은 이 반응을 통해 가장 가벼운 노벨륨 동위 원소인 249No를 발견했다고 주장했다. 하지만 후속 연구에서 관찰된 54 μs(마이크로초)의 핵분열 활동은 249No가 아니라 250No의 들뜬 상태(에너지가 높은 불안정한 상태)에서 기인한 것으로 밝혀졌다.[15] 249No 동위 원소의 실제 발견은 이후 2020년에 보고되었으며, 그 붕괴 특성은 2003년 주장과는 달랐다.[1]

3. 3. 붕괴 생성물

노벨륨 동위 원소는 더 무거운 원소의 붕괴 과정에서도 확인되었다. 현재까지의 관측 결과는 다음 표와 같다.

증발 잔류물관측된 노벨륨 동위 원소
262Lr262No
269Hs, 265Sg, 261Rf257No
267Hs, 263Sg, 259Rf255No
254Lr254No
261Sg, 257Rf253No
264Hs, 260Sg, 256Rf252No
255Rf251No


4. 핵이성질체

노벨륨의 여러 동위 원소에서 핵이성질체가 발견 및 연구되었다.

4. 1. 254No

위배스큘라 대학교 물리학 연구소(JYFL)의 물리학자들이 최근 K-이성질체 현상을 연구했다. 그들은 이전에 보고된 K-이성질체를 확인하고 두 번째 K-이성질체를 발견했다. 그들은 두 K-이성질체에 스핀과 패리티 8− 및 16+를 할당했다.

4. 2. 253No

1971년, 베미스(Bemis) 등은 257Rf의 붕괴를 연구하여 반감기가 31초인 이성질체 준위를 결정했다. 이 결과는 2003년 중이온 연구소(GSI)에서 257Rf의 붕괴를 다시 연구하면서 확인되었다. 같은 해, 두브나 핵문제 공동 연구소(FLNR)에서는 M2 감마 방출을 통해 바닥 상태로 붕괴하는 또 다른 상태를 발견했으며, 이때 측정된 반감기는 43.5초로 약간 더 길었다. 이는 이전 연구 결과를 뒷받침하는 추가적인 증거가 되었다.

4. 3. 252No

최근 GSI에서 짝수-짝수 동위 원소의 K-이성질체 현상에 대한 연구가 진행되었다. 이 연구 과정에서 252No에 대해 반감기가 110ms인 K-이성질체가 감지되었다. 해당 이성질체는 스핀과 패리티가 8−인 것으로 확인되었다.

4. 4. 250No

2003년, 합동핵연구소(FLNR)의 과학자들은 249No를 합성했으며, 이 동위 원소가 54 μs의 반감기로 자발 핵분열(SF) 붕괴를 한다고 보고했다. 그러나 2006년 아르곤 국립 연구소(ANL)의 과학자들이 추가 연구를 통해 해당 활동이 실제로는 250No의 K-이성질체에 의한 것임을 밝혀냈다. 이 K-이성질체의 반감기는 54 μs이다. 또한, 250No의 바닥 상태 이성질체도 감지되었는데, 이는 3.7 μs의 매우 짧은 반감기를 가진다.

5. 동위 원소 발견 연대기

동위 원소발견 연도발견 반응
249No2020204Pb(48Ca,3n)
250Nom2001204Pb(48Ca,2n)
250Nog2006204Pb(48Ca,2n)
251No1967244Cm(12C,5n)
252Nog1959244Cm(12C,4n)
252Nom~2002206Pb(48Ca,2n)
253Nog1967242Pu(16O,5n),239Pu(18O,4n)
253Nom1971249Cf(12C,4n)
254Nog1966243Am(15N,4n)
254Nom11967?246Cm(13C,5n),246Cm(12C,4n)
254Nom2~2003208Pb(48Ca,2n)
255No1967246Cm(13C,4n),248Cm(12C,5n)
256No1967248Cm(12C,4n),248Cm(13C,5n)
257No1961?, 1967248Cm(13C,4n)
258No1967248Cm(13C,3n)
259No1973248Cm(18O,α3n)
260No1985254Es + 22Ne,18O,13C – 전달
262No1988254Es + 22Ne – 전달 (262Lr의 EC)


참조

[1] 보고서 Joint Institute for Nuclear Research, 2020 http://www.jinr.ru/w[...] 2021-06-23
[2] 학술지 Study of the production and decay properties of neutron-deficient nobelium isotopes 2022
[3] 학술지 Search for fission from a long-lived isomer in 250No and evidence of a second isomer https://journals.aps[...] 2022-08-05
[4] 학술지 Alpha-gamma decay studies of 255Rf, 251No and 247Fm 2006-12-01
[5] 학술지 Direct high-precision mass spectrometry of superheavy elements with SHIPTRAP
[6] 학위논문 Direct mass measurements of No, Lr and Rf isotopes with SHIPTRAP and developments for chemical isobaric separation
[7] 학위논문 Search for K isomers in 252,254No and 260Sg and investigation of their nuclear structure https://d-nb.info/98[...]
[8] 학술지 Decay studies of new isomeric states in 255No https://jyx.jyu.fi/b[...] 2022-07-05
[9] 학술지 Spontaneous fission properties of 2.9-s 256No 1990-02-01
[10] 학술지 Evidence of high-K isomerism in {{ComplexNuclide|No|256|q=154}} 2021-10-11
[11] 학술지 Experimental Identification of Spin-Parities and Single-Particle Configurations in 257No and Its α-Decay Daughter 253Fm 2005-09-02
[12] 웹사이트 Table of Isotopes decay data http://nucleardata.n[...]
[13] 문서 Not directly synthesized, occurs as decay product of 262Lr
[14] 학술지 Spontaneous-fission decay properties and production cross-sections for the neutron-deficient nobelium isotopes formed in the 44, 48Ca + 204, 206, 208Pb reactions
[15] 학술지 Decay modes of 250No 2006
[16] URL http://www.nucleonica.net/unc.aspx
[17] 문서 약자:
ε: [[전자 포획]]
IT: [[이성질핵 전이]]
SF: [[자발 핵분열]]
[18] 문서 직접 합성되지 않고 257[[러더포듐|Rf]]의 [[붕괴 생성물]]로 존재한다.
[19] 문서 직접 합성되지 않고 262[[로렌슘|Lr]]의 [[붕괴 생성물]]로 존재한다.


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