ダルムスタチウム(110 Ds)は合成元素であるため、標準的な原子量を与えることはできません。他の合成元素と同様に、安定同位体は存在しません。最初に合成された同位体は1994年の269 Dsです。267 Dsから281 Dsまで(多くのギャップを含む) 11種類の放射性同位体と、2~3種類の異性体が知られています。最も長寿命の同位体は281 Dsで、半減期は14秒です。しかし、未確認の282 Dsは、さらに長い半減期(67秒)を持つ可能性があります。[ 2 ]
同位体のリスト
| 核種[ n 1 ] | Z | 北 | 同位体質量( Da ) [ 3 ] [ n 2 ] [ n 3 ] | 半減期[ 1 ] | 減衰モード[ 1 ] [ n 4 ] | 娘同位体 | スピンとパリティ[ 1 ] [ n 5 ] [ n 6 ] |
|---|
| 励起エネルギー |
|---|
| 267 Ds [ n 7 ] | 110 | 157 | 267.14373(22)# | 2.8+13.0 −1.3 μs [10(8) μs ] | α | 263 Hs | 3/2+# |
| 269 Ds | 110 | 159 | 269.14475(3) | 170+160 −60 μs [230(110)μs ] | α | 265 Hs | |
| 270 Ds | 110 | 160 | 270.14459(4) | 205(48)μs | α | 266 Hs | 0歳以上 |
| 270m Ds | 1390(60) keV | 3.9+1.5 −0.8 MS [4.3(12)ミリ秒] | α(70%) | 266 Hs | 10−# |
| IT(30%) | 270 Ds |
| 271 Ds [ n 8 ] | 110 | 161 | 271.14595(10)# | 144(53)ミリ秒 | SF(75%) | (様々な) | |
| α(25%) | 267 Hs |
| 271m Ds [ n 8 ] | 68(27) keV | 1.63+0.44 −0.29 MS [1.7(4)ミリ秒] | α | 267 Hs | |
| 273 Ds | 110 | 163 | 273.14846(15)# | 190+140 −60 μs [240(100)μs ] | α | 269 Hs | |
| 273m Ds [ n 7 ] | 198(20) keV | 120ミリ秒 | α | 269 Hs | |
| 275 Ds [ 4 ] | 110 | 165 | 275.15209(37)# | 430+290 −120 μs | α | 271 Hs | 3/2# |
| 276 Ds [ 5 ] | 110 | 166 | 276.15302(59)# | 150+100 −40 μs | SF(57%) | (様々な) | 0歳以上 |
| α(43%) | 272 Hs |
| 277 Ds [ n 9 ] | 110 | 167 | 277.15576(42)# | 4.0+1.8 −1.0 ms [ 6 ] | α | 273 Hs | |
| 279 Ds [ n 10 ] | 110 | 169 | 279.15998(65)# | 186+21 −17 ms [ 7 ] | SF(87%)[ 7 ] | (様々な) | |
| α(13%) | 275 Hs |
| 280 Ds [ n 11 ] | 110 | 170 | 280.16138(80)# | 360+172 −16 μs [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] | SF | (様々な) | 0歳以上 |
| 281 Ds [ n 12 ] [ n 8 ] | 110 | 171 | 281.16455(53)# | 14(3) s | SF(90%) | (様々な) | |
| α(10%) | 277 Hs |
| 281m Ds [ n 13 ] [ n 8 ] | 80(240)# keV | 0.25+1.18 −0.11 s [0.9(7)秒] | α | 277 Hs | |
| 282 Ds [ n 14 ] | 110 | 172 | 282.16617(32)# | 67+320 −30 s [4.2(33)分] | α | 278 Hs | 0歳以上 |
| この表のヘッダーとフッター: |
|---|
- ^ m Ds – 励起核異性体。
- ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
- ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
- ^ 崩壊のモード:
- ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
- ^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。
- ^ a b未確認同位体
- ^ a b c d基底状態と異性体の順序は不明です。
- ^直接合成されず、 285 Flの崩壊系列で発生する
- ^直接合成されず、 283 Cnの崩壊生成物として生じる。
- ^直接合成されず、 288 Flの崩壊系列で発生する
- ^直接合成されず、 289 Flの崩壊系列中に発生する
- ^直接合成されず、 293 Lvの崩壊系列で発生するが
- ^直接合成されず、 290 Flの崩壊系列で発生するが
同位体と核特性
