stringtranslate.com

Остров стабильности

Диаграмма, показывающая измеренные и прогнозируемые периоды полураспада тяжелых и сверхтяжелых нуклидов, а также линию бета-стабильности и прогнозируемое местоположение острова стабильности.
Диаграмма Объединенного института ядерных исследований, показывающая измеренные (в рамке) и предсказанные периоды полураспада сверхтяжелых нуклидов , упорядоченные по числу протонов и нейтронов. Ожидаемое местоположение острова стабильности около Z = 112 ( коперниций ) обведено кружком. [1] [2]

В ядерной физике остров стабильности — это предсказанный набор изотопов сверхтяжелых элементов , которые могут иметь значительно более длительный период полураспада , чем известные изотопы этих элементов. Предсказано, что он появится как «остров» в таблице нуклидов , отделенный от известных стабильных и долгоживущих первичных радионуклидов . Его теоретическое существование приписывается стабилизирующим эффектам предсказанных « магических чисел » протонов и нейтронов в области сверхтяжелых масс. [3] [4]

Было сделано несколько прогнозов относительно точного местоположения острова стабильности, хотя обычно считается, что он сосредоточен вблизи изотопов коперниция и флеровия в непосредственной близости от предсказанной закрытой нейтронной оболочки при N  = 184. [2] Эти модели настоятельно предполагают, что закрытая оболочка придаст дополнительную стабильность к делению и альфа-распаду . Хотя ожидается, что эти эффекты будут максимальными вблизи атомного числа Z  = 114 ( флеровий ) и N  = 184, ожидается, что область повышенной стабильности будет охватывать несколько соседних элементов, и также могут быть дополнительные острова стабильности вокруг более тяжелых ядер, которые являются дважды магическими (имеющими магические числа как протонов, так и нейтронов). Оценки стабильности нуклидов внутри острова обычно составляют около периода полураспада в несколько минут или дней; некоторые оптимисты предполагают периоды полураспада порядка миллионов лет. [5]

Хотя модель ядерной оболочки, предсказывающая магические числа, существует с 1940-х годов, существование долгоживущих сверхтяжелых нуклидов не было окончательно продемонстрировано. Как и остальные сверхтяжелые элементы, нуклиды внутри острова стабильности никогда не были обнаружены в природе; таким образом, их необходимо создать искусственно в ядерной реакции для изучения. Ученые не нашли способа осуществить такую ​​реакцию, поскольку, вероятно, понадобятся новые типы реакций для заселения ядер вблизи центра острова. Тем не менее, успешный синтез сверхтяжелых элементов до Z  = 118 ( оганесон ) с числом нейтронов до 177 демонстрирует небольшой стабилизирующий эффект вокруг элементов 110–114 , который может продолжаться в более тяжелых изотопах, что согласуется с существованием острова стабильности. [2] [6]

Введение

Стабильность нуклидов

Полная диаграмма периодов полураспада нуклидов, построенная по осям атомного номера Z и числа нейтронов N.
Диаграмма периодов полураспада известных нуклидов

Состав нуклида ( атомного ядра ) определяется числом протонов Z и числом нейтронов N , которые в сумме дают массовое число A. Число протонов Z , также называемое атомным номером, определяет положение элемента в периодической таблице . Около 3300 известных нуклидов [7] обычно представлены в виде диаграммы с осями Z и N и периодом полураспада радиоактивного распада, указанным для каждого нестабильного нуклида (см. рисунок). [8] По состоянию на 2019 год 251 нуклид считается стабильным (никогда не наблюдалось его распада); [9] как правило, по мере увеличения числа протонов стабильные ядра имеют более высокое отношение нейтронов к протонам (больше нейтронов на протон). Последний элемент в периодической таблице, имеющий стабильный изотоп , — свинец ( Z  = 82), [a] [b] при этом стабильность (т. е. периоды полураспада наиболее долгоживущих изотопов) обычно уменьшается в более тяжелых элементах, [c] [12] особенно после кюрия ( Z  = 96). [13] Периоды полураспада ядер также уменьшаются, когда соотношение нейтронов и протонов неравномерно, так что полученные ядра имеют слишком мало или слишком много нейтронов, чтобы быть стабильными. [14]

Стабильность ядра определяется его энергией связи , более высокая энергия связи обеспечивает большую стабильность. Энергия связи на нуклон увеличивается с атомным номером до широкого плато около A  = 60, а затем снижается. [15] Если ядро ​​можно разделить на две части, которые имеют более низкую общую энергию (следствие дефекта массы, возникающего из-за большей энергии связи), оно нестабильно. Ядро может удерживаться вместе в течение конечного времени, потому что существует потенциальный барьер, противостоящий разделению, но этот барьер можно преодолеть с помощью квантового туннелирования . Чем ниже барьер и массы фрагментов , тем больше вероятность разделения в единицу времени. [16]

Протоны в ядре связаны вместе сильным взаимодействием , которое уравновешивает кулоновское отталкивание между положительно заряженными протонами. В более тяжелых ядрах большее количество незаряженных нейтронов необходимо для уменьшения отталкивания и придания дополнительной стабильности. Тем не менее, когда физики начали синтезировать элементы , не встречающиеся в природе, они обнаружили, что стабильность снижается по мере того, как ядра становятся тяжелее. [17] Таким образом, они предположили, что периодическая таблица может подойти к концу. Первооткрыватели плутония (элемент 94) рассматривали возможность назвать его «ультимиум», думая, что он последний. [18] После открытия более тяжелых элементов, некоторые из которых распадались за микросекунды, тогда казалось, что нестабильность по отношению к спонтанному делению ограничит существование более тяжелых элементов. В 1939 году верхний предел потенциального синтеза элемента был оценен вокруг элемента 104 [ 19] , а после первых открытий трансактинидных элементов в начале 1960-х годов этот верхний предел был предсказан и для элемента 108 [17] .

Магические числа

Диаграмма, показывающая уровни энергии известных и предсказанных оболочек протонов с пробелами при атомных номерах 82, 114, 120 и 126.
Диаграмма, показывающая уровни энергии известных и предсказанных протонных оболочек (слева и справа показаны две разные модели). [20] Промежутки при Z  = 82, 114, 120 и 126 соответствуют замыканиям оболочек, [20] которые имеют особенно стабильные конфигурации и, таким образом, приводят к более стабильным ядрам. [21]

Еще в 1914 году было высказано предположение о возможном существовании сверхтяжелых элементов с атомными числами, значительно превосходящими число урана — тогда самого тяжелого известного элемента, — когда немецкий физик Рихард Суинне предположил, что сверхтяжелые элементы около Z  = 108 являются источником излучения в космических лучах . Хотя он не сделал никаких окончательных наблюдений, в 1931 году он выдвинул гипотезу, что трансурановые элементы около Z  = 100 или Z  = 108 могут быть относительно долгоживущими и, возможно, существовать в природе. [22] В 1955 году американский физик Джон Арчибальд Уиллер также предположил существование этих элементов; [23] ему приписывают первое использование термина «сверхтяжелый элемент» в статье 1958 года, опубликованной совместно с Фредериком Вернером. [24] Эта идея не привлекала широкого интереса до тех пор, пока десятилетие спустя, после усовершенствования модели ядерной оболочки . В этой модели атомное ядро ​​построено в «оболочках», аналогичных электронным оболочкам в атомах. Независимо друг от друга нейтроны и протоны имеют энергетические уровни , которые обычно близки друг к другу, но после того, как данная оболочка заполнена, требуется существенно больше энергии, чтобы начать заполнять следующую. Таким образом, энергия связи на нуклон достигает локального максимума, и ядра с заполненными оболочками более стабильны, чем те, у которых их нет. [25] Эта теория модели ядерной оболочки возникла в 1930-х годах, но только в 1949 году немецкие физики Мария Гепперт Майер и Иоганнес Ганс Даниэль Йенсен и др. независимо друг от друга разработали правильную формулировку. [26]

Число нуклонов, для которых заполнены оболочки, называется магическими числами . Магические числа 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126 были обнаружены для нейтронов, а следующее число, как предсказывают, будет 184. [6] [27] Протоны разделяют первые шесть из этих магических чисел, [28] и 126 было предсказано как магическое число протона с 1940-х годов. [29] Нуклиды с магическим числом каждого — такие как 16 O ( Z  = 8, N  = 8), 132 Sn ( Z  = 50, N  = 82) и 208 Pb ( Z  = 82, N  = 126) — называются «двойными магическими» и более стабильны, чем соседние нуклиды, в результате большей энергии связи. [30] [31]

