Isótopos de flerovium - Isotopes of flerovium

Flerovium ( ₁₁₄ Fl) é um elemento sintético e, portanto, um peso atômico padrão não pode ser fornecido. Como todos os elementos sintéticos, não possui isótopos estáveis . O primeiro isótopo a ser sintetizado foi ²⁸⁹ Fl em 1999 (ou possivelmente 1998). Flerovium tem sete isótopos conhecidos e possivelmente 2 isômeros nucleares . O isótopo de vida mais longa é ²⁸⁹ Fl com meia-vida de 1,9 segundos, mas o ²⁹⁰ Fl não confirmado pode ter meia-vida mais longa de 19 segundos.

Lista de isótopos

• É teorizado que ²⁹⁸ Fl terá uma meia-vida relativamente longa, já que N = 184 deve corresponder a uma camada de nêutrons fechada.

Isótopos e propriedades nucleares

Nucleossíntese

Combinações alvo-projétil levando a Z = 114 núcleos compostos

A tabela abaixo contém várias combinações de alvos e projéteis que podem ser usados ​​para formar núcleos compostos com um número atômico de 114.

Fusão a frio

Esta seção trata da síntese de núcleos de flerovium pelas chamadas reações de fusão "a frio". Esses são processos que criam núcleos compostos com baixa energia de excitação (~ 10–20 MeV, portanto, "frio"), levando a uma maior probabilidade de sobrevivência da fissão. O núcleo excitado então decai ao estado fundamental por meio da emissão de um ou dois nêutrons apenas.

²⁰⁸ Pb ( ⁷⁶ Ge, x n) ^{284− x} Fl

A primeira tentativa de sintetizar flerovium em reações de fusão a frio foi realizada no Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), França, em 2003. Nenhum átomo foi detectado, fornecendo um limite de rendimento de 1,2 pb. A equipe da RIKEN indicou planos para estudar esta reação.

Fusão quente

Esta seção trata da síntese de núcleos de flerovium pelas chamadas reações de fusão "quentes". Esses são processos que criam núcleos compostos em alta energia de excitação (~ 40–50 MeV, portanto "quente"), levando a uma probabilidade reduzida de sobrevivência da fissão. O núcleo excitado então decai ao estado fundamental por meio da emissão de 3-5 nêutrons. As reações de fusão que utilizam ⁴⁸ núcleos de Ca geralmente produzem núcleos compostos com energias de excitação intermediárias (~ 30-35 MeV) e às vezes são chamadas de reações de fusão "quentes". Isso leva, em parte, a rendimentos relativamente altos dessas reações.

²⁴⁸ cm ( ⁴⁰ Ar, x n) ^{288- x} Fl

Uma das primeiras tentativas de síntese de elementos superpesados ​​foi realizada por Albert Ghiorso et al. e Stan Thompson et al. em 1968 no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley usando esta reação. Nenhum evento atribuível a núcleos superpesados ​​foi identificado; isso era esperado, pois o núcleo composto ²⁸⁸ Fl (com N = 174) fica dez nêutrons abaixo da concha fechada prevista em N = 184. Esta primeira tentativa de síntese malsucedida forneceu indicações precoces de seção transversal e limites de meia-vida para núcleos superpesados ​​produzíveis em reações de fusão a quente.

²⁴⁴ Pu ( ⁴⁸ Ca, x n) ^{292− x} Fl ( x = 2,3,4,5)