元素合成
ダルムスタチウムのような超重元素は、より軽い元素を粒子加速器に照射し、核融合反応を誘発することによって生成される。ダルムスタチウムの同位体のほとんどはこの方法で直接合成できるが、より重い同位体の中には、より高い原子番号の元素の崩壊生成物としてしか観測されていないものもある。[ 11 ]
前者は、関与するエネルギーに応じて「ホット」と「コールド」に分けられます。ホット核融合反応では、非常に軽く高エネルギーの入射体が非常に重い標的(アクチニド)に向かって加速され、高い励起エネルギー(約40~50 MeV )を持つ複合核が生成されます 。これらの核は核分裂するか、複数(3~5個)の中性子を蒸発させる可能性があります。[ 12 ]コールド核融合反応では、生成された核融合核の励起エネルギーは比較的低く(約10~20 MeV)、これらの生成物が核分裂反応を起こす確率は低くなります。核融合核が基底状態まで冷却されると、1~2個の中性子を放出するだけで済むため、より中性子豊富な生成物が生成されます。[ 11 ]後者は、室温で達成されると主張されている核融合(コールド核融合を参照)とは異なる概念です。[ 13 ]
以下の表には、Z = 110 の複合核を形成するために使用できるターゲットと発射体のさまざまな組み合わせが含まれています。
| ターゲット | 発射物 | CN | 試行結果 |
|---|
| 208鉛 | 62ニ | 270 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 207鉛 | 64ニ | 271 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 208鉛 | 64ニ | 272 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 209ビ | 59 Co | 268 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 226ラ | 50ティ | 276 Ds | まだ試みられていない反応 |
|---|
| 232番目 | 44カルシウム | 276 Ds | デートの失敗 |
|---|
| 232番目 | 48カルシウム | 280 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 233ウ | 40アルゴン | 273 Ds | デートの失敗[ 14 ] |
|---|
| 235ウ | 40アルゴン | 275 Ds | デートの失敗[ 14 ] |
|---|
| 238ウ | 40アルゴン | 278 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 244プソム | 34 S | 278 Ds | 成功した反応 |
|---|
| 244プソム | 36 S | 280 Ds | まだ試みられていない反応 |
|---|
| 248センチメートル | 30シ | 278 Ds | まだ試みられていない反応 |
|---|
| 250センチメートル | 30シ | 280 Ds | まだ試みられていない反応 |
|---|
常温核融合
GSIチームが1994年に初めてダルムスタチウムの合成に成功する以前、GSIの科学者たちは1985年にも鉛208とニッケル64を衝突させることでダルムスタチウムの合成を試みていました。しかし、ダルムスタチウム原子は検出されませんでした。設備のアップグレード後、GSIチームは1994年に2回の発見実験を行い、 271 Dsの9原子を検出することに成功しました。 [ 15 ]この反応は、2000年にGSI(4原子)、2000年[ 16 ] [ 17 ]と2004年[ 18 ]にローレンス・バークレー国立研究所(LBNL)(合計9原子)、そして2002年に理化学研究所(14原子)によって繰り返し成功しました。[ 19 ] GSIチームは1994年、発見実験の一環として、ニッケル64の代わりにニッケル62を用いた類似の反応を研究した。269個のD原子3個が検出された。[ 15 ] 4番目の崩壊系列も測定されたが、後に撤回された。[ 20 ]
公式の発見反応に加えて、2000年10月から11月にかけて、GSIのチームは鉛207を標的とした類似の反応を研究し、新しい同位体270 Dsを合成しました。彼らは、基底状態の異性体である270 Dsと、高スピン準安定状態である270m Dsに関連する8つの270 Ds原子の合成に成功しました。[ 21 ]
1986年、ロシアのドゥブナにある合同原子核研究所(JINR)のチームが次の反応を研究しました。
- 209 83バイ +59 27共同→267 110Ds +1 0n
ダルムスタチウム原子は検出されなかった。1995年、LBNLのチームはこの反応を用いて267個のD原子を1つ検出することに成功したと報告した。しかし、いくつかの崩壊は測定されておらず、この発見を確認するにはさらなる研究が必要である。[ 22 ]
熱核融合
1980年代後半、GSIチームは、様々なウラン同位体(233 U、235 U、238 U)からなる標的に加速されたアルゴンイオン-40を照射することで、元素番号110の合成を試みた。原子は検出されず、[ 23 ]限界断面積は21 pbと報告された。[ 14 ]
1994年9月、ドゥブナのチームはプルトニウム244標的に加速硫黄34イオンを照射して273Dsの単一原子を検出した。[ 24 ]