В конце 1960-х годов более сложные модели оболочек были сформулированы американским физиком Уильямом Майерсом и польским физиком Владиславом Свёнтецким , а также независимо немецким физиком Хайнером Мельднером (1939–2019 [32] [33] ). С помощью этих моделей, принимая во внимание кулоновское отталкивание, Мельднер предсказал, что следующим магическим числом протона может быть 114 вместо 126. [34] Майерс и Свёнтецки, по-видимому, ввели термин «остров стабильности», а американский химик Гленн Сиборг , позже открывший многие сверхтяжёлые элементы, быстро принял этот термин и продвигал его. [29] [35] Майерс и Свёнтецки также предположили, что некоторые сверхтяжёлые ядра будут жить дольше вследствие более высоких барьеров деления . Дальнейшие усовершенствования модели ядерной оболочки советским физиком Виленом Струтинским привели к появлению макроскопическо-микроскопического метода, модели ядерной массы, которая учитывает как плавные тенденции, характерные для модели жидкой капли , так и локальные флуктуации, такие как эффекты оболочки. Этот подход позволил шведскому физику Свену Нильссону и др., а также другим группам провести первые подробные расчеты стабильности ядер внутри острова. [34] С появлением этой модели Струтинский, Нильссон и другие группы выступили за существование дважды магического нуклида 298 Fl ( Z  = 114, N  = 184), а не 310 Ubh ( Z  = 126, N  = 184), который был предсказан как дважды магический еще в 1957 году. [34] Впоследствии оценки магического числа протона варьировались от 114 до 126, и до сих пор нет единого мнения. [6] [21] [36] [37]

Открытия

Интерес к возможному острову стабильности рос в течение 1960-х годов, поскольку некоторые расчеты предполагали, что он может содержать нуклиды с периодами полураспада в миллиарды лет. [48] [5] Также предсказывалось, что они будут особенно устойчивы к спонтанному делению, несмотря на их высокую атомную массу. [34] [49] Считалось, что если такие элементы существуют и достаточно долгоживущие, может быть несколько новых применений вследствие их ядерных и химических свойств. К ним относятся использование в ускорителях частиц в качестве источников нейтронов , в ядерном оружии вследствие их предсказанных низких критических масс и большого числа нейтронов, испускаемых за деление, [50] и в качестве ядерного топлива для космических миссий. [36] Эти предположения побудили многих исследователей провести поиски сверхтяжелых элементов в 1960-х и 1970-х годах как в природе, так и посредством нуклеосинтеза в ускорителях частиц. [23]

В 1970-х годах было проведено много поисков долгоживущих сверхтяжелых ядер. Эксперименты, направленные на синтез элементов с атомным номером от 110 до 127, проводились в лабораториях по всему миру. [51] [52] Эти элементы искали в реакциях слияния-испарения, в которых тяжелая мишень из одного нуклида облучается ускоренными ионами другого в циклотроне , и новые нуклиды производятся после того, как эти ядра сливаются , и полученная возбужденная система выделяет энергию путем испарения нескольких частиц (обычно протонов, нейтронов или альфа-частиц). Эти реакции делятся на «холодный» и «горячий» слияние, которые соответственно создают системы с более низкой и более высокой энергией возбуждения ; это влияет на выход реакции. [53] Например, ожидалось, что реакция между 248 Cm и 40 Ar даст изотопы элемента 114, а реакция между 232 Th и 84 Kr даст изотопы элемента 126. [54] Ни одна из этих попыток не увенчалась успехом, [51] [52] что указывает на то, что такие эксперименты могли быть недостаточно чувствительными, если сечения реакции были низкими, что приводило к более низким выходам, или что любые ядра, достижимые посредством таких реакций слияния-испарения, могли быть слишком короткоживущими для обнаружения. [j] Последующие успешные эксперименты показывают, что периоды полураспада и сечения действительно уменьшаются с увеличением атомного номера, что приводит к синтезу только нескольких короткоживущих атомов самых тяжелых элементов в каждом эксперименте; [55] по состоянию на 2022 год самое высокое зарегистрированное сечение для сверхтяжелого нуклида вблизи острова стабильности было для 288 Mc в реакции между 243 Am и 48 Ca. [42]

Аналогичные поиски в природе также не увенчались успехом, что говорит о том, что если сверхтяжелые элементы действительно существуют в природе, их распространенность составляет менее 10−14 моль сверхтяжелых элементов на моль руды. [56] Несмотря на эти безуспешные попытки наблюдать долгоживущие сверхтяжелые ядра, [34] каждые несколько лет в лабораториях синтезировались новые сверхтяжелые элементы с помощью бомбардировки легкими ионами и реакций холодного синтеза [k] ; резерфордий, первый трансактинид , был открыт в 1969 году, а коперниций, на восемь протонов ближе к острову стабильности, предсказанному при Z  = 114, был достигнут к 1996 году. Несмотря на то, что периоды полураспада этих ядер очень короткие (порядка секунд ), [40] само существование элементов тяжелее резерфордия свидетельствует о стабилизирующих эффектах, которые, как считается, вызваны замкнутыми оболочками; модель , не учитывающая такие эффекты, запретила бы существование этих элементов из-за быстрого спонтанного деления. [19]

Флеровий с ожидаемыми магическими 114 протонами был впервые синтезирован в 1998 году в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне , Россия, группой физиков под руководством Юрия Оганесяна . Был обнаружен один атом элемента 114 со временем жизни 30,4 секунды, а его продукты распада имели периоды полураспада, измеряемые минутами. [57] Поскольку полученные ядра подвергались альфа-распаду, а не делению, и периоды полураспада были на несколько порядков больше, чем те, которые ранее предсказывались [l] или наблюдались для сверхтяжелых элементов, [57] это событие рассматривалось как «учебный пример» цепочки распада, характерной для острова стабильности, что предоставило убедительные доказательства существования острова стабильности в этой области. [59] Несмотря на то, что исходная цепочка 1998 года больше не наблюдалась, и ее назначение остается неопределенным, [44] дальнейшие успешные эксперименты в последующие два десятилетия привели к открытию всех элементов до оганессона , периоды полураспада которых, как было обнаружено, превышают первоначально предсказанные значения; эти свойства распада дополнительно подтверждают наличие острова стабильности. [6] [47] [60] Однако исследование цепочек распада изотопов флеровия, проведенное в 2021 году, предполагает, что  в области известных ядер ( N = 174) нет сильного стабилизирующего эффекта от Z = 114  , [61] и что дополнительная стабильность будет преимущественно следствием замыкания нейтронной оболочки. [37] Хотя известные ядра все еще не достигают нескольких нейтронов до N  = 184, где ожидается максимальная стабильность (наиболее богатые нейтронами подтвержденные ядра, 293 Lv и 294 Ts, достигают только N  = 177), и точное местоположение центра острова остается неизвестным, [62] [6]  была продемонстрирована тенденция увеличения стабильности ближе к N = 184. Например, изотоп 285 Cn, имеющий на восемь нейтронов больше, чем 277 Cn, имеет период полураспада почти на пять порядков больше. Ожидается, что эта тенденция продолжится в неизвестных более тяжелых изотопах вблизи замыкания оболочки. [63]

Деформированные ядра

Схема наблюдаемых цепочек распада четных Z-сверхтяжелых нуклидов, состоящих из нескольких альфа-распадов и заканчивающихся спонтанным делением.
Краткое изложение наблюдаемых цепочек распада в четных Z сверхтяжелых элементах, включая предварительные назначения в цепочках 3, 5 и 8. [44] Согласно другому анализу, цепочка 3 (начинающаяся с элемента 120) не является реальной цепочкой распада, а представляет собой скорее случайную последовательность событий. [64] Существует общая тенденция увеличения стабильности для изотопов с большим избытком нейтронов ( N  −  Z , разница в числе протонов и нейтронов), особенно в элементах 110, 112 и 114, что убедительно свидетельствует о том, что центр острова стабильности лежит среди еще более тяжелых изотопов.

