stringtranslate.com

Унбиквадиум

Унбиквадий , также известный как элемент 124 или эка-уран , является гипотетическим химическим элементом; он имеет символ-заполнитель Ubq и атомный номер 124. Унбиквадий и Ubq являются временными названием и символом ИЮПАК соответственно, пока элемент не будет открыт, подтвержден и не будет принято решение о постоянном названии. В периодической таблице унбиквадий, как ожидается, будет суперактинидом g-блока и шестым элементом в 8-м периоде . Унбиквадий привлек внимание, так как он может находиться в пределах острова стабильности , что приводит к более длительным периодам полураспада, особенно для 308 Ubq, который, как предсказано, имеет магическое число нейтронов (184).

Несмотря на многочисленные поиски, unbiquadium не был синтезирован, и не было обнаружено никаких природных изотопов . Считается, что синтез unbiquadium будет гораздо более сложным, чем синтез более легких неоткрытых элементов , а ядерная нестабильность может создать дополнительные трудности в идентификации unbiquadium, если только остров стабильности не будет иметь более сильного стабилизирующего эффекта, чем предсказывалось в этой области.

Как член серии суперактинидов, унбиквадий, как ожидается, будет иметь некоторое сходство с его возможным более легким сородичем ураном . Ожидается, что валентные электроны унбиквадия будут довольно легко участвовать в химических реакциях, хотя релятивистские эффекты могут существенно влиять на некоторые его свойства; например, было рассчитано, что электронная конфигурация значительно отличается от той, которая предсказывается принципом Ауфбау .

Введение

Синтез сверхтяжелых ядер

Графическое изображение реакции ядерного синтеза
Графическое изображение реакции ядерного синтеза . Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон . Реакции, создававшие новые элементы до этого момента, были похожи, с единственной возможной разницей, что иногда выделялось несколько отдельных нейтронов или вообще ни одного.

Сверхтяжелое [a] атомное ядро ​​создается в ядерной реакции, которая объединяет два других ядра неравного размера [b] в одно; грубо говоря, чем более неравны два ядра с точки зрения массы , тем больше вероятность того, что они прореагируют. [7] Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которая затем бомбардируется пучком более легких ядер. Два ядра могут слиться в одно, только если они подойдут друг к другу достаточно близко; обычно ядра (все положительно заряженные) отталкиваются друг от друга из-за электростатического отталкивания . Сильное взаимодействие может преодолеть это отталкивание, но только на очень коротком расстоянии от ядра; ядра пучка, таким образом, значительно ускоряются , чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. [8] Энергия, применяемая к ядрам пучка для их ускорения, может заставить их достичь скорости, составляющей одну десятую скорости света . Однако если приложить слишком много энергии, ядро ​​пучка может развалиться. [8]

Для слияния двух ядер недостаточно просто сблизиться достаточно сильно: когда два ядра приближаются друг к другу, они обычно остаются вместе около 10-20 секунд  , а затем расходятся (не обязательно в том же составе, что и до реакции), а не образуют единое ядро. [8] [9] Это происходит потому, что во время попытки образования единого ядра электростатическое отталкивание разрывает формирующееся ядро. [8] Каждая пара мишени и пучка характеризуется своим поперечным сечением — вероятностью того, что слияние произойдет, если два ядра сблизятся друг с другом, выраженной в терминах поперечной площади, которую должна поразить падающая частица, чтобы слияние произошло. [c] Это слияние может произойти в результате квантового эффекта, при котором ядра могут туннелировать через электростатическое отталкивание. Если два ядра могут оставаться близко после этой фазы, множественные ядерные взаимодействия приводят к перераспределению энергии и энергетическому равновесию. [8]

Результирующее слияние является возбужденным состоянием [12] — называемым составным ядром — и поэтому оно очень нестабильно. [8] Чтобы достичь более стабильного состояния, временное слияние может расщепляться без образования более стабильного ядра. [13] В качестве альтернативы составное ядро ​​может выбросить несколько нейтронов , которые унесут энергию возбуждения; если последней недостаточно для испускания нейтрона, слияние произведет гамма-луч . Это происходит примерно через 10−16 секунд  после первоначального ядерного столкновения и приводит к созданию более стабильного ядра. [13] Определение Совместной рабочей группы ИЮПАК/ИЮПАП (JWP) гласит, что химический элемент может быть признан открытым только в том случае, если его ядро ​​не распалось в течение 10−14 секунд . Это значение было выбрано в качестве оценки того, сколько времени требуется ядру, чтобы приобрести электроны и, таким образом, проявить свои химические свойства. [14] [d]

Распад и обнаружение

Пучок проходит через мишень и достигает следующей камеры, сепаратора; если образуется новое ядро, оно переносится этим пучком. [16] В сепараторе вновь образованное ядро ​​отделяется от других нуклидов (ядра исходного пучка и любых других продуктов реакции) [e] и передается в поверхностно-барьерный детектор , который останавливает ядро. Точное место предстоящего удара по детектору отмечается; также отмечаются его энергия и время прибытия. [16] Передача занимает около 10−6 секунд  ; чтобы быть обнаруженным, ядро ​​должно прожить это время. [19] Ядро регистрируется снова после того, как регистрируется его распад, и измеряются местоположение, энергия и время распада. [16]

Стабильность ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его радиус действия очень мал; по мере увеличения размеров ядра его влияние на самые внешние нуклоны ( протоны и нейтроны) ослабевает. В то же время ядро ​​разрывается электростатическим отталкиванием между протонами, и его радиус действия не ограничен. [20] Общая энергия связи , обеспечиваемая сильным взаимодействием, линейно увеличивается с числом нуклонов, тогда как электростатическое отталкивание увеличивается с квадратом атомного номера, т. е. последний растет быстрее и становится все более важным для тяжелых и сверхтяжелых ядер. [21] [22] Таким образом, теоретически предсказано [23] и до сих пор наблюдалось [24] , что сверхтяжелые ядра в основном распадаются через моды распада, которые вызваны таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление . [f] Почти все альфа-излучатели имеют более 210 нуклонов, [26] а самый легкий нуклид, в первую очередь подвергающийся спонтанному делению, имеет 238. [27] В обоих режимах распада ядрам препятствуют распадаться соответствующие энергетические барьеры для каждого режима, но они могут туннелироваться через них. [21] [22]