2004年にドゥブナのフレロフ原子核反応研究所(FLNR)で、反応で生成される複合核280Ds の核分裂特性を研究する実験が行われました。
- 232 90Th +48 20カルシウム →280 110Ds* → 核分裂
この結果は、このような複合核が、主に魔法核と132 Sn ( Z = 50、N = 82) のような二重魔法核を放出することによって核分裂する方法を明らかにした。ダルムスタチウム原子は得られなかった。[ 25 ]複合核は、まだ核殻に整列していない核子の緩い組み合わせである。内部構造を持たず、標的核と入射核の衝突力によってのみ結合している。 核子が核殻に整列するには約 10 −14秒かかると推定されており、この時点で複合核は核種になり、この数値はIUPACによって、発見されたと認められるために主張された同位体が持つべき最小半減期として使用されている。 [ 26 ] [ 27 ]
2022年にFLNRで232Th+48Ca反応が再び試みられた。48Ca誘起による110番元素生成反応は、より軽い元素や重い元素生成反応よりも収量が低いと予測された。276Dの原子7個が報告され、その寿命は9.3μsと983.1 μsで、4つは自発核分裂により崩壊し、3つは2アルファシーケンスを経て272 Hsと自発核分裂する268 Sgに崩壊しました。[ 5 ] 276 Ds生成の最大の報告断面積は約0.7 pbで、1桁低い感度限界に達しました。この報告された断面積は、249 Cf + 48 Caを除き、48 Caを入射体として使用するすべての反応の断面積よりも低く、さらにZ = 108、N = 162およびZ = 114、N = 184の魔法数の存在を支持しています。[ 5 ] 2023年に、JINRチームはこの反応をより高いビームエネルギーで繰り返し、275 Dsも発見しました。[ 28 ] [ 28 ] FLNRはまた、238 U+ 40 Ar反応で273 Dを合成することにも成功した。[ 4 ]
崩壊生成物として
崩壊によって観測されたダルムスタチウム同位体のリスト | 蒸発残留物 | 観測されたダルムスタチウム同位体 |
|---|
| 277 CN | 273 Ds [ 29 ] |
| 285フロア、281カナダ | 277 Ds [ 30 ] |
| 高さ291、床面積287、煙突面積283 | 279 Ds [ 31 ] |
| 288フロア、284キッチン | 280 Ds |
| 288 Mc、284 Nh、280 Rg ? | 280 Ds ? |
| 高さ293、床面積289、煙突面積285 | 281 Ds [ 32 ] |
| 290液量オンス、286立方メートル ? | 282 Ds ? [ 2 ] |
ダルムスタチウムはコペルニシウムの崩壊生成物として観測されている。コペルニシウムには現在7つの同位体が知られており、そのうち質量数273、277、279–281の5つがダルムスタチウムにアルファ崩壊することが示されている。現在までに、 273 Dを除くこれらはすべてコペルニシウムの崩壊によってのみ生成された。親コペルニシウムの核は、フレロビウムまたはリバモリウムの崩壊生成物である可能性がある。ダルムスタチウムは、ニホニウムおよびモスコビウムの娘核であるレントゲン核の電子捕獲崩壊によって生成された可能性もある。[ 27 ]例えば、2004年にドゥブナチーム(JINR)は、アルファ崩壊シーケンスを介したリバモリウムの崩壊の生成物としてダルムスタチウム281を特定した。[ 32 ]
- 293 116レベル→289 114フロー+4 2彼
- 289 114フロリダ州→285 112Cn +4 2彼
- 285 112Cn →281 110Ds +4 2彼
撤回された同位体
- 280 Ds
元素番号114の最初の合成では、 288 Flに割り当てられた2つの原子が生成され、 280 Dsに崩壊し、自発核分裂を起こしました。後にこの割り当ては289 Flに変更され、ダルムスタチウム同位体は281 Dsに変更されました。そのため、280 Dsは2016年まで未知のままでしたが、 284 Cnのこれまで未知のアルファ崩壊によってそこに存在することが確認されました(以前は、この原子核は自発核分裂を起こすことしか知られていませんでした)。この崩壊系列における280 Dsの発見は2021年に確認され、半減期360 μsで自発核分裂を起こします。[ 8 ]
- 277 Ds
1999年に主張された293 Ogの合成において、同位体277 Dsは10.18 MeVのアルファ線で崩壊し、半減期は3.0 msであると特定されました。この主張は2001年に撤回されました。この同位体は最終的に2010年に生成され、その崩壊データは以前のデータの捏造を裏付けました。[ 33 ]
- 273m Ds
1996年にGSIが277 Cnを合成した際(コペルニシウム参照)、一つの崩壊系列は273 Dsを経由して 進行し、これは9.73 MeVのアルファ粒子を放出して崩壊し、寿命は170ミリ秒であった。これは異性体準位に割り当てられたはずであった。このデータは確認できなかったため、この同位体は現在、未確認または未確認である。
- 272 Ds
ダルムスタチウムを合成する最初の試みでは、232 Th( 44 Ca,4n)反応において272 Dsに10 msのSF活性が割り当てられました。[ 14 ]現在の安定性に関する理解に基づき、この同位体は同位体表から削除されました。
核異性体
2000年にGSIでホフマンらが行った研究に基づいて提案された270 Dの部分崩壊レベルスキーム[ 21 ]- 281 Ds
