Кіріспе

Атомдық нөмірі 114, бірақ массалық саны әртүрлі нуклидтер

Флеровий (114Fl) – синтетикалық элемент, сондықтан стандартты атомдық массасы көрсетілмейді. Барлық синтетикалық элементтер сияқты, оның тұрақты изотоптары жоқ. 1999 (немесе мүмкін 1998) жылы алғаш рет 289Fl изотопы синтезделді. Флеровийдің алты белгілі изотопы бар, сондай-ақ расталмаған 290Fl және, мүмкін, екі ядролық изомері бар. Ең ұзақ өмір сүретін изотоп – 289Fl, оның жартылай ыдырау периоды 1,9 секундты құрайды, ал 290Fl-дың жартылай ыдырау периоды 19 секундқа жете алады.

Суық балқыту

Бұл бөлім флеровий ядроларын "салқын" ядролық синтез реакциялары арқылы жасауды қарастырады. Бұл процестер төменгі қоздыру энергиясында (~10–20 МэВ, содан аталған "салқын") қосылған ядроларды құрастырады, нәтижесінде ядроның бөлінуден аман қалу ықтималдығы артады. Қоздырылған ядро кейін бір немесе екі нейтрон шығару арқылы негізгі күйге дейін ыдырайды.

208Pb ((76Ge,xn) 284−xFl

Флеровийді суық ядролық синтез реакциялары арқылы синтездеудің алғашқы әрекеті 2003 жылы Франциядағы Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL) ғимаратында жасалды. Ешқандай атом анықталмады, нәтижесінде 1,2 пб шегі белгіленді. RIKEN командасы осы реакцияны зерттеу жоспарларын хабарлады.

Ыстық балқыту

Бұл бөлім флеровий ядроларын «ыстық» ядролық синтез реакциялары арқылы жасауды қарастырады. Бұл – жоғары қоздыру энергиясында (~40–50 МэВ, сондықтан «ыстық») қосылған ядроларды құратын процестер, олардың бөлінуден аман қалу ықтималдығын азайтады. Қоздырылған ядро содан кейін 3–5 нейтрон шығару арқылы негізгі күйге дейін ыдырайды. 48Ca ядроларын қолданатын ядролық синтез реакциялары әдетте орташа қоздыру энергиясы (~30–35 МэВ) бар қосылған ядроларды тудырады және кейде «жылы» ядролық синтез реакциялары деп аталады. Бұл, ішінара, осы реакциялардан салыстырмалы түрде жоғары өнім алуға мүмкіндік береді.

248Cm ((40Ar,xn) 288-xFl)

Ауыр элементтерді синтездеудің алғашқы әрекеттерінің бірі Альберт Гиорсо және басқалар, сондай-ақ Стен Томпсон және басқалар жасаған. 1968 жылы Лоренс Беркли ұлттық зертханасында осы реакцияны қолдана отырып. Аса ауыр ядроларға байланысты ешқандай оқиға анықталмады; бұл күтілген нәрсе еді, себебі 288Fl (N = 174) ядросы N = 184 болжам бойынша жабық қабығынан он нейтрон кем болды. Бұл алғашқы сәтсіз синтез әрекеті ыстық синтез реакцияларында өндірілетін аса ауыр ядролардың көлденең қимасы мен жартылай ыдырау мерзімі туралы алғашқы мәліметтерді берді. Реакция 1999 жылы қайталанды және флеровийдің тағы екі атомы анықталды. 2002 жылы команда реакцияны одан әрі зерттеді. 3n, 4n және 5n нейтронды буландыру қоздыру функцияларын өлшеу кезінде олар жаңа изотоптың үш атомын, жаңа изотоптың он екі атомын және 287Fl изотопының бір атомын анықтады. Осы нәтижелерге сүйене отырып, алғашқы анықталған атом 289mFl-ге қайта жатқызылды, ал келесі екі атом қайта тағайындалды және сондықтан ресми емес ашылу экспериментіне жатады. Коперницийдің изотопы ретінде химиялық қасиеттерін зерттеу мақсатында бұл реакция 2007 жылдың сәуірінде қайталанды. Күтпеген нәрсе, PSI FLNR флеровийдің алғашқы химиялық зерттеулерінің негізін құрайтын екі атомды тікелей анықтады. 2008 жылдың маусым айында элементтің химиялық қасиеттерін зерттеу үшін тәжірибе қайталанды. Бір атом табылған, бұл элементтің асыл газ сияқты қасиеттерін растады. 2009 жылдың мамыр-шілде айларында GSI командасы теннессин синтезіне алғашқы қадам ретінде осы реакцияны алғаш рет зерттеді. Команда синтез және ыдырау деректерін растады және, бұрынғы изотоптың тоғыз атомын және соңғысының төрт атомын өндірді.