Хотя ядра в пределах острова стабильности около N  = 184, как предсказывают, будут сферическими , исследования начала 1990-х годов — начиная с польских физиков Зигмунта Патыка и Адама Собичевского в 1991 году [65] — предполагают, что некоторые сверхтяжелые элементы не имеют идеально сферических ядер. [66] [67] Изменение формы ядра изменяет положение нейтронов и протонов в оболочке. Исследования показывают, что большие ядра, более далекие от сферических магических чисел, деформируются , [ 67] вызывая сдвиг магических чисел или появление новых магических чисел. Текущие теоретические исследования показывают, что в области Z  = 106–108 и N  ≈ 160–164 ядра могут быть более устойчивы к делению вследствие оболочечных эффектов для деформированных ядер; таким образом, такие сверхтяжелые ядра будут подвергаться только альфа-распаду. [68] [69] [70] В настоящее время считается, что хассий-270 является дважды магическим деформированным ядром с деформированными магическими числами Z  = 108 и N  = 162. [71] Его период полураспада составляет 9 секунд. [40] Это согласуется с моделями, которые учитывают деформированную природу ядер, промежуточных между актинидами и островом стабильности вблизи N  = 184, в котором «полуостров» стабильности возникает при деформированных магических числах Z  = 108 и N  = 162. [72] [73] Определение свойств распада соседних изотопов хассия и сиборгиума вблизи N  = 162 дает дополнительные веские доказательства этой области относительной стабильности в деформированных ядрах. [49] Это также убедительно свидетельствует о том, что остров стабильности (для сферических ядер) не полностью изолирован от области стабильных ядер, а скорее, что обе области связаны через перешеек относительно стабильных деформированных ядер. [72] [74]

Прогнозируемые свойства распада

Диаграмма, изображающая четыре основных режима распада (альфа, электронный захват, бета и спонтанное деление) известных и предсказанных сверхтяжелых ядер.
Диаграмма, изображающая предсказанные режимы распада сверхтяжелых ядер, с наблюдаемыми ядрами, обозначенными черным контуром. Наиболее нейтронодефицитные ядра, а также те, которые находятся сразу за замыканием оболочки при N  = 184, как предсказано, в основном подвергаются спонтанному делению (SF), тогда как альфа-распад (α) может доминировать в нейтронодефицитных ядрах ближе к острову, а значительные ветви бета-распада (β) или электронного захвата (EC) могут появляться ближе всего к центру острова около 291 Cn и 293 Cn. [2]

Периоды полураспада ядер на самом острове стабильности неизвестны, поскольку ни один из нуклидов, которые могли бы быть «на острове», не наблюдался. Многие физики считают, что периоды полураспада этих ядер относительно короткие, порядка минут или дней. [62] Некоторые теоретические расчеты указывают на то, что их периоды полураспада могут быть длинными, порядка 100 лет, [2] [55] или, возможно, до 10 9 лет. [5]

Закрытие оболочки при N  = 184, как прогнозируется, приведет к более длительным периодам частичного полураспада для альфа-распада и спонтанного деления. [2] Считается, что закрытие оболочки приведет к более высоким барьерам деления для ядер около 298 Fl, что сильно затруднит деление и, возможно, приведет к периодам полураспада деления на 30 порядков больше, чем у ядер, не затронутых закрытием оболочки. [34] [75] Например, нейтронно-дефицитный изотоп 284 Fl (с N  = 170) подвергается делению с периодом полураспада 2,5 миллисекунды и считается одним из самых нейтронно-дефицитных нуклидов с повышенной стабильностью вблизи замыкания оболочки N  = 184. [43] За пределами этой точки, как предсказывают, некоторые неоткрытые изотопы будут подвергаться делению с еще более короткими периодами полураспада, ограничивая существование [m] и возможное наблюдение [j] сверхтяжелых ядер вдали от острова стабильности (а именно для N  < 170, а также для Z  > 120 и N  > 184). [14] [19] Эти ядра могут подвергаться альфа-распаду или спонтанному делению за микросекунды или меньше, с некоторыми периодами полураспада деления, оцененными порядка 10 −20 секунд при отсутствии барьеров деления. [68] [69] [70] [75] Напротив, 298 Fl (предсказывается, что он находится в области максимальных оболочечных эффектов) может иметь гораздо более длительный период полураспада спонтанного деления, возможно, порядка 10 19 лет. [34]

В центре острова может быть конкуренция между альфа-распадом и спонтанным делением, хотя точное соотношение зависит от модели. [2] Периоды полураспада альфа-распада 1700 ядер с 100 ≤  Z  ≤ 130 были рассчитаны в модели квантового туннелирования с использованием как экспериментальных, так и теоретических значений Q альфа- распада и согласуются с наблюдаемыми периодами полураспада для некоторых из самых тяжелых изотопов. [68] [69] [70] [79] [80] [81]

Также предсказывается, что самые долгоживущие нуклиды лежат на линии бета-стабильности , поскольку бета-распад, как предсказывают, конкурирует с другими модами распада вблизи предсказанного центра острова, особенно для изотопов элементов 111–115. В отличие от других мод распада, предсказанных для этих нуклидов, бета-распад не изменяет массовое число. Вместо этого нейтрон превращается в протон или наоборот, создавая соседнюю изобару ближе к центру стабильности (изобару с наименьшим избытком массы ). Например, значительные ветви бета-распада могут существовать в таких нуклидах, как 291 Fl и 291 Nh; эти нуклиды имеют всего на несколько нейтронов больше, чем известные нуклиды, и могут распадаться по «узкому пути» к центру острова стабильности. [1] [2] Возможная роль бета-распада крайне неопределенна, поскольку некоторые изотопы этих элементов (такие как 290 Fl и 293 Mc) предположительно имеют более короткие частичные периоды полураспада для альфа-распада. Бета-распад снизил бы конкуренцию и привел бы к тому, что альфа-распад остался бы доминирующим каналом распада, если бы в супердеформированных изомерах этих нуклидов не существовало дополнительной стабильности к альфа-распаду. [82]

Диаграмма, изображающая четыре основных режима распада (альфа, электронный захват, бета и спонтанное деление) известных и предсказанных сверхтяжелых ядер согласно модели KTUY.
Эта диаграмма прогнозируемых режимов распада, полученная из теоретических исследований Японского агентства по атомной энергии , предсказывает центр острова стабильности около 294 Ds; это будет самый долгоживущий из нескольких относительно долгоживущих нуклидов, в первую очередь подвергающихся альфа-распаду (обведено). Это область, где линия бета-стабильности пересекает область, стабилизированную замыканием оболочки при N  = 184. Слева и справа периоды полураспада уменьшаются, поскольку деление становится доминирующим режимом распада, что согласуется с другими моделями. [14] [75]

Рассматривая все режимы распада, различные модели указывают на смещение центра острова (т. е. самого долгоживущего нуклида) от 298 Fl к более низкому атомному номеру и конкуренцию между альфа-распадом и спонтанным делением в этих нуклидах; [83] они включают 100-летние периоды полураспада для 291 Cn и 293 Cn, [55] [78] 1000-летний период полураспада для 296 Cn, [55] 300-летний период полураспада для 294 Ds, [75] и 3500-летний период полураспада для 293 Ds, [84] [85] с 294 Ds и 296 Cn точно при замыкании оболочки N  = 184. Также было высказано предположение, что эта область повышенной стабильности для элементов с 112 ≤  Z  ≤ 118 может быть следствием ядерной деформации, и что истинный центр острова стабильности для сферических сверхтяжелых ядер лежит около 306 Ubb ( Z  = 122, N  = 184). [20] Эта модель определяет остров стабильности как область с наибольшей устойчивостью к делению, а не с самыми длинными общими периодами полураспада; [20] нуклид 306 Ubb по-прежнему, как предсказывают, имеет короткий период полураспада относительно альфа-распада. [2] [70] Остров стабильности для сферических ядер также может быть «коралловым рифом» (т. е. широкой областью повышенной стабильности без четкого «пика») около N  = 184 и 114 ≤  Z  ≤ 120, с периодами полураспада, быстро уменьшающимися при более высоком атомном числе из-за комбинированных эффектов от закрытия протонных и нейтронных оболочек. [86]

Еще одним потенциально значимым режимом распада для самых тяжелых сверхтяжелых элементов был предложен румынскими физиками Дорином Н. Поенару и Раду А. Гергеску и немецким физиком Вальтером Грейнером как кластерный распад . Ожидается, что его отношение разветвления относительно альфа-распада увеличится с атомным номером, так что он может конкурировать с альфа-распадом около Z  = 120 и, возможно, стать доминирующим режимом распада для более тяжелых нуклидов около Z  = 124. Таким образом, ожидается, что он будет играть большую роль за пределами центра острова стабильности (хотя все еще будет подвержен влиянию оболочечных эффектов), если только центр острова не будет иметь более высокий атомный номер, чем предсказывалось. [87]

Возможное естественное возникновение

Хотя периоды полураспада в сотни или тысячи лет были бы относительно долгими для сверхтяжелых элементов, они слишком коротки для любого такого нуклида, чтобы изначально существовать на Земле. Кроме того, нестабильность ядер, промежуточных между первичными актинидами ( 232Th , 235U и 238U ) и островом стабильности, может подавлять образование ядер внутри острова в r -процессе нуклеосинтеза. Различные модели предполагают, что спонтанное деление будет доминирующим режимом распада ядер с A  > 280, и что нейтронно-индуцированное или бета-задержанное деление — соответственно, захват нейтронов и бета-распад, сразу за которым следует деление — станут основными каналами реакции. В результате бета-распад в направлении острова стабильности может происходить только в очень узком диапазоне или может быть полностью заблокирован делением, тем самым исключая синтез нуклидов внутри острова. [88] Считается, что отсутствие наблюдения сверхтяжелых нуклидов, таких как 292 Hs и 298 Fl в природе, является следствием низкого выхода в r -процессе, возникающем в результате этого механизма, а также слишком коротких периодов полураспада, чтобы позволить измеримым количествам сохраняться в природе. [89] [n] Различные исследования с использованием ускорительной масс-спектроскопии и кристаллических сцинтилляторов сообщили о верхних пределах естественного содержания таких долгоживущих сверхтяжелых ядер порядка10 −14 относительно их стабильных гомологов . [92]