Аппарат для создания сверхтяжелых элементов
Схема установки для создания сверхтяжелых элементов на основе газонаполненного сепаратора отдачи «Дубна», созданного в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова в ОИЯИ. Траектория внутри детектора и устройства фокусировки пучка изменяется из-за дипольного магнита в первом и квадрупольных магнитов во втором. [28]

Альфа-частицы обычно производятся в радиоактивных распадах, поскольку масса альфа-частицы на нуклон достаточно мала, чтобы оставить некоторую энергию для альфа-частицы, которая может быть использована в качестве кинетической энергии для выхода из ядра. [29] Спонтанное деление вызвано электростатическим отталкиванием, разрывающим ядро, и производит различные ядра в различных случаях деления идентичных ядер. [22] По мере увеличения атомного номера спонтанное деление быстро становится более важным: частичные периоды полураспада спонтанного деления уменьшаются на 23 порядка величины от урана (элемент 92) до нобелия (элемент 102), [30] и на 30 порядков величины от тория (элемент 90) до фермия (элемент 100). [31] Таким образом, более ранняя модель жидкой капли предполагала, что спонтанное деление будет происходить почти мгновенно из-за исчезновения барьера деления для ядер с примерно 280 нуклонами. [22] [32] Более поздняя модель ядерных оболочек предполагала, что ядра с примерно 300 нуклонами образуют остров стабильности , в котором ядра будут более устойчивы к спонтанному делению и в первую очередь будут подвергаться альфа-распаду с более длительными периодами полураспада. [22] [32] Последующие открытия предполагали, что предсказанный остров может быть дальше, чем первоначально предполагалось; они также показали, что ядра, промежуточные между долгоживущими актинидами и предсказанным островом, деформируются и получают дополнительную стабильность за счет оболочечных эффектов. [33] Эксперименты с более легкими сверхтяжелыми ядрами, [34], а также с теми, которые ближе к ожидаемому острову, [30] показали большую, чем предполагалось ранее, стабильность по отношению к спонтанному делению, что показывает важность оболочечных эффектов для ядер. [g]

Альфа-распады регистрируются испускаемыми альфа-частицами, и продукты распада легко определить до фактического распада; если такой распад или серия последовательных распадов производит известное ядро, исходный продукт реакции может быть легко определен. [h] (То, что все распады в цепочке распада действительно были связаны друг с другом, устанавливается по местоположению этих распадов, которые должны происходить в одном и том же месте.) [16] Известное ядро ​​можно распознать по определенным характеристикам распада, которым оно подвергается, таким как энергия распада (или, более конкретно, кинетическая энергия испускаемой частицы). [i] Однако спонтанное деление производит различные ядра в качестве продуктов, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним ядрам. [j]

Информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать сверхтяжелый элемент, таким образом, представляет собой информацию, собранную на детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы к детектору, а также данные о ее распаде. Физики анализируют эти данные и стремятся сделать вывод, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем тот, который заявлен. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент был определенно создан, и нет другого объяснения наблюдаемых эффектов; были допущены ошибки в интерпретации данных. [k]

История

Попытки синтеза

Поскольку полные ядерные оболочки (или, что то же самое, магическое число протонов или нейтронов ) могут придавать дополнительную стабильность ядрам сверхтяжелых элементов, приближаясь к центру острова стабильности , считалось, что синтез элемента 124 или близлежащих элементов заселит более долгоживущие ядра внутри острова. Ученые из GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) попытались измерить прямое и задержанное деление составных ядер элементов с Z = 114, 120 и 124, чтобы исследовать эффекты оболочек в этой области и точно определить следующую сферическую протонную оболочку. В 2006 году, с полными результатами, опубликованными в 2008 году, группа представила результаты реакции, включающей бомбардировку естественной германиевой мишени ионами урана: [45]

238
92У
+нат
32Ge
→308,310,311,312,314
Убк
* → деление

Команда сообщила, что им удалось идентифицировать составные ядра , делящиеся с периодами полураспада > 10−18 с . Этот результат предполагает сильный стабилизирующий эффект при Z = 124 и указывает на следующую протонную оболочку при Z > 120, а не при Z = 114, как считалось ранее. Составное ядро ​​представляет собой свободную комбинацию нуклонов , которые еще не организовались в ядерные оболочки. Оно не имеет внутренней структуры и удерживается вместе только силами столкновения между ядрами-мишенью и снарядом. По оценкам, требуется около 10−14 с  , чтобы нуклоны организовались в ядерные оболочки, после чего составное ядро ​​становится нуклидом , и это число используется ИЮПАК в качестве минимального периода полураспада, который должен иметь заявленный изотоп, чтобы его можно было потенциально признать открытым. Таким образом, эксперименты GANIL не считаются открытием элемента 124. [45]

Деление составного ядра 312 124 также изучалось в 2006 году на тандемном ускорителе тяжелых ионов ALPI в Национальной лаборатории Леньяро (Laboratori Nazionali di Legnaro) в Италии: [46]

232
90Чт
+80
34Сэ
→312
Убк
* → деление

Подобно предыдущим экспериментам, проведенным в ОИЯИ ( Объединенный институт ядерных исследований ), осколки деления группировались вокруг дважды магических ядер, таких как 132 Sn ( Z = 50, N = 82), что выявило тенденцию сверхтяжелых ядер выбрасывать такие дважды магические ядра при делении. [47] Также было обнаружено, что среднее число нейтронов на деление из составного ядра 312 124 (относительно более легких систем) увеличивается, подтверждая, что тенденция более тяжелых ядер испускать больше нейтронов во время деления продолжается и в области сверхтяжелых масс. [46]