Os primeiros experimentos sobre a síntese de flerovium foram realizados pela equipe em Dubna em novembro de 1998. Eles foram capazes de detectar uma única e longa cadeia de decaimento, atribuída a ²⁸⁹
Fl . A reação foi repetida em 1999 e mais dois átomos de flerovium foram detectados. Os produtos foram atribuídos a²⁸⁸
Fl . A equipe estudou a reação em 2002. Durante a medição das funções de excitação de evaporação de nêutrons 3n, 4n e 5n, eles foram capazes de detectar três átomos de²⁸⁹
Fl , doze átomos do novo isótopo²⁸⁸
Fl , e um átomo do novo isótopo ²⁸⁷ Fl. Com base nesses resultados, o primeiro átomo a ser detectado foi provisoriamente reatribuído a²⁹⁰
Fl ou ^289m Fl, enquanto os dois átomos subsequentes foram reatribuídos para²⁸⁹
Fl e, portanto, pertencem ao experimento de descoberta não oficial. Em uma tentativa de estudar a química do copernício como o isótopo²⁸⁵
Cn , esta reação foi repetida em abril de 2007. Surpreendentemente, um PSI-FLNR detectou diretamente dois átomos de²⁸⁸
Fl formando a base para os primeiros estudos químicos do flerovium.

Em junho de 2008, o experimento foi repetido para avaliar ainda mais a química do elemento usando o ²⁸⁹
Isótopo Fl . Um único átomo foi detectado parecendo confirmar as propriedades de gás nobre do elemento.

Durante maio-julho de 2009, a equipe do GSI estudou essa reação pela primeira vez, como um primeiro passo para a síntese da tennessina . A equipe foi capaz de confirmar a síntese e os dados de decaimento para²⁸⁸
Fl e²⁸⁹
Fl , produzindo nove átomos do primeiro isótopo e quatro átomos do último.

²⁴² Pu ( ⁴⁸ Ca, x n) ^{290− x} Fl ( x = 2,3,4,5)

A equipe de Dubna estudou esta reação pela primeira vez em março-abril de 1999 e detectou dois átomos de flerovium, atribuídos a ²⁸⁷ Fl. A reação foi repetida em setembro de 2003, a fim de tentar confirmar os dados de decaimento para ²⁸⁷ Fl e ²⁸³ Cn, uma vez que dados conflitantes para ²⁸³ Cn foram coletados (ver copernicium ). Os cientistas russos foram capazes de medir dados de decaimento para ²⁸⁸ Fl, ²⁸⁷ Fl e o novo isótopo ²⁸⁶ Fl a partir da medição das funções de excitação 2n, 3n e 4n.

Em abril de 2006, uma colaboração PSI-FLNR usou a reação para determinar as primeiras propriedades químicas do copernício, produzindo ²⁸³ Cn como um produto excedente. Em um experimento confirmatório em abril de 2007, a equipe foi capaz de detectar ²⁸⁷ Fl diretamente e, portanto, medir alguns dados iniciais sobre as propriedades químicas atômicas do flerovium.

A equipe de Berkeley, usando o separador de gás de Berkeley (BGS), continuou seus estudos usando o recém-adquirido²⁴²
Alvos Pu tentando a síntese de flerovium em janeiro de 2009 usando a reação acima. Em setembro de 2009, eles relataram que conseguiram detectar dois átomos de flerovium, como²⁸⁷
Fl e²⁸⁶
Fl , confirmando as propriedades de decaimento relatadas no FLNR, embora as seções transversais medidas fossem ligeiramente menores; no entanto, as estatísticas eram de qualidade inferior.

Em abril de 2009, a colaboração do Instituto Paul Scherrer (PSI) e do Laboratório de Reações Nucleares Flerov (FLNR) do JINR realizou outro estudo da química do flerovium usando esta reação. Um único átomo de ²⁸³ Cn foi detectado.

Em dezembro de 2010, a equipe do LBNL anunciou a síntese de um único átomo do novo isótopo ²⁸⁵ Fl com a conseqüente observação de 5 novos isótopos de elementos filhos.

^239.240 Pu ( ⁴⁸ Ca, x n) ^{287.288− x} Fl ( x = 3 para ²³⁹ Pu; x = 3, 4 para ²⁴⁰ Pu)