Несмотря на эти препятствия для их синтеза, исследование 2013 года, опубликованное группой российских физиков во главе с Валерием Загребаевым, предполагает, что самые долгоживущие изотопы коперниция могут встречаться при обилии 10−12 относительно свинца, благодаря чему их можно обнаружить в космических лучах . [63] Аналогичным образом, в эксперименте 2013 года группа российских физиков во главе с Александром Багуля сообщила о возможном наблюдении трех космогенных сверхтяжелых ядер в кристаллах оливина в метеоритах. Атомный номер этих ядер оценивался в диапазоне от 105 до 130, причем одно ядро, вероятно, ограничено диапазоном от 113 до 129, а их время жизни оценивалось как минимум в 3000 лет. Хотя это наблюдение еще не подтверждено независимыми исследованиями, оно настоятельно предполагает существование острова стабильности и согласуется с теоретическими расчетами периодов полураспада этих нуклидов. [93] [94] [95]

Распад тяжелых, долгоживущих элементов в острове стабильности является предлагаемым объяснением необычного присутствия короткоживущих радиоактивных изотопов, наблюдаемых в звезде Пшибыльского . [96]

Синтез и трудности

Трехмерный график стабильности элементов в зависимости от числа протонов Z и нейтронов N, показывающий «горную цепь», проходящую по диагонали через график от низких к высоким числам, а также «остров стабильности» при высоких N и Z.
Трехмерная визуализация острова стабильности около N  = 178 и Z  = 112

Производство ядер на острове стабильности оказывается очень сложным, поскольку ядра, доступные в качестве исходных материалов, не обеспечивают необходимую сумму нейтронов. Радиоактивные ионные пучки (например, 44 S) в сочетании с актинидными мишенями (например, 248 Cm ) могут позволить производить более богатые нейтронами ядра ближе к центру острова стабильности, хотя такие пучки в настоящее время не доступны в требуемых интенсивностях для проведения таких экспериментов. [63] [97] [98] Несколько более тяжелых изотопов, таких как 250 Cm и 254 Es, все еще могут быть использованы в качестве мишеней, позволяя производить изотопы с одним или двумя нейтронами больше, чем у известных изотопов, [63] хотя производство нескольких миллиграммов этих редких изотопов для создания мишени является сложным. [99] Также может быть возможным исследовать альтернативные каналы реакции в тех же реакциях слияния-испарения, вызванных 48 Ca , которые заселяют наиболее богатые нейтронами известные изотопы, а именно те, которые имеют более низкую энергию возбуждения (что приводит к меньшему количеству нейтронов, испускаемых во время снятия возбуждения), или те, которые включают испарение заряженных частиц ( pxn , испарение протона и нескольких нейтронов, или αxn , испарение альфа-частицы и нескольких нейтронов). [100] Это может позволить синтезировать обогащенные нейтронами изотопы элементов 111–117. [101] Хотя предсказанные поперечные сечения составляют порядка 1–900  фб , что меньше, чем при испарении только нейтронов ( каналы xn ), все еще может быть возможным генерировать в этих реакциях иным образом недостижимые изотопы сверхтяжелых элементов. [100] [101] [102] Некоторые из этих более тяжелых изотопов (такие как 291 Mc, 291 Fl и 291 Nh) могут также подвергаться электронному захвату (превращая протон в нейтрон) в дополнение к альфа-распаду с относительно длительными периодами полураспада, распадаясь на ядра, такие как 291 Cn, которые, как предсказано, лежат вблизи центра острова стабильности. Однако это остается в значительной степени гипотетическим, поскольку сверхтяжелые ядра вблизи линии бета-стабильности еще не были синтезированы, и предсказания их свойств значительно различаются в разных моделях. [1] [63] В 2024 году группа исследователей из ОИЯИ наблюдала одну цепочку распада известного изотопа 289 Mc как продукта в канале p2n реакции между 242Pu и 50 Ti, эксперимент, нацеленный на нейтронодефицитные изотопы ливермория . Это был первый успешный отчет о канале выхода заряженных частиц в реакции горячего синтеза между актинидной мишенью и снарядом с Z  ≥ 20. [103]

Процесс медленного захвата нейтронов , используемый для получения нуклидов, таких тяжелых, как 257 Fm, блокируется короткоживущими изотопами фермия , которые подвергаются спонтанному делению (например, 258 Fm имеет период полураспада 370 мкс); это известно как «фермиевый зазор» и предотвращает синтез более тяжелых элементов в такой реакции. Возможно, можно обойти этот зазор, а также другую предсказанную область нестабильности около A  = 275 и Z  = 104–108, в серии контролируемых ядерных взрывов с более высоким потоком нейтронов (примерно в тысячу раз больше потоков в существующих реакторах), что имитирует астрофизический r -процесс. [63] Впервые предложенная в 1972 году Мельднером, такая реакция могла бы позволить производить макроскопические количества сверхтяжелых элементов в пределах острова стабильности; [1] Роль деления в промежуточных сверхтяжелых нуклидах весьма неопределенна и может сильно влиять на выход такой реакции. [88]

Карта JAEA нуклидов до Z = 149 и N = 256, показывающая прогнозируемые режимы распада и линию бета-стабильности
Эта диаграмма нуклидов, используемая Агентством по атомной энергии Японии, показывает известные (в рамке) и предсказанные режимы распада ядер до Z  = 149 и N  = 256. Области повышенной стабильности видны вокруг предсказанных замыканий оболочек при N  = 184 ( 294 Ds– 298 Fl) и N  = 228 ( 354 126), разделенные промежутком короткоживущих делящихся ядер ( t 1/2  < 1 нс; не окрашены на диаграмме). [75]

Также может быть возможным генерировать изотопы на острове стабильности, такие как 298 Fl, в реакциях многонуклонной передачи при низкоэнергетических столкновениях ядер актинидов (таких как 238 U и 248 Cm). [97] Этот механизм обратного квазиделения (частичное слияние с последующим делением, со смещением от массового равновесия, что приводит к более асимметричным продуктам) [104] может обеспечить путь к острову стабильности, если оболочечные эффекты около Z  = 114 достаточно сильны, хотя более легкие элементы, такие как нобелий и сиборгий ( Z  = 102–106), как прогнозируется, будут иметь более высокие выходы. [63] [105] Предварительные исследования реакций переноса 238 U +  238 U и 238 U +  248 Cm не смогли произвести элементы тяжелее менделевия ( Z  = 101), хотя повышенный выход в последней реакции предполагает, что использование еще более тяжелых мишеней, таких как 254 Es (если они доступны), может позволить производить сверхтяжелые элементы. [106] Этот результат подтверждается более поздним расчетом, предполагающим, что выход сверхтяжелых нуклидов (с Z  ≤ 109), вероятно, будет выше в реакциях переноса с использованием более тяжелых мишеней. [98] Исследование реакции 238 U +  232 Th, проведенное в 2018 году в Техасском циклотронном институте A&M Сарой Вюншель и др. обнаружили несколько неизвестных альфа-распадов, которые, возможно, могут быть отнесены к новым, богатым нейтронами изотопам сверхтяжелых элементов с 104 <  Z  < 116, хотя необходимы дальнейшие исследования для однозначного определения атомного номера продуктов. [98] [107] Этот результат убедительно свидетельствует о том, что оболочечные эффекты оказывают значительное влияние на поперечные сечения, и что остров стабильности, возможно, может быть достигнут в будущих экспериментах с реакциями передачи. [107]

Другие острова стабильности

Дальнейшие замыкания оболочек за пределами основного острова стабильности в районе Z  = 112–114 могут привести к появлению дополнительных островов стабильности. Хотя прогнозы относительно расположения следующих магических чисел значительно различаются, считается, что два значительных острова существуют вокруг более тяжелых дважды магических ядер; первый около 354 126 (с 228 нейтронами), а второй около 472 164 или 482 164 (с 308 или 318 нейтронами). [34] [75] [108] Нуклиды в пределах этих двух островов стабильности могут быть особенно устойчивы к спонтанному делению и иметь периоды полураспада альфа-распада, измеряемые годами, таким образом, имея сопоставимую стабильность с элементами в районе флеровия . [34] Другие области относительной стабильности могут также появляться с более слабыми замыканиями протонных оболочек в бета-стабильных нуклидах; Такие возможности включают области вблизи 342 126 [109] и 462 154. [110] Значительно большее электромагнитное отталкивание между протонами в таких тяжелых ядрах может значительно снизить их стабильность и, возможно, ограничить их существование локализованными островами вблизи оболочечных эффектов. [111] Это может привести к изоляции этих островов от основной диаграммы нуклидов , поскольку промежуточные нуклиды и, возможно, элементы в «море нестабильности» будут быстро подвергаться делению и по существу не будут существовать. [108] Также возможно, что за пределами области относительной стабильности вокруг элемента 126 более тяжелые ядра будут лежать за порогом деления, заданным моделью жидкой капли , и, таким образом, подвергаться делению с очень коротким временем жизни, делая их по существу несуществующими даже вблизи больших магических чисел. [109]