Возможное естественное возникновение

Исследование, проведенное в 1976 году группой американских исследователей из нескольких университетов, предположило, что первичные сверхтяжелые элементы, в основном ливерморий , унбиквадий, унбигексий и унбисептий , могут быть причиной необъяснимых радиационных повреждений (в частности, радиоореолов ) в минералах. [48] Затем было высказано предположение, что унбиквадий существует в природе вместе с его возможным родственным ураном в обнаруживаемых количествах при относительной распространенности 10−11 . [ 49] Считалось, что такие ядра унбиквадия подвергаются альфа-распаду с очень длинными периодами полураспада до флеровия , который затем будет существовать в природном свинце в аналогичной концентрации (10−11 ) и подвергаться спонтанному делению . [49] [50] Это побудило многих исследователей искать их в природе с 1976 по 1983 год. Группа под руководством Тома Кэхилла, профессора Калифорнийского университета в Дэвисе , заявила в 1976 году, что они обнаружили альфа-частицы и рентгеновские лучи с правильными энергиями, чтобы вызвать наблюдаемые повреждения, подтверждая присутствие этих элементов. Другие утверждали, что ничего не было обнаружено, и подвергали сомнению предложенные характеристики первичных сверхтяжелых ядер. [51] В частности, они ссылались на то, что магическое число N = 228, необходимое для повышенной стабильности, создало бы нейтронно-избыточное ядро ​​в небиквадии, которое не было бы бета-стабильным . Также предполагалось, что эта активность была вызвана ядерными трансмутациями в природном церии , что еще больше усугубило двусмысленность этого заявленного наблюдения сверхтяжелых элементов. [52]

Возможный объем первичных сверхтяжелых элементов на Земле сегодня неизвестен. Даже если будет подтверждено, что они вызвали радиационный ущерб давно, они могли бы сейчас распасться до следов или даже полностью исчезнуть. [53] Также неизвестно, могут ли такие сверхтяжелые ядра вообще образовываться естественным путем, поскольку ожидается, что спонтанное деление прекратит r-процесс, ответственный за образование тяжелых элементов между массовыми числами 270 и 290, задолго до того, как могут образоваться такие элементы, как унбиквадий. [54]

Нейминг

Используя рекомендации ИЮПАК 1979 года , элемент следует временно называть унбиквадием (символ Ubq ) до тех пор, пока он не будет открыт, открытие не будет подтверждено и не будет выбрано постоянное название. [55] Хотя рекомендации широко используются в химическом сообществе на всех уровнях, от учебных заведений по химии до продвинутых учебников, они в основном игнорируются среди ученых, которые теоретически или экспериментально работают со сверхтяжелыми элементами, которые называют его «элементом 124» с символом E124 , (124) или 124. [56] Некоторые исследователи также называют унбиквадием эка-уран [ 50], название происходит от системы, которую Дмитрий Менделеев использовал для предсказания неизвестных элементов, хотя такая экстраполяция может не работать для элементов g-блока без известных конгенеров, и эка-уран вместо этого будет относиться к элементу 144 [57] или 146 [58] , когда этот термин подразумевает обозначение элемента, расположенного непосредственно под ураном.

Перспективы будущего синтеза

Каждый элемент, начиная с менделевия , был получен в реакциях слияния-испарения, кульминацией которых стало открытие самого тяжелого известного элемента оганесона в 2002 году [59] [60] и совсем недавно теннессина в 2010 году. [61] Эти реакции приблизились к пределу современных технологий; например, синтез теннессина потребовал 22 миллиграмма 249 Bk и интенсивного пучка 48 Ca в течение шести месяцев. Интенсивность пучков в исследованиях сверхтяжелых элементов не может превышать 10 12 снарядов в секунду без повреждения мишени и детектора, а производство большего количества все более редких и нестабильных актинидных мишеней нецелесообразно. [62] Следовательно, будущие эксперименты должны проводиться на таких объектах, как фабрика сверхтяжелых элементов (SHE-фабрика) в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) или RIKEN , что позволит проводить эксперименты в течение более длительных промежутков времени с улучшенными возможностями обнаружения и позволит проводить реакции, которые в противном случае были бы недоступны. [63] Тем не менее, ожидается, что будет очень сложно продолжить изучение элементов после 120 или 121, учитывая короткие прогнозируемые периоды полураспада и низкие прогнозируемые сечения. [64]

Производство новых сверхтяжелых элементов потребует снарядов тяжелее 48 Ca, что успешно использовалось при открытии элементов 114–118, хотя это требует более симметричных реакций, которые менее благоприятны. [65] Следовательно, вполне вероятно, что реакции между 58 Fe и мишенью 249 Cf [64] или 251 Cf являются наиболее многообещающими. [66] Исследования деления различных сверхтяжелых составных ядер показали, что динамика реакций, вызванных 48 Ca и 58 Fe, схожа, что предполагает, что снаряды 58 Fe могут быть жизнеспособны в производстве сверхтяжелых ядер вплоть до Z  = 124 или, возможно, 125. [62] [67] Также возможно, что реакция с 251 Cf даст составное ядро ​​309 Ubq* с 185 нейтронами, сразу над замыканием оболочки N  = 184. По этой причине предсказывается, что составное ядро ​​будет иметь относительно высокую вероятность выживания и низкую энергию разделения нейтронов, что приведет к каналам 1n–3n и изотопам 306–308 Ubq с относительно высоким поперечным сечением. [66] Эта динамика является весьма спекулятивной, поскольку поперечное сечение может быть намного ниже, если тенденции в производстве элементов 112–118 продолжатся или барьеры деления будут ниже ожидаемых, независимо от эффектов оболочки, что приведет к снижению устойчивости к спонтанному делению (что имеет все большее значение). [64] Тем не менее, перспектива достижения оболочки N  = 184 на протонно-богатой стороне диаграммы нуклидов путем увеличения числа протонов давно рассматривалась; еще в 1970 году советский физик-ядерщик Георгий Флоров предложил бомбардировать плутониевую мишень цинковыми снарядами для получения изотопов элемента 124 на оболочке N  = 184. [68]