242Pu ((48Ca,xn) 290−xFl (x=2,3,4,5)

Дубна командасы бұл реакцияны алғаш рет 1999 жылдың наурыз-сәуір айларында зерттеді және 287Fl-ге жатқызылған флеровийдің екі атомын анықтады. 287Fl және 283Cn изотоптарының ыдырау деректерін растау мақсатымен реакция 2003 жылдың қыркүйегінде қайталанды, себебі 283Cn бойынша келіспейтін деректер жиналған болатын (copernicium бөлімін қараңыз). Ресейлік ғалымдар 2n, 3n және 4n қоздыру функцияларын өлшеу арқылы 288Fl, 287Fl және жаңа 286Fl изотоптарының ыдырау деректерін өлшеуге мүмкіндік алды. 2006 жылдың сәуірінде PSI FLNR ынтымақтастығы коперницийдің алғашқы химиялық қасиеттерін анықтау үшін осы реакцияны пайдаланды, нәтижесінде 283Cn асып кету өнімі ретінде алынды. 2007 жылдың сәуіріндегі растау экспериментінде команда 287Fl-ді тікелей анықтады және флеровийдің атомдық химиялық қасиеттері туралы алғашқы деректерді өлшеді. Берклидегі команда, Беркли газбен толтырылған сепараторын (BGS) пайдаланып, жаңадан алынған нысаналармен 2009 жылдың қаңтарында жоғарыда аталған реакция арқылы флеровий синтезін жасауға тырысты. 2009 жылдың қыркүйегінде олар FLNR-де хабарланған ыдырау қасиеттерін растайтын екі флеровий атомын анықтағанын хабарлады, бірақ өлшенген көлденең қималар сәл төмен болды; алайда статистиканың сапасы төмен еді. 2009 жылдың сәуірінде Пол Шеррер институтының (PSI) және JINR ядролық реакциялар Флеров зертханасының (FLNR) ынтымақтастығы осы реакцияны қолдана отырып, флеровий химиясын тағы бір зерттеді. 283Cn-нің бір атомы анықталды. 2010 жылдың желтоқсанында LBNL командасы жаңа 285Fl изотопының бір атомын синтездегенін және осыған байланысты 5 жаңа қыз элемент изотобын байқағанын жариялады.

239,240Pu ((48Ca,xn) 287,288−xFl (x=3 239Pu үшін; x=3, 4 240Pu үшін)

FLNR 239Pu немесе 240Pu және 48Ca реакциясында түзілген флеровийдің жеңіл изотоптарын зерттеуді жоспарлаған: атап айтқанда, 283Fl және 284Fl ыдырауының өнімдері 208Pb және 209Bi нысаналарымен суық синтез арқылы түзілген жеңіл суперауыр элементтердің изотоптары мен 48Ca снарядтарымен ыстық синтез арқылы түзілген изотоптар арасындағы үзілісті толтыруы күтілді. Бұл реакциялар 2015 жылы зерттелді. 240Pu(48Ca,4n) және 239Pu(48Ca,3n) реакцияларында бір жаңа изотоп табылды, ол – тез өздігінен бөлінетін 284Fl, бұл тұрақтандыру аралының нейтронға қанағаттанбаған шегінің анық шекарасын көрсетеді. 285Fl-дің үш атомы да алынды. Дубна тобы 2017 жылы 240Pu + 48Ca реакциясын қайта зерттеді, 285Fl-дің үш жаңа сәйкес ыдырау тізбегін, осы нуклидтен қосымша ыдырау тізбегін байқады, ол өз қыздарындағы кейбір изомерлік күйлерден өтуі мүмкін, тізбек 287Fl-ге (нысанадағы 242Pu қоспаларынан туындауы мүмкін) және кейбір өздігінен бөліну оқиғаларын, олардың кейбіреуі 284Fl-ден болуы мүмкін, бірақ басқа түсіндірмелер де бар, соның ішінде зарядталған бөлшектердің булануына қатысты қосымша реакциялар да мүмкін.