Также было высказано предположение, что в области за пределами A  > 300 может существовать целый « континент стабильности », состоящий из гипотетической фазы стабильной кварковой материи , включающей свободно текущие вверх и вниз кварки, а не кварки, связанные в протоны и нейтроны. Такая форма материи теоретически является основным состоянием барионной материи с большей энергией связи на барион , чем ядерная материя , что благоприятствует распаду ядерной материи за пределами этого порога массы в кварковую материю. Если такое состояние материи существует, оно, возможно, может быть синтезировано в тех же реакциях слияния, приводящих к обычным сверхтяжелым ядрам, и будет стабилизировано против деления вследствие его более сильной связи, достаточной для преодоления кулоновского отталкивания. [112]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ До 2003 года считалось, что самым тяжелым стабильным элементом является висмут (атомный номер 83), пока не было обнаружено, что его единственный стабильный изотоп, 209 Bi , подвергается альфа-распаду. [10]
  2. ^ Теоретически возможен распад и других наблюдаемых стабильных нуклидов, хотя их прогнозируемые периоды полураспада настолько велики, что этот процесс никогда не наблюдался. [11]
  3. ^ Область повышенной стабильности охватывает торий ( Z  = 90) и уран ( Z  = 92), периоды полураспада которых сопоставимы с возрастом Земли . Элементы, промежуточные между висмутом и торием, имеют более короткие периоды полураспада, а более тяжелые ядра после урана становятся более нестабильными с увеличением атомного номера. [12]
  4. ^ Разные источники приводят разные значения периодов полураспада; для справки приведены самые последние опубликованные в литературе значения и данные NUBASE.
  5. ^ Неподтвержденный 278 Bh может иметь более длительный период полураспада — 11,5 минут. [44]
  6. ^ abcdefghij Для элементов 109–118 самый долгоживущий известный изотоп всегда является самым тяжелым из обнаруженных на данный момент. Это делает вероятным, что среди еще более тяжелых изотопов есть еще более долгоживущие неоткрытые изотопы. [47]
  7. ^ Неподтвержденный 282Mt может иметь более длительный период полураспада — 1,1 минуты. [44]
  8. ^ Неподтвержденный 286 Rg может иметь более длительный период полураспада — 10,7 минут. [44]
  9. ^ Неподтвержденный 290 Fl может иметь более длительный период полураспада — 19 секунд. [44]
  10. ^ ab В то время как такие ядра могут быть синтезированы и может быть зарегистрирована серия сигналов распада, распады быстрее одной микросекунды могут накапливаться с последующими сигналами и, таким образом, быть неразличимыми, особенно когда могут быть образованы несколько нехарактеризованных ядер и испускать серию похожих альфа-частиц. [77] Основная трудность, таким образом, заключается в приписывании распадов правильному родительскому ядру , поскольку сверхтяжелый атом, который распадается до достижения детектора, вообще не будет зарегистрирован. [78]
  11. ^ Это понятие отличается от гипотетического синтеза при комнатной температуре ( холодный синтез ); оно относится к реакциям синтеза с более низкой энергией возбуждения.
  12. ^ Оганесян заявил, что элемент 114 будет иметь период полураспада порядка 10−19 с  при отсутствии стабилизирующих эффектов вблизи теоретического острова. [58]
  13. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) определяет предел ядерного существования как период полураспада 10−14 секунд ; это приблизительно время, необходимое для того, чтобы нуклоны организовались в ядерные оболочки и таким образом образовали нуклид. [76]
  14. ^ Израильский физик Амнон Маринов и др.  заявили о наблюдении долгоживущих изотопов рентгения (с A  = 261, 265) и унбибия ( A = 292) в природе [90] [91], хотя оценки использованной техники и последующие безуспешные поиски ставят под сомнение эти результаты. [52] [92]