Прогнозируемые свойства

Ядерная стабильность и изотопы

Эта ядерная карта, используемая Агентством по атомной энергии Японии, предсказывает режимы распада ядер до Z  = 149 и N  = 256. Для унбиквадия ( Z  = 124) предсказаны области повышенной стабильности около N  = 184 и N  = 228, хотя многие промежуточные изотопы теоретически подвержены спонтанному делению с периодами полураспада короче 1 наносекунды . [69]

Унбиквадий представляет интерес для исследователей из-за его возможного расположения вблизи центра острова стабильности , теоретической области, включающей долгоживущие сверхтяжелые ядра. Такой остров стабильности был впервые предложен профессором Калифорнийского университета Гленном Сиборгом [70] , в частности, предсказавшим область стабильности с центром на элементе 126 ( унбигексий ) и охватывающую близлежащие элементы, включая унбиквадий, с периодами полураспада, возможно, до 10 9 лет. [49] В известных элементах стабильность ядер значительно уменьшается с увеличением атомного номера после урана , самого тяжелого изначального элемента , так что все наблюдаемые изотопы с атомным номером выше 101 распадаются радиоактивно с периодом полураспада менее суток. Тем не менее, наблюдается небольшое увеличение ядерной стабильности в нуклидах около атомных номеров 110 – 114 , что предполагает наличие острова стабильности. Это объясняется возможным замыканием ядерных оболочек в области сверхтяжелых масс со стабилизирующими эффектами, которые могут привести к периодам полураспада порядка нескольких лет или дольше для некоторых пока еще не открытых изотопов этих элементов. [49] [65] Хотя это еще не доказано, существование сверхтяжелых элементов, таких как оганесон, свидетельствует о таких стабилизирующих эффектах, поскольку элементы с атомным номером больше примерно 104 крайне нестабильны в моделях, пренебрегающих магическими числами. [71]

В этой области периодической таблицы N  = 184 и N  = 228 были предложены в качестве закрытых нейтронных оболочек [72] , а различные атомные числа были предложены в качестве закрытых протонных оболочек, включая Z  = 124. [l] Остров стабильности характеризуется более длительными периодами полураспада ядер, расположенных вблизи этих магических чисел, хотя степень стабилизирующих эффектов неопределенна из-за предсказаний ослабления замыканий протонных оболочек и возможной потери двойной магичности . [72] Более поздние исследования предсказывают, что остров стабильности вместо этого будет сосредоточен на бета-стабильных изотопах коперниция 291 Cn и 293 Cn [65] [73] , что поместило бы унбиквадий значительно выше острова и привело бы к коротким периодам полураспада независимо от эффектов оболочки. Исследование свойств распада изотопов небиквадия 284–339 Ubq, проведенное в 2016 году, предсказывает, что 284–304 Ubq лежат за пределами протонной границы и, таким образом, могут быть излучателями протонов , 305–323 Ubq могут подвергаться альфа-распаду , при этом некоторые цепочки заканчиваются до флеровия , а более тяжелые изотопы будут распадаться путем спонтанного деления . [74] Эти результаты, а также результаты квантово-туннельной модели, не предсказывают периодов полураспада более миллисекунды для изотопов легче 319 Ubq, [75] а также особенно короткие периоды полураспада для 309–314 Ubq в субмикросекундном диапазоне [74] из-за дестабилизирующих эффектов непосредственно над оболочкой при N  = 184. Это делает идентификацию многих небиквадиевых изотопов практически невозможной с помощью современных технологий, поскольку детекторы не могут различать быстрые последовательные сигналы от альфа-распадов за период времени короче микросекунд. [64] [м]

Все более короткие периоды полураспада спонтанного деления сверхтяжелых ядер и возможное доминирование деления над альфа-распадом также, вероятно, определят стабильность небиквадиевых изотопов. [64] [73] В то время как некоторые периоды полураспада деления, составляющие «море нестабильности», могут быть порядка 10−18 с  из-за очень низких барьеров деления , особенно в четно-четных ядрах из-за эффектов спаривания, стабилизирующие эффекты при N  = 184 и N  = 228 могут допускать существование относительно долгоживущих изотопов. [69] Для N  = 184 периоды полураспада деления могут увеличиться, хотя периоды альфа-полураспада, как ожидается, по-прежнему будут порядка микросекунд или меньше, несмотря на закрытие оболочки при 308 Ubq. Также возможно, что остров стабильности может сместиться в область N  = 198, где общие периоды полураспада могут быть порядка секунд, [73] в отличие от соседних изотопов, которые будут подвергаться делению менее чем за микросекунду. В области, богатой нейтронами, около N  = 228, также прогнозируется увеличение альфа-периодов полураспада с увеличением числа нейтронов , что означает, что стабильность таких ядер будет в первую очередь зависеть от расположения линии бета-стабильности и устойчивости к делению. Один из ранних расчетов П. Моллера, физика из Лос-Аламосской национальной лаборатории , оценивает общий период полураспада 352 Ubq (с N = 228) примерно в 67 секунд и, возможно, самый длинный в области N  = 228. [49] [76]

Химический

Унбиквадий является четвертым членом ряда суперактинидов и должен быть похож на уран : оба элемента имеют шесть валентных электронов над ядром благородного газа. В ряду суперактинидов ожидается, что принцип Ауфбау нарушится из-за релятивистских эффектов , и ожидается перекрытие орбиталей 5g, 6f, 7d и 8p. Таким образом, предсказывается, что электронная конфигурация основного состояния унбиквадия будет [ Og ] 6f 3 8s 2 8p 1 [77] или 6f 2 8s 2 8p 2 , [78] в отличие от [ Og ] 5g 4 8s 2 , полученного из Ауфбау. Это предсказанное перекрытие орбиталей и неопределенность в порядке заполнения, особенно для f и g орбиталей, делает предсказания химических и атомных свойств этих элементов очень сложными. [79]