O FLNR tinha planos de estudar isótopos leves de flerovium, formados na reação entre ²³⁹ Pu ou ²⁴⁰ Pu e ⁴⁸ Ca: em particular, esperava-se que os produtos de decaimento de ²⁸³ Fl e ²⁸⁴ Fl preenchessem a lacuna entre os isótopos do isqueiro elementos superpesados ​​formados por fusão a frio com alvos ²⁰⁸ Pb e ²⁰⁹ Bi e aqueles formados por fusão a quente com projéteis de ⁴⁸ Ca. Essas reações foram estudadas em 2015. Um novo isótopo foi encontrado nas reações de ²⁴⁰ Pu ( ⁴⁸ Ca, 4n) e ²³⁹ Pu ( ⁴⁸ Ca, 3n), o ²⁸⁴ Fl de fissão rápida e espontânea , dando uma demarcação clara de pobre em nêutrons borda da ilha de estabilidade. Três átomos de ²⁸⁵ Fl também foram produzidos. A equipe de Dubna repetiu sua investigação da reação de ²⁴⁰ Pu + ⁴⁸ Ca em 2017, observando três novas cadeias de decaimento consistentes de ²⁸⁵ Fl, uma cadeia de decaimento adicional deste nuclídeo que pode passar por alguns estados isoméricos em suas filhas, uma cadeia que poderia ser atribuída a ²⁸⁷ Fl (provavelmente decorrente de impurezas de ²⁴² Pu no alvo) e alguns eventos de fissão espontânea, alguns dos quais podem ser de ²⁸⁴ Fl, embora outras interpretações, incluindo reações colaterais envolvendo a evaporação de partículas carregadas, também sejam possíveis.

Como um produto de decomposição

Os isótopos de flerovium também foram observados nas cadeias de decomposição de livermorium e oganesson .

Isótopos retraídos

²⁸⁵ Fl

Na síntese reivindicada de ²⁹³ Og em 1999, o isótopo ²⁸⁵ Fl foi identificado como decadente por emissão alfa de 11,35 MeV com meia-vida de 0,58 ms. A alegação foi retirada em 2001. Este isótopo foi finalmente criado em 2010 e suas propriedades de decaimento apoiaram a fabricação dos dados de decaimento publicados anteriormente.

Cronologia da descoberta de isótopos

Fissão de núcleos compostos com um número atômico de 114

Vários experimentos foram realizados entre 2000 e 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto ²⁹² Fl. A reação nuclear usada é ²⁴⁴ Pu + ⁴⁸ Ca. Os resultados revelaram como núcleos como este fissão predominantemente pela expulsão de núcleos de concha fechada, como ¹³² Sn (Z = 50, N = 82). Verificou-se também que o rendimento da via de fusão-fissão foi semelhante entre projéteis de ⁴⁸ Ca e ⁵⁸ Fe, indicando um possível uso futuro de projéteis de ⁵⁸ Fe na formação de elementos superpesados.

Isomeria nuclear

²⁸⁹ Fl

Na primeira síntese reivindicada de flerovium, um isótopo designado como ²⁸⁹ Fl decaiu ao emitir uma partícula alfa de 9,71 MeV com um tempo de vida de 30 segundos. Esta atividade não foi observada nas repetições da síntese direta deste isótopo. Porém, em um único caso da síntese de ²⁹³ Lv, uma cadeia de decaimento foi medida a partir da emissão de uma partícula alfa de 9,63 MeV com vida útil de 2,7 minutos. Todas as cáries subsequentes foram muito semelhantes às observadas em ²⁸⁹ Fl, presumindo que a cárie original foi perdida. Isso sugere fortemente que a atividade deve ser atribuída a um nível isomérico. A ausência da atividade em experimentos recentes indica que o rendimento do isômero é ~ 20% em comparação com o suposto estado fundamental e que a observação no primeiro experimento foi uma sorte (ou não, como indica a história do caso). Mais pesquisas são necessárias para resolver esses problemas.