Ссылки

  1. ^ abcd Загребаев, В. (2012). Возможности синтеза новых сверхтяжелых ядер (Что действительно можно сделать в течение ближайших нескольких лет). 11-я Международная конференция по ядерно-ядерным столкновениям (NN2012). Сан-Антонио, Техас, США. С. 24–28. Архивировано из оригинала 3 марта 2016 г.
  2. ^ abcdefghi Карпов, АВ; Загребаев, ВИ; Паленсуэла, ЮМ; и др. (2012). "Свойства распада и стабильность самых тяжелых элементов" (PDF) . International Journal of Modern Physics E. 21 ( 2): 1250013-1–1250013-20. Bibcode : 2012IJMPE..2150013K. doi : 10.1142/S0218301312500139.
  3. ^ Московиц, К. (2014). «Сверхтяжелый элемент 117 указывает на легендарный «остров стабильности» в периодической таблице». Scientific American . Получено 20 апреля 2019 г.
  4. ^ Робертс, С. (2019). «Пора ли перевернуть Периодическую таблицу?». The New York Times . Получено 27 августа 2019 г.
  5. ^ abc Оганесян, Ю. Ц. (2012). "Ядра на "острове стабильности" сверхтяжелых элементов". Journal of Physics: Conference Series . 337 (1): 012005. Bibcode : 2012JPhCS.337a2005O. doi : 10.1088/1742-6596/337/1/012005 .
  6. ^ abcde Оганесян, Ю. Ц.; Рыкачевский, К. (2015). «Плацдарм на острове стабильности». Physics Today . 68 (8): 32–38. Bibcode : 2015PhT....68h..32O. doi : 10.1063/PT.3.2880 . OSTI  1337838. S2CID  119531411.
  7. ^ Thoennessen, M. (2018). "Проект по открытию нуклидов" . Получено 13 сентября 2019 г.
  8. ^ Подгорсак 2016, стр. 512
  9. ^ "Структура атома". Австралийское агентство по радиационной защите и ядерной безопасности . Содружество Австралии. 2017. Получено 16 февраля 2019 .
  10. ^ Marcillac, P.; Coron, N.; Dambier, G.; et al. (2003). «Экспериментальное обнаружение α-частиц из радиоактивного распада природного висмута». Nature . 422 (6934): 876–878. Bibcode :2003Natur.422..876D. doi :10.1038/nature01541. PMID  12712201. S2CID  4415582.
  11. ^ Белли, П.; Бернабей, Р.; Даневич, Ф.А.; и др. (2019). «Экспериментальные поиски редких альфа- и бета-распадов». Европейский физический журнал А. 55 (8): 140-1–140-7. arXiv : 1908.11458 . Бибкод : 2019EPJA...55..140B. дои : 10.1140/epja/i2019-12823-2. ISSN  1434-601X. S2CID  201664098.
  12. ^ ab Greiner, W. (2012). «Тяжелый в Стабильность». Physics . 5 : 115-1–115-3. Bibcode : 2012PhyOJ...5..115G. doi : 10.1103/Physics.5.115 .
  13. ^ Terranova, ML; Tavares, OAP (2022). «Периодическая таблица элементов: поиск трансактинидов и не только». Rendiconti Lincei. Scienze Fisiche e Naturali . 33 (1): 1–16. Bibcode :2022RLSFN..33....1T. doi : 10.1007/s12210-022-01057-w . S2CID  247111430.
  14. ^ abc Koura, H.; Katakura, J.; Tachibana, T.; Minato, F. (2015). "Диаграмма нуклидов". Японское агентство по атомной энергии . Получено 12 апреля 2019 г.
  15. ^ Подгорсак 2016, стр. 33
  16. ^ Блатт, Дж. М.; Вайскопф, В. Ф. (2012). Теоретическая ядерная физика . Dover Publications. стр. 7–9. ISBN 978-0-486-13950-0.
  17. ^ ab Sacks, O. (2004). «Привет с острова стабильности». The New York Times . Архивировано из оригинала 4 июля 2018 года . Получено 16 февраля 2019 года .
  18. ^ Хоффман 2000, стр. 34
  19. ^ abc Möller, P. (2016). «Границы ядерной диаграммы, установленные делением и альфа-распадом» (PDF) . EPJ Web of Conferences . 131 : 03002-1–03002-8. Bibcode :2016EPJWC.13103002M. doi : 10.1051/epjconf/201613103002 .
  20. ^ abcd Kratz, JV (2011). Влияние сверхтяжелых элементов на химические и физические науки (PDF) . 4-я Международная конференция по химии и физике трансактинидных элементов. стр. 30–37 . Получено 27 августа 2013 г.
  21. ^ ab Koura, H.; Chiba, S. (2013). «Одночастичные уровни сферических ядер в области сверхтяжелых и чрезвычайно сверхтяжелых масс». Журнал Физического общества Японии . 82 (1): 014201-1–014201-5. Bibcode : 2013JPSJ...82a4201K. doi : 10.7566/JPSJ.82.014201.
  22. ^ Краг 2018, стр. 9–10
  23. ^ ab Hoffman 2000, стр. 400
  24. ^ Томпсон, С. Г.; Цанг, К. Ф. (1972). Сверхтяжелые элементы (PDF) (Отчет). Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли . стр. 28. LBL-665.
  25. ^ Nave, R. "Shell Model of Nucleus". HyperPhysics . Department of Physics and Astronomy, Georgia State University . Получено 22 января 2007 г.
  26. ^ Caurier, E.; Martínez-Pinedo, G.; Nowacki, F.; et al. (2005). "Модель оболочки как единый взгляд на структуру ядра". Reviews of Modern Physics . 77 (2): 428. arXiv : nucl-th/0402046 . Bibcode : 2005RvMP...77..427C. doi : 10.1103/RevModPhys.77.427. S2CID  119447053.
  27. ^ Сатаке, М. (2010). Введение в ядерную химию . Discovery Publishing House. стр. 36. ISBN 978-81-7141-277-8.
  28. ^ Эббинг, Д.; Гэммон, С. Д. (2007). Общая химия (8-е изд.). Houghton Mifflin. стр. 858. ISBN 978-0-618-73879-3.
  29. ^ ab Kragh 2018, стр. 22
  30. ^ Дюме, Б. (2005). ««Магические» числа остаются магическими». Physics World . IOP Publishing . Получено 17 февраля 2019 г. .
  31. ^ Бланк, Б.; Риган, П. Х. (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
  32. ^ "Хайнер Вальтер Мелднер". Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса. 2019.
  33. ^ "Некролог Хайнера Мелднера" ​​. Legacy.com . Сан-Диего Юнион-Трибьюн . 2019.
  34. ^ abcdefghi Бемис, CE; Никс, JR (1977). «Сверхтяжелые элементы – поиск в перспективе» (PDF) . Комментарии к Nuclear and Particle Physics . 7 (3): 65–78. ISSN  0010-2709.
  35. ^ Краг, Х. (2017). «Поиск сверхтяжелых элементов: исторические и философские перспективы». стр. 8–9. arXiv : 1708.04064 [physics.hist-ph].
  36. ^ ab Courtland, R. (2010). «Весовая шкала для атомов могла бы отображать «остров стабильности»». NewScientist . Получено 4 июля 2019 г. .
  37. ^ ab Clery, D. (2021). «Надежды на то, что сверхтяжелый элемент флеровий будет долго жить, испаряются». Science . doi :10.1126/science.abh0581.
  38. ^ Эмсли 2011, стр. 566
  39. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Утёнков, В. К. (2015). «Исследования сверхтяжёлых элементов». Reports on Progress in Physics . 78 (3): 036301-14–036301-15. Bibcode :2015RPPh...78c6301O. doi :10.1088/0034-4885/78/3/036301. PMID  25746203. S2CID  37779526.
  40. ^ abc Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001-174–030001-180. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  41. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Утёнков, В. К.; Ибадуллаев, Д.; и др. (2022). «Исследование реакций, вызванных 48 Ca, с мишенями из 242 Pu и 238 U на заводе сверхтяжелых элементов ОИЯИ». Physical Review C. 106 ( 24612): 024612. Bibcode : 2022PhRvC.106b4612O. doi : 10.1103/PhysRevC.106.024612. OSTI  1883808. S2CID  251759318.
  42. ^ ab Оганесян, Ю. Ц.; Утёнков, В. К.; Коврижных, НД; и др. (29 сентября 2022 г.). "Первый эксперимент на фабрике сверхтяжелых элементов: высокое сечение 288Mc в реакции 243Am+48Ca и идентификация нового изотопа 264Lr". Physical Review C. 106 ( 3): L031301. Bibcode : 2022PhRvC.106c1301O. doi : 10.1103/PhysRevC.106.L031301. OSTI  1890311. S2CID  252628992.
  43. ^ ab Утёнков, ВК; Брюэр, НТ; Оганесян, Ю. Ц.; и др. (2018). "Нейтронодефицитные сверхтяжёлые ядра, полученные в реакции 240Pu + 48Ca". Physical Review C. 97 ( 1): 014320-1–014320-10. Bibcode : 2018PhRvC..97a4320U. doi : 10.1103/PhysRevC.97.014320 .
  44. ^ abcdef Хофманн, С.; Хайнц, С.; Манн, Р.; и др. (2016). «Обзор сверхтяжелых ядер четных элементов и поиск элемента 120». The European Physical Journal A . 2016 (52): 180-15–180-17. Bibcode :2016EPJA...52..180H. doi :10.1140/epja/i2016-16180-4. S2CID  124362890.
  45. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Утёнков, В. К.; Коврижных, НД; и др. (2022). "Новый изотоп 286Mc, полученный в реакции 243Am+48Ca". Physical Review C. 106 ( 64306): 064306. Bibcode : 2022PhRvC.106f4306O. doi : 10.1103/PhysRevC.106.064306 . S2CID  254435744.
  46. ^ Шедель, М. (2015). «Химия сверхтяжелых элементов». Philosophical Transactions of the Royal Society A. 373 ( 2037): 20140191–9. Bibcode :2015RSPTA.37340191S. doi : 10.1098/rsta.2014.0191 . PMID  25666065. S2CID  6930206.