285Fl

1999 жылы 293Og синтезінде 285Fl изотопы 11,35 МэВ альфа-эмиссиясы арқылы, 0,58 мс жартылай ыдырау периодымен ыдырайтыны анықталды. Бұл мәлімдеме 2001 жылы алынып қайтарылды. Бұл изотоп 2010 жылы алғаш рет жасалды және оның ыдырау қасиеттері бұрын жарияланған ыдырау деректерінің дұрыс еместігін көрсетті.

289Fl

Флеровийдің алғашқы синтезінде 289Fl деп белгіленген изотоп 30 секунд өмір сүретін 9,71 МэВ альфа бөлшегін шығару арқылы ыдырады. Бұл активтілік осы изотоптың тікелей синтезінің қайталануында байқалған жоқ. Дегенмен, 293Lv синтезінен алынған бір жағдайда, 9,63 МэВ альфа бөлшегінің 2,7 минут өмір сүретін эмиссиясынан басталатын ыдырау тізбегі өлшенді. Барлық келесі ыдыраулар 289Fl-ден байқалғанға өте ұқсас болды, бастапқы ыдырау жіберіліп қалған болуы мүмкін. Бұл активтілікті изомерлік деңгейге жатқызу қажеттігін күшті көрсетеді. Жақындағы эксперименттерде активтіліктің болмауы, изомердің шығымы болжамды негізгі күймен салыстырғанда шамамен 20% екенін және алғашқы эксперименттегі байқаудың сәтті болғанын (немесе жағдай тарихы көрсеткендей, басқаша) көрсетеді. Бұл мәселелерді шешу үшін қосымша зерттеулер қажет. Бұл ыдыраулар 290Fl-ге байланысты болуы мүмкін, себебі бұл ерте эксперименттердегі сәуле энергиясы өте төмен болды, 2n арнасын ықтимал ету үшін жеткілікті төмен. Бұл тағайындама 290Nh-қа электрондарды байқалмай тұтқындауды талап етеді, өйткені егер олардың барлығы жұп сан болса, 290Fl-дің қыздарының ұзақ жартылай өмірін спонтанды бөлінумен түсіндіру қиын болар еді. Бұл бұрынғы изомерлік 289mFl, 285mCn, 281mDs және 277mHs шын мәнінде 290Nh (электронды 290Fl тұтқындауы байқалмаған, өйткені қазіргі детекторлар осы ыдырау режиміне сезімтал емес), 286Rg, 282Mt және спонтанды бөлінетін 278Bh екенін көрсетеді, бұл бүгінгі күнге дейін белгілі ең нейтронға толы супержұрт изотоптарын құрайды: бұл бета тұрақтылық сызығына қарай супержұрт ядроларға нейтрондар қосылғанда жартылай өмірдің ұлғаюының жүйелі үрдісіне жақсы сәйкес келеді, және осы тізбек осы сызыққа өте жақын аяқталады. Ливерморийдің аталық изотопы 294Lv-ге тағайындалуы мүмкін, онда барлық белгілі ядролардың ең жоғары нейтрондық саны (178) болады, бірақ бұл тағайындамалардың барлығы 244Pu+48Ca және 248Cm+48Ca реакцияларында 2n арнасына жетуге бағытталған эксперименттер арқылы қосымша растауды қажет етеді.

Изотоптардың өнімділігі

Төмендегі кестелер флеровий изотоптарын тікелей тудыратын ядролық синтез реакцияларының қималары мен қоздыру энергияларын ұсынады. Қалың әріппен жазылған деректер қоздыру функциясының өлшемдерінен алынған ең жоғары мәндерді көрсетеді. + – байқалған шығу арнасын білдіреді.

Суық балқыту

Жобалау нысаныCN1n2n3n76Ge208Pb284Fl<1.2 пб

Ыстық балқыту

Жобалы нысанаCN2n3n4n5n48Ca242Pu290Fl 0.5 пб, 32.5 МэВ 3.6 пб, 40.0 МэВ 4.5 пб, 40.0 МэВ <1.4 пб, 45.0 МэВ 48Ca244Pu292Fl 1.7 пб, 40.0 МэВ 5.3 пб, 40.0 МэВ 1.1 пб, 52.0 МэВ