Одной из предсказанных степеней окисления унбиквадия является +6, которая будет существовать в галогенидах UbqX 6 (X = галоген), аналогично известной степени окисления +6 в уране. [1] Как и в других ранних суперактинидах, энергии связи валентных электронов унбиквадия, как предсказывают, достаточно малы, чтобы все шесть могли легко участвовать в химических реакциях. [57] Предсказанная электронная конфигурация иона Ubq 5+ - [Og] 6f 1 . [1]

Примечания

  1. ^ В ядерной физике элемент называется тяжелым, если его атомный номер высок; свинец (элемент 82) является одним из примеров такого тяжелого элемента. Термин «сверхтяжелые элементы» обычно относится к элементам с атомным номером больше 103 (хотя существуют и другие определения, такие как атомный номер больше 100 [2] или 112 ; [3] иногда этот термин представляется эквивалентом термина «трансактинид», который устанавливает верхний предел перед началом гипотетического ряда суперактинидов ). [4] Термины «тяжелые изотопы» (данного элемента) и «тяжелые ядра» означают то, что можно было бы понять на обычном языке — изотопы большой массы (для данного элемента) и ядра большой массы соответственно.
  2. ^ В 2009 году группа ученых ОИЯИ под руководством Оганесяна опубликовала результаты своей попытки создать хассий в симметричной реакции 136 Xe +  136 Xe. Им не удалось наблюдать ни одного атома в такой реакции, установив верхний предел сечения, меры вероятности ядерной реакции, в 2,5  пб . [5] Для сравнения, реакция, которая привела к открытию хассия, 208 Pb + 58 Fe, имела сечение ~20 пб. (точнее, 19+19
    -11     pb), по оценкам первооткрывателей. [6]
  3. ^ Количество энергии, приложенной к частице пучка для ее ускорения, также может влиять на величину поперечного сечения. Например, в28
    14    Си
    +1
    0    н
    →28
    13    Эл
    +1
    1    п
    Реакция, сечение плавно изменяется от 370 мб при 12,3 МэВ до 160 мб при 18,3 МэВ, с широким пиком при 13,5 МэВ с максимальным значением 380 мб. [10]
  4. ^ Эта цифра также обозначает общепринятый верхний предел времени жизни составного ядра. [15]
  5. ^ Это разделение основано на том, что полученные ядра движутся мимо мишени медленнее, чем не прореагировавшие ядра пучка. Сепаратор содержит электрические и магнитные поля, воздействие которых на движущуюся частицу компенсируется для определенной скорости частицы. [17] Такое разделение также может быть достигнуто с помощью измерения времени пролета и измерения энергии отдачи; комбинация этих двух методов может позволить оценить массу ядра. [18]
  6. ^ Не все моды распада вызваны электростатическим отталкиванием. Например, бета-распад вызван слабым взаимодействием . [25]
  7. ^ К 1960-м годам уже было известно, что основные состояния ядер различаются по энергии и форме, а также что определенные магические числа нуклонов соответствуют большей стабильности ядра. Однако предполагалось, что в сверхтяжелых ядрах нет ядерной структуры, поскольку они слишком деформированы, чтобы ее образовать. [30]
  8. ^ Поскольку масса ядра не измеряется напрямую, а вычисляется из массы другого ядра, такое измерение называется косвенным. Прямые измерения также возможны, но по большей части они остаются недоступными для сверхтяжелых ядер. [35] Первое прямое измерение массы сверхтяжелого ядра было сообщено в 2018 году в LBNL. [36] Масса была определена по местоположению ядра после передачи (местоположение помогает определить его траекторию, которая связана с отношением массы к заряду ядра, поскольку передача была осуществлена ​​в присутствии магнита). [37]
  9. ^ Если бы распад произошел в вакууме, то, поскольку полный импульс изолированной системы до и после распада должен сохраняться , дочернее ядро ​​также получило бы небольшую скорость. Отношение двух скоростей и, соответственно, отношение кинетических энергий, таким образом, было бы обратно отношению двух масс. Энергия распада равна сумме известной кинетической энергии альфа-частицы и энергии дочернего ядра (точной дроби первой). [26] Расчеты справедливы и для эксперимента, но разница в том, что ядро ​​не движется после распада, поскольку оно привязано к детектору.
  10. ^ Спонтанное деление было открыто советским физиком Георгием Флеровым , [38] ведущим ученым ОИЯИ, и поэтому это было «коньком» для установки. [39] Напротив, ученые LBL считали, что информации о делении недостаточно для заявления о синтезе элемента. Они считали, что спонтанное деление недостаточно изучено, чтобы использовать его для идентификации нового элемента, поскольку было трудно установить, что составное ядро ​​испускало только нейтроны, а не заряженные частицы, такие как протоны или альфа-частицы. [15] Таким образом, они предпочли связать новые изотопы с уже известными с помощью последовательных альфа-распадов. [38]
  11. ^ Например, элемент 102 был ошибочно идентифицирован в 1957 году в Нобелевском институте физики в Стокгольме , Стокгольмский лен , Швеция . [40] Ранее не было никаких определенных заявлений о создании этого элемента, и элементу было присвоено название его шведскими, американскими и британскими первооткрывателями, нобелий . Позже было показано, что идентификация была неверной. [41] В следующем году RL не смогли воспроизвести шведские результаты и вместо этого объявили о своем синтезе элемента; это заявление также было позже опровергнуто. [41] ОИЯИ настаивали на том, что они были первыми, кто создал элемент, и предложили собственное название для нового элемента, йолиотий ; [42] советское название также не было принято (ОИЯИ позже назвал наименование элемента 102 «поспешным»). [43] Это название было предложено ИЮПАК в письменном ответе на их постановление о приоритете заявок на открытие элементов, подписанном 29 сентября 1992 года. [43] Название «нобелий» осталось неизменным ввиду его широкого использования. [44]
  12. ^ Атомные номера 114, 120, 122 и 126 также предлагались в качестве закрытых протонных оболочек в различных моделях.
  13. ^ Хотя 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. Основная трудность, таким образом, заключается в приписывании распадов правильному родительскому ядру, поскольку сверхтяжелый атом, который распадается до достижения детектора, вообще не будет зарегистрирован.