  47. ^ ab Оганесян, Ю. Ц. (2007). "Самые тяжелые ядра из реакций, вызванных 48Ca" (PDF) . Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 34 (4): R233. Bibcode :2007JPhG...34R.165O. doi :10.1088/0954-3899/34/4/R01.
  48. ^ Лодхи 1978, стр. 11
  49. ^ ab Ćwiok, S.; Heenen, P.-H.; Nazarewicz, W. (2005). "Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei" (PDF) . Nature . 433 (7027): 705–709. Bibcode :2005Natur.433..705C. doi :10.1038/nature03336. PMID  15716943. S2CID  4368001. Архивировано из оригинала (PDF) 23 июня 2010 г.
  50. ^ Gsponer, A.; Hurni, J.-P. (2009). Ядерное оружие четвертого поколения: физические принципы термоядерных взрывчатых веществ, инерционный термоядерный синтез и поиски ядерного оружия четвертого поколения (PDF) (3-е издание 7-го издания). С. 110–115.
  51. ^ ab Lodhi 1978, стр. 35
  52. ^ abc Эмсли 2011, стр. 588
  53. ^ Khuyagbaatar, J. (2017). «Сечения реакций слияния-испарения: наиболее перспективный путь к сверхтяжелым элементам за пределами Z = 118». EPJ Web of Conferences . 163 : 00030-1–00030-5. Bibcode : 2017EPJWC.16300030J. doi : 10.1051/epjconf/201716300030 .
  54. ^ Хоффман 2000, стр. 404
  55. ^ abcd Карпов, А.; Загребаев, В.; Грейнер, В. (2015). "Сверхтяжелые ядра: какие регионы ядерной карты доступны в ближайших исследованиях?" (PDF) . SHE-2015 . стр. 1–16 . Получено 30 октября 2018 г. .
  56. ^ Хоффман 2000, стр. 403
  57. ^ ab Оганесян, Ю. Ц.; Утёнков, В. К.; Лобанов, Ю. В.; и др. (1999). "Синтез сверхтяжёлых ядер в реакции 48Ca + 244Pu" (PDF) . Physical Review Letters . 83 (16): 3154. Bibcode :1999PhRvL..83.3154O. doi :10.1103/PhysRevLett.83.3154. Архивировано из оригинального (PDF) 30 июля 2020 г. . Получено 31 декабря 2018 г. .
  58. ^ Чепмен, К. (2016). «Что нужно, чтобы создать новый элемент». Chemistry World . Получено 16 января 2020 г.
  59. ^ Хоффман 2000, стр. 426
  60. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Абдуллин, Ф. Ш.; Бейли, ПД; и др. (2010). «Синтез нового элемента с атомным номером Z = 117». Physical Review Letters . 104 (14): 142502-1–142502-4. Bibcode :2010PhRvL.104n2502O. doi : 10.1103/PhysRevLett.104.142502 . PMID  20481935.
  61. ^ Såmark-Roth, A.; Cox, DM; Rudolph, D.; et al. (2021). «Спектроскопия вдоль цепочек распада флеровия: открытие 280Ds и возбужденного состояния в 282Cn». Physical Review Letters . 126 (3): 032503-1–032503-7. Bibcode : 2021PhRvL.126c2503S. doi : 10.1103/PhysRevLett.126.032503 . hdl : 10486/705608 . ISSN  0031-9007. PMID  33543956.
  62. ^ ab "Подтвержден сверхтяжелый элемент 114: ступенька к острову стабильности". Berkeley Lab . 2009. Получено 23 октября 2019 г.
  63. ^ abcdefg Загребаев, В.; Карпов, А.; Грейнер, В. (2013). «Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра могут быть синтезированы в течение следующих нескольких лет?». Journal of Physics: Conference Series . Vol. 420. IOP Science. pp. 1–15. arXiv : 1207.5700 . doi :10.1088/1757-899X/468/1/012012.
  64. ^ Хессбергер, Ф. П.; Аккерман, Д. (2017). «Некоторые критические замечания о последовательности событий, интерпретируемых как возможно происходящие из цепочки распада изотопа элемента 120». The European Physical Journal A. 53 ( 123): 123. Bibcode : 2017EPJA...53..123H. doi : 10.1140/epja/i2017-12307-5. S2CID  125886824.
  65. ^ Patyk, Z.; Sobiczewski, A. (1991). "Свойства основного состояния самых тяжелых ядер, проанализированные в многомерном пространстве деформаций". Nuclear Physics A. 533 ( 1): 150. Bibcode :1991NuPhA.533..132P. doi :10.1016/0375-9474(91)90823-O.
  66. ^ Ćwiok, S.; Nazarewicz, W.; Heenen, PH (1999). «Структура сверхтяжелых элементов с нечетным N ». Physical Review Letters . 83 (6): 1108–1111. Bibcode : 1999PhRvL..83.1108C. doi : 10.1103/PhysRevLett.83.1108.
  67. ^ ab Загребаев, VI; Аритомо, Y.; Иткис, MG; и др. (2001). "Синтез сверхтяжелых ядер: как точно мы можем его описать и рассчитать сечения?" (PDF) . Physical Review C. 65 ( 1): 014607-1–014607-14. Bibcode : 2001PhRvC..65a4607Z. doi : 10.1103/PhysRevC.65.014607.
  68. ^ abc Samanta, C.; Chowdhury, PR; Basu, DN (2007). «Предсказания периодов полураспада альфа-распада тяжелых и сверхтяжелых элементов». Nuclear Physics A . 789 (1–4): 142–154. arXiv : nucl-th/0703086 . Bibcode :2007NuPhA.789..142S. CiteSeerX 10.1.1.264.8177 . doi :10.1016/j.nuclphysa.2007.04.001. S2CID  7496348. 
  69. ^ abc Chowdhury, PR; Samanta, C.; Basu, DN (2008). «Поиск долгоживущих самых тяжелых ядер за пределами долины стабильности». Physical Review C. 77 ( 4): 044603-1–044603-14. arXiv : 0802.3837 . Bibcode :2008PhRvC..77d4603C. doi :10.1103/PhysRevC.77.044603. S2CID  119207807.
  70. ^ abcd Chowdhury, PR; Samanta, C.; Basu, DN (2008). "Ядерные периоды полураспада для α-радиоактивности элементов с 100 ≤  Z  ≤ 130". Atomic Data and Nuclear Data Tables . 94 (6): 781–806. arXiv : 0802.4161 . Bibcode :2008ADNDT..94..781C. doi :10.1016/j.adt.2008.01.003. S2CID  96718440.
  71. ^ Дворжак, Й.; Брюхле, В.; Челноков, М.; и др. (2006). «Doubly Magic Nucleus 270108Hs162». Physical Review Letters . 97 (24): 242501-1–242501-4. Bibcode :2006PhRvL..97x2501D. doi :10.1103/PhysRevLett.97.242501. PMID  17280272.
  72. ^ ab Möller, P.; Nix, JR (1998). "Stability and Production of Superheavy Nuclei". Труды конференции AIP . 425 (1): 75. arXiv : nucl-th/9709016 . Bibcode :1998AIPC..425...75M. doi :10.1063/1.55136. S2CID  119087649.
  73. ^ Meng, X.; Lu, B.-N.; Zhou, S.-G. (2020). «Свойства основного состояния и поверхности потенциальной энергии 270 Hs из многомерно ограниченной релятивистской модели среднего поля». Science China Physics, Mechanics & Astronomy . 63 (1): 212011-1–212011-9. arXiv : 1910.10552 . Bibcode :2020SCPMA..6312011M. doi :10.1007/s11433-019-9422-1. S2CID  204838163.
  74. ^ Moody, KJ (2014). «Синтез сверхтяжелых элементов». В Schädel, M.; Shaughnessy, D. (ред.). Химия сверхтяжелых элементов (2-е изд.). Springer. стр. 3. ISBN 978-3-642-37466-1.
  75. ^ abcdef Koura, H. (2011). Режимы распада и предел существования ядер в области сверхтяжелых масс (PDF) . 4-я Международная конференция по химии и физике трансактинидных элементов . Получено 18 ноября 2018 г. .
  76. ^ Эмсли 2011, стр. 590
  77. ^ Сан, MD; Лю, Z.; Хуан, TH; и др. (2017). «Новый короткоживущий изотоп 223Np и отсутствие замыкания подоболочки Z = 92 вблизи N = 126». Physics Letters B . 771 : 303–308. Bibcode :2017PhLB..771..303S. doi : 10.1016/j.physletb.2017.03.074 .
  78. ^ ab Palenzuela, YM; Ruiz, LF; Karpov, A.; Greiner, W. (2012). "Систематическое изучение свойств распада самых тяжелых элементов" (PDF) . Известия Российской академии наук: Физика . 76 (11): 1165–1171. Bibcode :2012BRASP..76.1165P. doi :10.3103/S1062873812110172. ISSN  1062-8738. S2CID  120690838.
  79. ^ Chowdhury, PR; Samanta, C.; Basu, DN (2006). "α-распад полупериодов новых сверхтяжелых элементов". Physical Review C. 73 ( 1): 014612-1–014612-7. arXiv : nucl-th/0507054 . Bibcode : 2006PhRvC..73a4612C. doi : 10.1103/PhysRevC.73.014612. S2CID  118739116.
  80. ^ Chowdhury, PR; Basu, DN; Samanta, C. (2007). "цепочки α-распада от элемента 113". Physical Review C. 75 ( 4): 047306-1–047306-3. arXiv : 0704.3927 . Bibcode :2007PhRvC..75d7306C. doi :10.1103/PhysRevC.75.047306. S2CID  118496739.
  81. ^ Samanta, C.; Basu, DN; Chowdhury, PR (2007). «Квантовое туннелирование в 277 112 и его цепочке альфа-распада». Журнал Физического общества Японии . 76 (12): 124201-1–124201-4. arXiv : 0708.4355 . Bibcode : 2007JPSJ...76l4201S. doi : 10.1143/JPSJ.76.124201. S2CID  14210523.
  82. ^ Sarriguren, P. (2019). «Микроскопические расчеты слабых распадов в сверхтяжелых ядрах». Physical Review C. 100 ( 1): 014309-1–014309-12. arXiv : 1907.06877 . Bibcode : 2019PhRvC.100a4309S. doi : 10.1103/PhysRevC.100.014309. S2CID  196831777.