289 Fl または293 Lvの崩壊による281 Dsの生成は、2 つの非常に異なる崩壊モードを生み出します。最も一般的で容易に確認されたモードは、半減期が 11 秒の自発核分裂です。はるかにまれでまだ確認されていないモードは、エネルギー 8.77 MeV のアルファ粒子の放出によるアルファ崩壊で、観測された半減期は約 3.7 分です。この崩壊は、親核種からの独自の崩壊経路と関連しており、異性体レベルに割り当てられる必要があります。半減期は異性体状態に割り当てられる必要があることを示唆していますが、これらの報告を確認するにはさらなる研究が必要です。[ 32 ] 2016 年には、この未知の活動は、電子捕獲と 2 つの連続したアルファ崩壊を介した290 Flのひ孫である282 Mtによるものである可能性があることが示唆されました。[ 2 ]
- 271 Ds
271 Dsの直接合成による崩壊データは、2つの核異性体の存在を明確に示している。前者は10.74 MeVと10.69 MeVのエネルギーを持つアルファ粒子を放出し、半減期は1.63 msである。後者は10.71 MeVのエネルギーを持つアルファ粒子のみを放出し、半減期は69 msである。前者は基底状態、後者は異性体準位に割り当てられている。アルファ崩壊エネルギーの近さから、異性体準位は主に基底状態への異性体遷移の遅延によって崩壊し、その結果、測定されたアルファエネルギーは同一となり、2つの過程の半減期は合計で同一となることが示唆されている。[ 34 ]
- 270 Ds
270 Dsの直接生成により、2つの核異性体が明確に特定されました。基底状態はアルファ放出によって崩壊し、エネルギー11.03 MeVのアルファ粒子を放出して266 Hsの基底状態になります。半減期は0.10ミリ秒です。準安定状態はアルファ放出によって崩壊し、エネルギー12.15、11.15、および10.95 MeVのアルファ粒子を放出します。半減期は6ミリ秒です。準安定状態がエネルギー12.15 MeVのアルファ粒子を放出すると、266 Hsの基底状態になります。これは、1.12 MeVの過剰エネルギーを持っていることを示しています。[ 21 ]
同位体の化学収量
常温核融合
下の表は、ダルムスタチウム同位体を直接生成する常温核融合反応の断面積と励起エネルギーを示しています。太字のデータは励起関数の測定から得られた最大値を表しています。+は観測された出口チャネルを表しています。
| 発射物 | ターゲット | CN | 1n | 2n | 3n |
|---|
| 62ニ | 208鉛 | 270 Ds | 3.5 PB | | |
| 64ニ | 208鉛 | 272 Ds | 15 pb、9.9 MeV | | |
Z = 110の複合核の核分裂
2004年、ドゥブナのフレロフ原子核反応研究所で、複合核280 Dsの核分裂特性を調べる実験が行われた。使用された核反応は232 Th+ 48 Caである。その結果、この核は主に132 Sn(Z = 50、N = 82)などの閉殻核を放出することによって核分裂することが明らかになった 。[ 35 ]
理論計算
減衰特性
量子トンネルモデルによる理論計算は、実験的なアルファ崩壊半減期データを再現する。[ 36 ] [ 37 ]また、同位体294Dsのアルファ崩壊半減期は311年程度であると予測される。[ 38 ] [ 39 ]
蒸発残留物の断面積
以下の表には、様々な標的と弾頭の組み合わせについて、計算によって様々な中性子蒸発チャネルからの断面積収量の推定値が示されている。最も高い収量が期待されるチャネルが示されている。
DNS = 二核システム。 σ = 断面
| ターゲット | 発射物 | CN | チャネル(製品) | σ最大 | モデル | 参照 |
|---|
| 208鉛 | 64ニ | 272 Ds | 1n ( 271 Ds) | 10 PB | DNS | [ 40 ] |
|---|
| 232番目 | 48カルシウム | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 0.2 ペニー | DNS | [ 41 ] |
|---|
| 230番目 | 48カルシウム | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 1 PB | DNS | [ 41 ] |
|---|
| 238ウ | 40アルゴン | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 2 PB | DNS | [ 41 ] |
|---|
| 244プソム | 36 S | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 0.61 ペニー | DNS | [ 42 ] |
|---|
| 248センチメートル | 30シ | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 65.32 ペソ | DNS | [ 42 ] |
|---|
| 250センチメートル | 30シ | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 3.54 ペニー | DNS | [ 42 ] |
|---|
参考文献
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