É possível que esses decaimentos sejam devidos a ²⁹⁰ Fl, já que as energias do feixe nesses experimentos iniciais foram definidas bem baixas, baixas o suficiente para tornar o canal 2n plausível. Esta atribuição requer a postulação de captura de elétrons não detectados para ²⁹⁰ Nh, porque de outra forma seria difícil explicar as longas meias-vidas das filhas de ²⁹⁰ Fl à fissão espontânea se todas fossem pares. Isto sugeriria que o antigo isomérica ^289m Fl, ^285m Cn, ^281m Ds, e ^277m Hs são, portanto, efectivamente ²⁹⁰ Nh (captura de electrões de ²⁹⁰ Fl ter sido perdida, como detectores de corrente não são sensíveis a este modo de decaimento), ²⁸⁶ Rg, ²⁸² Mt, e a fissão espontânea de ²⁷⁸ Bh, criando alguns dos isótopos superpesados ​​mais ricos em nêutrons conhecidos até hoje: isso se encaixa bem com a tendência sistemática de aumentar a meia-vida conforme nêutrons são adicionados a núcleos superpesados ​​em direção à linha de estabilidade beta, que esta cadeia então terminaria muito perto de. O pai livermorium poderia então ser atribuído a ²⁹⁴ Lv, que teria o maior número de nêutrons (178) de todos os núcleos conhecidos, mas todas essas atribuições precisam ser confirmadas por meio de experimentos que visam atingir o canal 2n no ²⁴⁴ Pu + ⁴⁸ Ca e ²⁴⁸ Cm + ⁴⁸ reações de Ca.

²⁸⁷ Fl

De maneira semelhante àquelas para ²⁸⁹ Fl, os primeiros experimentos com um alvo de ²⁴² Pu identificaram um isótopo ²⁸⁷ Fl decaindo pela emissão de uma partícula alfa de 10,29 MeV com uma vida útil de 5,5 segundos. A filha fissionou espontaneamente durante toda a vida, de acordo com a síntese anterior de ²⁸³ Cn. Ambas as atividades não foram observadas desde então (ver copernicium ). No entanto, a correlação sugere que os resultados não são aleatórios e são possíveis devido à formação de isômeros cujo rendimento é obviamente dependente dos métodos de produção. Mais pesquisas são necessárias para desvendar essas discrepâncias. Também é possível que essa atividade seja devida à captura de elétrons de um resíduo de ²⁸⁷ Fl e, na verdade, se origine de ²⁸⁷ Nh e de sua filha ²⁸³ Rg.

Resumo das cadeias de decaimento alfa observadas de elementos superpesados ​​com Z = 114, 116, 118 ou 120 em 2016. Atribuições para nuclídeos pontilhados (incluindo as primeiras cadeias de Dubna 5 e 8 contendo ²⁸⁷ Nh e ²⁹⁰ Nh como explicações alternativas em vez de isomeria em ^287m Fl e ^289m Fl) são provisórios.

Rendimentos de isótopos

As tabelas abaixo fornecem seções transversais e energias de excitação para reações de fusão que produzem isótopos de flerovium diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.

Fusão a frio

Fusão quente

Cálculos teóricos

Seções transversais de resíduo de evaporação

A tabela abaixo contém várias combinações de alvo-projétil para os quais os cálculos forneceram estimativas para rendimentos de seção transversal de vários canais de evaporação de nêutrons. O canal com o maior rendimento esperado é fornecido.

MD = multidimensional; DNS = sistema dinuclear; σ = seção transversal

Características de decadência

A estimativa teórica das meias-vidas do decaimento alfa dos isótopos do flerovium apóia os dados experimentais. Prevê -se que o isótopo ²⁹⁸ Fl sobrevivente à fissão tenha meia-vida de decaimento alfa em torno de 17 dias.

Em busca da ilha de estabilidade: ²⁹⁸ Fl

De acordo com a teoria macroscópico-microscópica (MM), Z = 114 pode ser o próximo número mágico esférico . Na região de Z = 114, a teoria MM indica que N = 184 é o próximo número mágico de nêutrons esféricos e apresenta o núcleo ²⁹⁸ Fl como um forte candidato para o próximo núcleo esférico duplamente mágico , após ²⁰⁸ Pb ( Z = 82, N = 126). ²⁹⁸ Fl é considerado o centro de uma hipotética " ilha de estabilidade " compreendendo núcleos superpesados ​​de vida mais longa. No entanto, outros cálculos usando a teoria de campo médio relativístico (RMF) propõem Z = 120, 122 e 126 como números mágicos de prótons alternativos, dependendo do conjunto de parâmetros escolhido, e alguns omitem totalmente Z = 114 ou N = 184. Também é possível que, em vez de um pico em uma camada de próton específica, exista um platô de efeitos da camada de prótons de Z = 114-126.