  83. ^ Нильссон, С.Г.; Цанг, К.Ф.; Собичевский, А.; и др. (1969). «О ядерной структуре и стабильности тяжелых и сверхтяжелых элементов». Nuclear Physics A (Представленная рукопись). 131 (1): 53–55. Bibcode : 1969NuPhA.131....1N. doi : 10.1016/0375-9474(69)90809-4.
  84. ^ Chowdhury, P. Roy; Samanta, C. & Basu, DN (2008). "Поиск долгоживущих самых тяжелых ядер за пределами долины стабильности". Physical Review C . 77 (4): 044603. arXiv : 0802.3837 . Bibcode :2008PhRvC..77d4603C. doi :10.1103/PhysRevC.77.044603. S2CID  119207807.
  85. ^ Chowdhury, P. Roy; Samanta, C. & Basu, DN (2008). "Ядерные периоды полураспада для α-радиоактивности элементов с 100 ≤ Z ≤ 130". Atomic Data and Nuclear Data Tables . 94 (6): 781–806. arXiv : 0802.4161 . Bibcode :2008ADNDT..94..781C. doi :10.1016/j.adt.2008.01.003. S2CID  96718440.
  86. ^ Малов, LA; Адамян, GG; Антоненко, NV; Lenske, H. (2021). «Ландшафт острова стабильности с самосогласованными потенциалами среднего поля». Physical Review C. 104 ( 6): 064303-1–064303-12. Bibcode : 2021PhRvC.104f4303M. doi : 10.1103/PhysRevC.104.064303. S2CID  244927833.
  87. ^ Poenaru, DN; Gherghescu, RA; Greiner, W. (2011). «Радиоактивность тяжелых частиц сверхтяжелых ядер». Physical Review Letters . 107 (6): 062503-1–062503-4. arXiv : 1106.3271 . Bibcode : 2011PhRvL.107f2503P. doi : 10.1103/PhysRevLett.107.062503. PMID  21902317. S2CID  38906110.
  88. ^ ab Petermann, I.; Langanke, K.; Martínez-Pinedo, G.; et al. (2012). «Произведены ли в природе сверхтяжелые элементы?». European Physical Journal A. 48 ( 122): 122. arXiv : 1207.3432 . Bibcode : 2012EPJA...48..122P. doi : 10.1140/epja/i2012-12122-6. S2CID  119264543.
  89. ^ Людвиг, П.; Фаестерманн, Т.; Коршинек, Г.; и др. (2012). «Поиск сверхтяжелых элементов с 292 ≤ A ≤ 310 в природе с помощью ускорительной масс-спектрометрии» (PDF) . Physical Review C. 85 ( 2): 024315-1–024315-8. doi :10.1103/PhysRevC.85.024315. Архивировано (PDF) из оригинала 28 декабря 2018 г.
  90. ^ Маринов, А.; Родушкин, И.; Папе, А.; и др. (2009). "Существование долгоживущих изотопов сверхтяжелого элемента в природном Au" (PDF) . International Journal of Modern Physics E . 18 (3). World Scientific Publishing Company : 621–629. arXiv : nucl-ex/0702051 . Bibcode :2009IJMPE..18..621M. doi :10.1142/S021830130901280X. S2CID  119103410. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2014 г. . Получено 12 февраля 2012 г. .
  91. ^ Маринов, А.; Родушкин, И.; Колб, Д.; и др. (2010). «Доказательства долгоживущего сверхтяжелого ядра с атомным массовым числом A = 292 и атомным числом Z =~ 122 в натуральном Th». International Journal of Modern Physics E . 19 (1): 131–140. arXiv : 0804.3869 . Bibcode :2010IJMPE..19..131M. doi :10.1142/S0218301310014662. S2CID  117956340.
  92. ^ ab Belli, P.; Bernabei, R.; Cappella, F.; et al. (2022). «Поиск природного сиборгия с помощью радиоактивно чистых 116 кристаллических сцинтилляторов CdWO 4 ». Physica Scripta . 97 (85302): 085302. Bibcode :2022PhyS...97h5302B. doi :10.1088/1402-4896/ac7a6d. S2CID  249902412.
  93. ^ Багуля, АВ; Владимиров, МС; Волков, АЕ; и др. (2015). «Спектр заряда сверхтяжелых ядер галактических космических лучей, полученный в эксперименте ОЛИМПИЯ». Известия Физического института им. П. Н. Лебедева . 42 (5): 152–156. Bibcode :2015BLPI...42..152B. doi :10.3103/S1068335615050073. S2CID  124044490.
  94. ^ Александров, А.; Алексеев, В.; Багуля, А.; и др. (2019). «Естественные сверхтяжелые ядра в астрофизических данных». arXiv : 1908.02931 [nucl-ex].
  95. ^ Giuliani, SA; Matheson, Z.; Nazarewicz, W.; et al. (2019). «Сверхтяжелые элементы: Оганесон и далее». Reviews of Modern Physics . 91 (1): 24–27. doi : 10.1103/RevModPhys.91.011001 . OSTI  1513815.
  96. ^ VA Dzuba; VV Flambaum; JK Webb (2017). «Изотопный сдвиг и поиск метастабильных сверхтяжелых элементов в астрофизических данных». Physical Review A. 95 ( 6): 062515. arXiv : 1703.04250 . Bibcode : 2017PhRvA..95f2515D. doi : 10.1103/PhysRevA.95.062515. S2CID  118956691.
  97. ^ аб Попеко, AG (2016). Перспективы исследования СТЭ в Дубне. Ежегодное собрание NUSTAR 2016. Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Дармштадт, Германия. стр. 22–28.
  98. ^ abc Zhu, L. (2019). "Возможности производства сверхтяжелых ядер в реакциях передачи нескольких нуклонов на основе радиоактивных мишеней" (PDF) . Chinese Physics C . 43 (12): 124103-1–124103-4. Bibcode :2019ChPhC..43l4103Z. doi :10.1088/1674-1137/43/12/124103. S2CID  209932076. Архивировано из оригинала (PDF) 3 ноября 2019 г. . Получено 3 ноября 2019 г. .
  99. ^ Роберто, Дж. Б. (2015). «Актинидные мишени для исследования сверхтяжелых элементов» (PDF) . cyclotron.tamu.edu . Техасский университет A & M. стр. 3–6 . Получено 30 октября 2018 г. .
  100. ^ ab Hong, J.; Adamian, GG; Antonenko, NV; Jachimowicz, P.; Kowal, M. (26 апреля 2023 г.). Интересные реакции синтеза в сверхтяжелой области (PDF) . Конференция IUPAP "Самые тяжелые ядра и атомы". Объединенный институт ядерных исследований . Получено 30 июля 2023 г.
  101. ^ ab Hong, J.; Adamian, GG; Antonenko, NV (2017). «Способы получения новых сверхтяжелых изотопов с Z = 111–117 в каналах испарения заряженных частиц». Physics Letters B . 764 : 42–48. Bibcode :2017PhLB..764...42H. doi : 10.1016/j.physletb.2016.11.002 .
  102. ^ Сивек-Вильчиньска, К.; Кэп, Т.; Коваль, П. (2019). «Как производить новые сверхтяжелые ядра?». Физический обзор C . 99 (5): 054603-1–054603-5. arXiv : 1812.09522 . doi : 10.1103/PhysRevC.99.054603. S2CID  155404097.
  103. ^ Ибадуллаев, Дастан (2024). "Синтез и изучение свойств распада изотопов сверхтяжелого элемента Lv в реакциях 238U + 54Cr и 242Pu + 50Ti". jinr.ru . Объединенный институт ядерных исследований . Получено 2 ноября 2024 г. .
  104. ^ Секизава, К. (2019). «Теория TDHF и ее расширения для реакции передачи нескольких нуклонов: мини-обзор». Frontiers in Physics . 7 (20): 1–6. arXiv : 1902.01616 . Bibcode :2019FrP.....7...20S. doi : 10.3389/fphy.2019.00020 . S2CID  73729050.
  105. ^ Загребаев, В.; Грейнер, В. (2008). «Синтез сверхтяжелых ядер: поиск новых реакций производства». Physical Review C. 78 ( 3): 034610-1–034610-12. arXiv : 0807.2537 . Bibcode : 2008PhRvC..78c4610Z. doi : 10.1103/PhysRevC.78.034610.
  106. ^ Шедель, М. (2016). «Перспективы производства тяжелых и сверхтяжелых элементов посредством неупругих ядро-ядерных столкновений – от 238U + 238U до 18O + 254Es» (PDF) . EPJ Web of Conferences . 131 : 04001-1–04001-9. doi : 10.1051/epjconf/201613104001 .
  107. ^ ab Wuenschel, S.; Hagel, K.; Barbui, M.; et al. (2018). «Экспериментальное исследование производства альфа-распадающихся тяжелых элементов в реакциях 238 U + 232 Th при 7,5-6,1 МэВ/нуклон». Physical Review C. 97 ( 6): 064602-1–064602-12. arXiv : 1802.03091 . Bibcode : 2018PhRvC..97f4602W. doi : 10.1103/PhysRevC.97.064602. S2CID  67767157.
  108. ^ ab Greiner, W. (2013). "Ядра: сверхтяжелые-сверхнейтронные-странные-и антиматерии" (PDF) . Journal of Physics: Conference Series . 413 (1): 012002-1–012002-9. Bibcode :2013JPhCS.413a2002G. doi : 10.1088/1742-6596/413/1/012002 .
  109. ^ ab Окунев, ВС (2018). «Об островах стабильности и предельной массе атомных ядер». Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 468 : 012012-1–012012-13. doi : 10.1088/1757-899X/468/1/012012 .
  110. ^ Maly, J.; Walz, DR (1980). "Поиск сверхтяжелых элементов среди ископаемых следов деления в цирконе" (PDF) . стр. 15. CiteSeerX 10.1.1.382.8189 . 
  111. ^ Афанасьев, АФ; Агбемава, СЭ; Гьявали, А. (2018). «Сверхтяжелые ядра: существование и стабильность». Physics Letters B. 782 : 533–540. arXiv : 1804.06395 . Bibcode : 2018PhLB..782..533A. doi : 10.1016/j.physletb.2018.05.070. S2CID  119460491.
  112. ^ Холдом, Б.; Рен, Дж.; Чжан, К. (2018). «Кварковая материя не может быть странной». Physical Review Letters . 120 (1): 222001-1–222001-6. arXiv : 1707.06610 . Bibcode : 2018PhRvL.120v2001H. doi : 10.1103/PhysRevLett.120.222001. PMID  29906186. S2CID  49216916.

Библиография

Внешние ссылки