Ссылки

  1. ^ abc Pyykkö, Pekka (2011). "Предложенная периодическая таблица до Z ≤ 172, основанная на расчетах Дирака–Фока для атомов и ионов". Physical Chemistry Chemical Physics . 13 (1): 161–8. Bibcode :2011PCCP...13..161P. doi :10.1039/c0cp01575j. PMID  20967377.
  2. ^ Крамер, К. (2016). «Объяснение: сверхтяжелые элементы». Chemistry World . Получено 15.03.2020 .
  3. ^ "Открытие элементов 113 и 115". Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе . Архивировано из оригинала 2015-09-11 . Получено 2020-03-15 .
  4. ^ Элиав, Э.; Калдор, У.; Борщевский, А. (2018). «Электронная структура атомов трансактинидов». В Скотте, РА (ред.). Энциклопедия неорганической и бионеорганической химии . John Wiley & Sons . стр. 1–16. doi :10.1002/9781119951438.eibc2632. ISBN 978-1-119-95143-8. S2CID  127060181.
  5. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Дмитриев, СН; Еремин, АВ; и др. (2009). "Попытка получения изотопов элемента 108 в реакции синтеза 136 Xe + 136 Xe". Physical Review C. 79 ( 2): 024608. doi :10.1103/PhysRevC.79.024608. ISSN  0556-2813.
  6. ^ Мюнценберг, Г .; Армбрустер, П .; Фолджер, Х.; и др. (1984). «Идентификация элемента 108» (PDF) . Zeitschrift für Physik A. 317 (2): 235–236. Бибкод : 1984ZPhyA.317..235M. дои : 10.1007/BF01421260. S2CID  123288075. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июня 2015 года . Проверено 20 октября 2012 г.
  7. ^ Субраманян, С. (28 августа 2019 г.). «Создание новых элементов не окупается. Просто спросите этого ученого из Беркли». Bloomberg Businessweek . Получено 18.01.2020 .
  8. ^ abcdef Иванов, Д. (2019). «Сверхтяжелые шаги в неизвестное». nplus1.ru (на русском языке) . Проверено 2 февраля 2020 г.
  9. ^ Хайнд, Д. (2017). «Что-то новое и сверхтяжелое в периодической таблице». The Conversation . Получено 2020-01-30 .
  10. ^ Керн, Б. Д.; Томпсон, В. Э.; Фергюсон, Дж. М. (1959). «Сечения некоторых реакций (n, p) и (n, α)». Nuclear Physics . 10 : 226–234. Bibcode : 1959NucPh..10..226K. doi : 10.1016/0029-5582(59)90211-1.
  11. ^ Wakhle, A.; Simenel, C.; Hinde, DJ; et al. (2015). Simenel, C.; Gomes, PRS; Hinde, DJ; et al. (ред.). "Сравнение экспериментальных и теоретических распределений углов квазиделения". European Physical Journal Web of Conferences . 86 : 00061. Bibcode :2015EPJWC..8600061W. doi : 10.1051/epjconf/20158600061 . hdl : 1885/148847 . ISSN  2100-014X.
  12. ^ "Ядерные реакции" (PDF) . стр. 7–8 . Получено 2020-01-27 .Опубликовано как Loveland, WD; Morrissey, DJ; Seaborg, GT (2005). "Ядерные реакции". Современная ядерная химия . John Wiley & Sons, Inc. стр. 249–297. doi :10.1002/0471768626.ch10. ISBN 978-0-471-76862-3.
  13. ^ ab Krása, A. (2010). «Источники нейтронов для ADS». Факультет ядерных наук и физической инженерии . Чешский технический университет в Праге : 4–8. S2CID  28796927.
  14. ^ Wapstra, AH (1991). «Критерии, которые должны быть удовлетворены для признания открытия нового химического элемента» (PDF) . Pure and Applied Chemistry . 63 (6): 883. doi :10.1351/pac199163060879. ISSN  1365-3075. S2CID  95737691.
  15. ^ ab Hyde, EK; Hoffman, DC ; Keller, OL (1987). «История и анализ открытия элементов 104 и 105». Radiochimica Acta . 42 (2): 67–68. doi :10.1524/ract.1987.42.2.57. ISSN  2193-3405. S2CID  99193729.
  16. ^ abcd Chemistry World (2016). «Как создать сверхтяжелые элементы и закончить периодическую таблицу [видео]». Scientific American . Получено 27.01.2020 .
  17. ^ Хоффман, Гиорсо и Сиборг 2000, стр. 334.
  18. ^ Хоффман, Гиорсо и Сиборг 2000, стр. 335.
  19. ^ Загребаев, Карпов и Грейнер 2013, с. 3.
  20. ^ Бейзер 2003, стр. 432.
  21. ^ ab Pauli, N. (2019). "Альфа-распад" (PDF) . Введение в ядерную, атомную и молекулярную физику (часть ядерной физики) . Université libre de Bruxelles . Получено 16.02.2020 .
  22. ^ abcde Pauli, N. (2019). "Деление ядра" (PDF) . Введение в ядерную, атомную и молекулярную физику (часть ядерной физики) . Université libre de Bruxelles . Получено 16.02.2020 .
  23. ^ Staszczak, A.; Baran, A.; Nazarewicz, W. (2013). «Спонтанные режимы деления и времена жизни сверхтяжелых элементов в теории функционала ядерной плотности». Physical Review C. 87 ( 2): 024320–1. arXiv : 1208.1215 . Bibcode : 2013PhRvC..87b4320S. doi : 10.1103/physrevc.87.024320 . ISSN  0556-2813.
  24. ^ Ауди и др. 2017, стр. 030001-129–030001-138.
  25. ^ Бейзер 2003, стр. 439.
  26. ^ ab Beiser 2003, стр. 433.
  27. ^ Ауди и др. 2017, с. 030001-125.
  28. ^ Аксенов, Н.В.; Штайнеггер, П.; Абдуллин, Ф. Ш.; и др. (2017). «О летучести нихония (Nh, Z = 113)». The European Physical Journal A . 53 (7): 158. Bibcode :2017EPJA...53..158A. doi :10.1140/epja/i2017-12348-8. ISSN  1434-6001. S2CID  125849923.
