하슘 동위 원소

3. 하슘의 합성

하슘은 자연적으로 존재하지 않기 때문에, 인공적인 핵반응을 통해 합성해야 한다. 하슘과 같은 초우라늄 원소들은 입자 가속기에서 더 가벼운 원소들을 충돌시켜 핵융합 반응을 유도하여 생성된다. 대부분의 하슘 동위 원소들은 이런 방식으로 직접 합성될 수 있지만, 일부 더 무거운 동위 원소들은 더 높은 원자 번호를 가진 원소들의 붕괴 생성물로만 관찰되었다.^[18]

핵융합은 관여된 에너지에 따라 "열" 핵융합과 "냉" 핵융합으로 구분된다. 열 핵융합 반응에서는 매우 가볍고 고에너지의 발사체가 매우 무거운 표적(악티늄족)을 향해 가속되어, 높은 여기 에너지(~40–50 MeV)를 가진 복합 핵이 생성되며, 이 핵은 핵분열하거나 여러 개의 (3~5개) 중성자를 증발시킬 수 있다.^[19]

3. 1. 냉융합

3. 2. 열융합

3. 3. 붕괴 생성물

4. 핵 특성

하슘 동위 원소는 대부분 매우 짧은 반감기를 가지며, 주로 알파 붕괴를 통해 더 가벼운 원소로 붕괴한다. 일부 동위 원소는 자발 핵분열을 통해 붕괴하기도 한다. 특히, ²⁷⁰Hs는 변형된 이중 마법 핵으로, 상대적으로 긴 반감기를 가질 것으로 예상되어 핵 구조 연구에 중요한 대상이다.^[52]

하슘 동위 원소의 핵적 특성은 다음과 같다.

하슘은 초우라늄 원소로, 입자 가속기에서 더 가벼운 원소들을 충돌시켜 핵융합 반응을 유도하여 생성된다. 대부분의 하슘 동위 원소들은 이런 방식으로 합성될 수 있지만, 일부 더 무거운 동위 원소들은 더 무거운 원자 번호를 가진 원소들의 붕괴 생성물로만 관찰되었다.^[18]

핵융합 반응은 관여된 에너지에 따라 "열" 핵융합과 "냉" 핵융합으로 구분된다. 열 핵융합 반응에서는 매우 가볍고 고에너지의 발사체가 매우 무거운 표적(악티늄족)을 향해 가속되어 높은 들뜬 에너지를 가진 복합 핵이 생성되며, 이 핵은 핵분열하거나 여러 개의 중성자를 증발시킨다.^[19] 냉 핵융합 반응에서 생성된 융합 핵은 비교적 낮은 들뜬 에너지를 가지며, 이는 핵분열 확률을 감소시킨다. 융합 핵이 바닥 상태로 냉각됨에 따라, 한두 개의 중성자만 방출하면 되므로, 더 많은 중성자 과잉 생성물을 생성할 수 있다.^[18]

거시-미시(MM) 이론에 따르면, Z=108은 변형된 양성자 마법수이며, N=162는 변형된 중성자 마법수이다. 따라서 ²⁷⁰Hs는 변형된 이중 마법 핵으로서, 바닥 상태에서 영구적으로 변형되지만 추가 변형에 대한 높고 좁은 핵분열 장벽을 가져 비교적 긴 자발 핵분열(SF) 부분 반감기를 갖는다. ²⁷⁰Hs의 낮은 붕괴 에너지는 이 이론과 일치한다.^[52]

4. 1. 핵 이성질 현상

• ²⁷⁷Hs: ²⁷⁷Hs 동위 원소는 약 11분의 긴 반감기를 가지며 자발 핵분열로 붕괴했다는 보고가 있었으나, 이는 ²⁸¹Ds의 드문 이성질체 준위 붕괴에서 비롯된 것으로 추정된다. ²⁷⁷Hs의 이성질체 존재 여부를 확인하기 위해 추가 연구가 필요하다.^[53][44] 최근 연구에서는 이 방사능이 ²⁷⁸Bh에서 기인했을 수 있다고 제안한다.^[54]

• ²⁶⁹Hs: ²⁶⁹Hs의 직접 합성에서는 9.21, 9.10, 8.94 MeV 에너지의 알파 입자가 관찰되었지만, ²⁷⁷Cn 붕괴를 통한 간접 합성에서는 9.21 MeV 알파 입자만 관찰되어 이성질체 준위에서의 붕괴 가능성을 시사한다. 추가 연구가 필요하다.^[34][41]

• ²⁶⁷Hs: ²⁶⁷Hs는 9.88, 9.83, 9.75 MeV 에너지의 알파 입자를 방출하며 반감기는 52 ms이다. 최근 ²⁷¹Ds와 ^271mDs 합성 과정에서 0.94 ms, ~0.8 s, ~6.0 s 반감기를 갖는 방사능이 추가로 관찰되었으나, 아직 확인되지 않아 추가 연구가 필요하다.^[33]

• ²⁶⁵Hs: ²⁶⁵Hs는 바닥 상태에서 10.30 MeV 알파 입자를 방출하며 반감기는 2.0 ms이다. 300 keV 들뜬 에너지의 이성질체 상태는 10.57 MeV 알파 입자를 방출하며 반감기는 0.75 ms이다.^[23]

참조

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