Prevê-se que a ilha de estabilidade perto de ²⁹⁸ Fl aumenta a estabilidade de seus núcleos constituintes, especialmente contra a fissão espontânea como consequência de maiores alturas de barreira de fissão perto do fechamento da concha. Devido às barreiras de fissão altas esperadas, qualquer núcleo dentro desta ilha de estabilidade irá decair exclusivamente por emissão alfa e, como tal, o núcleo com a meia-vida mais longa pode ser ²⁹⁸ Fl; as previsões para a meia-vida desse núcleo variam de minutos a bilhões de anos. Pode ser possível, entretanto, que o núcleo de vida mais longa não seja ²⁹⁸ Fl, mas sim ²⁹⁷ Fl (com N = 183) tenha uma meia-vida mais longa devido ao nêutron desemparelhado. Outros cálculos sugerem que a estabilidade, em vez disso, atinge o pico em isótopos beta-estáveis de darmstádio ou copernício na vizinhança de N = 184 (com meia-vida de várias centenas de anos), com flerovium no limite superior da região de estabilidade.

Evidência para Z = 114 camada de próton fechada

Enquanto a evidência de camadas de nêutrons fechadas pode ser considerada diretamente a partir da variação sistemática dos valores de Q _α para transições de estado fundamental para estado fundamental, a evidência de camadas de prótons fechadas vem de meias-vidas de fissão espontânea (parcial). Esses dados às vezes podem ser difíceis de extrair devido às baixas taxas de produção e ramificação fraca de SF. No caso de Z = 114, a evidência para o efeito desta casca fechada proposta vem da comparação entre os pares de núcleos ²⁸² Cn (T _SF 1/2 = 0,8 ms) e ²⁸⁶ Fl (T _SF 1/2 = 130 ms) e ²⁸⁴ Cn (T _SF  = 97 ms) e ²⁸⁸ Fl (T _SF  > 800 ms). Evidências adicionais viriam da medição das meias-vidas parciais de SF de núcleos com Z  > 114, como ²⁹⁰ Lv e ²⁹² Og (ambos N  = 174 isótonos ). A extração dos  efeitos Z = 114 é complicada pela presença de um  efeito N = 184 dominante nesta região.

Dificuldade de síntese de ²⁹⁸ Fl

A síntese direta do núcleo ²⁹⁸ Fl por uma via de fusão-evaporação é impossível com a tecnologia atual, uma vez que nenhuma combinação de projéteis e alvos disponíveis pode ser usada para povoar núcleos com nêutrons suficientes para estar dentro da ilha de estabilidade e feixes radioativos (como já que ⁴⁴ S) não pode ser produzido com intensidades suficientes para tornar um experimento viável.

Foi sugerido que tal isótopo rico em nêutrons pode ser formado pela quasifissão (fusão parcial seguida de fissão) de um núcleo massivo. Tais núcleos tendem a fissão com a formação de isótopos próximos às conchas fechadas Z = 20 / N = 20 ( ⁴⁰ Ca), Z = 50 / N = 82 ( ¹³² Sn) ou Z = 82 / N = 126 ( ²⁰⁸ Pb / ²⁰⁹ Bi). Recentemente, foi demonstrado que as reações de transferência de múltiplos núcleos em colisões de núcleos de actinídeos (como urânio e cúrio ) podem ser usadas para sintetizar os núcleos superpesados ​​ricos em nêutrons localizados na ilha de estabilidade, especialmente se houver fortes efeitos de camada na região de Z = 114. Se isso for realmente possível, uma dessas reações pode ser:

²³⁸
₉₂você
+ ²³⁸
₉₂você
→ ²⁹⁸
₁₁₄Fl
+ ¹⁷⁸
₇₀Yb

Referências

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