  29. ^ Бейзер 2003, стр. 432–433.
  30. ^ abc Оганесян, Ю. (2012). «Ядра на «острове стабильности» сверхтяжелых элементов». Journal of Physics: Conference Series . 337 (1): 012005-1–012005-6. Bibcode : 2012JPhCS.337a2005O. doi : 10.1088/1742-6596/337/1/012005 . ISSN  1742-6596.
  31. ^ Моллер, П.; Никс, младший (1994). Свойства деления самых тяжелых элементов (PDF) . Симпозиум Dai 2 Kai Hadoron Tataikei no Simposium, Токай-мура, Ибараки, Япония. Университет Северного Техаса . Проверено 16 февраля 2020 г.
  32. ^ ab Оганесян, Ю. Ц. (2004). «Сверхтяжелые элементы». Physics World . 17 (7): 25–29. doi :10.1088/2058-7058/17/7/31 . Получено 16.02.2020 .
  33. ^ Шедель, М. (2015). «Химия сверхтяжелых элементов». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 373 (2037): 20140191. Bibcode : 2015RSPTA.37340191S. doi : 10.1098/rsta.2014.0191 . ISSN  1364-503X. PMID  25666065.
  34. ^ Hulet, EK (1989). Биомодальное спонтанное деление . 50-летие деления ядра, Ленинград, СССР. Bibcode : 1989nufi.rept...16H.
  35. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Рыкачевский, КП (2015). «Плацдарм на острове стабильности». Physics Today . 68 (8): 32–38. Bibcode : 2015PhT....68h..32O. doi : 10.1063/PT.3.2880 . ISSN  0031-9228. OSTI  1337838. S2CID  119531411.
  36. ^ Грант, А. (2018). «Взвешивание самых тяжелых элементов». Physics Today . doi :10.1063/PT.6.1.20181113a. S2CID  239775403.
  37. ^ Howes, L. (2019). «Изучение сверхтяжелых элементов в конце периодической таблицы». Chemical & Engineering News . Получено 27.01.2020 .
  38. ^ ab Robinson, AE (2019). «Трансфермиевые войны: научные стычки и оскорбления во время холодной войны». Дистилляции . Получено 22.02.2020 .
  39. ^ "Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (экавольфрам)" [Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (эка-вольфрам). nt.ru (на русском языке) . Проверено 7 января 2020 г.Перепечатано из "Экавольфрам" [Эка-вольфрам]. Популярная библиотека полезных элементов. Серебро – Нильсборий и далее [ Популярная библиотека химических элементов. Серебро через нильсборий и далее . Наука . 1977.
  40. ^ "Нобелий - Информация об элементах, свойства и применение | Периодическая таблица". Королевское химическое общество . Получено 2020-03-01 .
  41. ^ ab Kragh 2018, стр. 38–39.
  42. ^ Краг 2018, стр. 40.
  43. ^ ab Ghiorso, A.; Seaborg, GT; Oganessian, Yu. Ts.; et al. (1993). "Ответы на отчет 'Открытие элементов Transfermium' с последующим ответом на ответы Transfermium Working Group" (PDF) . Pure and Applied Chemistry . 65 (8): 1815–1824. doi :10.1351/pac199365081815. S2CID  95069384. Архивировано (PDF) из оригинала 25 ноября 2013 г. . Получено 7 сентября 2016 г. .
  44. ^ Комиссия по номенклатуре неорганической химии (1997). «Названия и символы трансфермиевых элементов (Рекомендации ИЮПАК 1997 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 69 (12): 2471–2474. doi :10.1351/pac199769122471.
  45. ^ ab Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: путеводитель по элементам от AZ (новое издание). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 588. ISBN 978-0-19-960563-7.
  46. ^ ab Thomas, RG; Saxena, A.; Sahu, PK; et al. (2007). "Реакции деления и бинарной фрагментации в системах 80 Se+ 208 Pb и 80 Se+ 232 Th". Physical Review C . 75 : 024604–1–024604–9. doi :10.1103/PhysRevC.75.024604. hdl : 2158/776924 .
  47. ^ см. годовые отчеты лаборатории Флерова за 2000–2004 гг. включительно http://www1.jinr.ru/Reports/Reports_eng_arh.html
  48. ^ Хоффман, Гиорсо и Сиборг 2000, стр. 413.
  49. ^ abcde Lodhi, MAK, ред. (март 1978 г.). Сверхтяжелые элементы: Труды Международного симпозиума по сверхтяжелым элементам . Лаббок, Техас: Pergamon Press. ISBN 0-08-022946-8.
  50. ^ ab Maly, J.; Walz, DR (1980). «Поиск сверхтяжелых элементов среди ископаемых следов деления в цирконе» (PDF) .
  51. ^ Хоффман, Гиорсо и Сиборг 2000, стр. 416–417.
  52. ^ Хоффман, Гиорсо и Сиборг 2000, стр. 417.
  53. ^ Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: путеводитель по элементам от А до Я (новое издание). Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 592. ISBN 978-0-19-960563-7.
  54. ^ Петерманн, И; Ланганке, К.; Мартинес-Пинедо, Г.; и др. (2012). «Производились 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.
  55. ^ Чатт, Дж. (1979). «Рекомендации по наименованию элементов с атомными номерами больше 100». Чистая и прикладная химия . 51 (2): 381–384. doi : 10.1351/pac197951020381 .
  56. ^ Хайр, Ричард Г. (2006). «Трансактиниды и будущие элементы». В Морсс; Эдельштейн, Норман М.; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидов и трансактинидов (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer Science+Business Media . стр. 1724. ISBN 1-4020-3555-1.
  57. ^ ab Fricke, B.; Greiner, W.; Waber, JT (1971). «Продолжение периодической таблицы до Z = 172. Химия сверхтяжелых элементов». Theoretica Chimica Acta . 21 (3): 235–260. doi :10.1007/BF01172015. S2CID  117157377.
  58. ^ Нефедов, ВИ; Тржасковская, МБ; Яржемский, ВГ (2006). "Электронные конфигурации и периодическая таблица сверхтяжелых элементов" (PDF) . Доклады АН СССР . 408 (2): 149–151. doi :10.1134/S0012501606060029. ISSN  0012-5016. S2CID  95738861.
  59. ^ Оганесян, YT ; et al. (2002). "Элемент 118: результаты первого эксперимента 249Cf + 48Ca". Сообщение Объединенного института ядерных исследований. Архивировано из оригинала 22 июля 2011 г.
  60. ^ "Ученые Ливермора объединяются с Россией для открытия элемента 118" (пресс-релиз). Ливермор. 3 декабря 2006 г. Архивировано из оригинала 17 октября 2011 г. Получено 18 января 2008 г.
  61. ^ Оганесян, YT; Абдуллин, F; Бейли, PD; и др. (апрель 2010 г.). "Синтез нового элемента с атомным номером 117" (PDF) . Physical Review Letters . 104 (142502): 142502. Bibcode :2010PhRvL.104n2502O. doi : 10.1103/PhysRevLett.104.142502 . PMID  20481935.
  62. ^ ab Roberto, JB (2015). "Actinide Targets for Super-Heavy Element Research" (PDF) . cyclotron.tamu.edu . Texas A & M University . Получено 30 октября 2018 г. .
  63. ^ Хагино, Коити; Хофманн, Сигурд; Миятаке, Хироари; Накахара, Хиромичи (июль 2012 г.). «平成23年度 研究業績レビュー（中間レビュー）の実施について» [Выполнение обзора достижений исследований за 2011 год (промежуточный обзор)] (PDF) . www.riken.jp (на японском языке). РИКЕН. Архивировано из оригинала (PDF) 30 марта 2019 г. Проверено 5 мая 2017 г.
  64. ^ abcde Карпов, А; Загребаев, В; Грейнер, В (2015). "Сверхтяжелые ядра: какие регионы ядерной карты доступны в ближайших исследованиях" (PDF) . cyclotron.tamu.edu . Техасский университет A & M . Получено 30 октября 2018 г. .
  65. ^ abc Загребаев, Карпов и Грейнер 2013.
  66. ^ ab Rykaczewski, Krzysztof P. (июль 2016 г.). "Super Heavy Elements and Nuclei" (PDF) . people.nscl.msu.edu . MSU . Получено 30 апреля 2017 г. .
  67. ^ ОИЯИ (1998–2014). "Издательский отдел ОИЯИ: Годовые отчеты (Архив)". jinr.ru . ОИЯИ . Получено 23 сентября 2016 .
  68. ^ Флеров, ГН (1970). "Синтез и поиск тяжелых трансурановых элементов" (PDF) . jinr.ru . Получено 23 ноября 2018 г. .
  69. ^ ab 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. .
  70. ^ Консидайн, Гленн Д.; Кулик, Питер Х. (2002). Научная энциклопедия Ван Ностранда (9-е изд.). Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-33230-5. OCLC  223349096.
  71. ^ Мёллер, П. (2016). «Границы ядерной диаграммы, установленные делением и альфа-распадом» (PDF) . EPJ Web of Conferences . 131 : 03002:1–8. Bibcode :2016EPJWC.13103002M. doi : 10.1051/epjconf/201613103002 .
  72. ^ ab Koura, H.; Chiba, S. (2013). «Одночастичные уровни сферических ядер в области сверхтяжелых и чрезвычайно сверхтяжелых масс». Журнал Физического общества Японии . 82 (1). 014201. Bibcode : 2013JPSJ...82a4201K. doi : 10.7566/JPSJ.82.014201.
  73. ^ abc 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.
  74. ^ ab Santhosh, KP; Priyanka, B.; Nithya, C. (2016). "Возможность наблюдения цепочек α-распада изотопов SHN с Z = 128, Z = 126, Z = 124 и Z = 122". Nuclear Physics A . 955 (ноябрь 2016 г.): 156–180. arXiv : 1609.05498 . Bibcode :2016NuPhA.955..156S. doi :10.1016/j.nuclphysa.2016.06.010. S2CID  119219218.
  75. ^ Chowdhury, RP; 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.
  76. ^ Бемис, CE; Никс, JR (1977). «Сверхтяжелые элементы — поиски в перспективе» (PDF) . Комментарии к Nuclear and Particle Physics . 7 (3): 65–78. ISSN  0010-2709.
  77. ^ Хоффман, Дарлин К.; Ли, Диана М.; Першина, Валерия (2006). «Трансактиниды и будущие элементы». В Морсс; Эдельштейн, Норман М.; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидов и трансактинидов (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer Science+Business Media . ISBN 1-4020-3555-1.
  78. ^ Umemoto, Koichiro; Saito, Susumu (1996). «Электронные конфигурации сверхтяжелых элементов». Журнал Физического общества Японии . 65 (10): 3175–9. Bibcode : 1996JPSJ...65.3175U. doi : 10.1143/JPSJ.65.3175 . Получено 31 января 2021 г.
  79. ^ Сиборг (ок. 2006 г.). "трансурановый элемент (химический элемент)". Encyclopaedia Britannica . Получено 2010-03-16 .

Библиография