Унбибий – гипотетический элемент 122

Введение

Унбибий, также известный как элемент 122 или экаторий, является гипотетическим химическим элементом; ему присвоен условный символ Ubb и атомный номер 122. Унбибий и Ubb – это временные систематические наименование и символ IUPAC соответственно, используемые до момента открытия и подтверждения элемента, а также до принятия постоянного названия. В периодической таблице элементов он должен следовать за унбиунием, являясь вторым элементом суперактинидов и четвёртым элементом 8-го периода. Подобно унбиунию, ожидается, что он окажется в области острова стабильности, что потенциально придаст дополнительную стабильность некоторым изотопам, в особенности 306Ubb, которому предсказывается «магическое» число нейтронов (184). Несмотря на многочисленные попытки, унбибий до сих пор не синтезирован, и не обнаружено никаких природных изотопов. В настоящее время не планируется проведение экспериментов по его синтезу. В 2008 году было заявлено об обнаружении унбибия в природных образцах тория, однако это утверждение было опровергнуто повторными экспериментами, выполненными с использованием более точных методов. Химически унбибий, как ожидается, будет проявлять некоторое сходство с церием и торием. Однако релятивистские эффекты могут привести к отличиям в некоторых его свойствах; например, предполагается, что его основная электронная конфигурация будет [Og] 7d1 8s2 8p1 или [Og] 8s2 8p2, несмотря на его прогнозируемое положение в серии суперактинидов g-блока. Также остаётся открытым вопрос о том, могут ли сверхтяжёлые элементы существовать в природе. Первые попытки синтеза унбибия были предприняты в 1972 году Флёровым и коллегами в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) с использованием реакций горячего синтеза, индуцированных тяжёлыми ионами. Более поздние исследования в области синтеза сверхтяжёлых элементов показывают, что оба предположения верны. В 2000 году в Центре исследований тяжёлых ионов имени Гельмгольца (Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI)) был проведён аналогичный эксперимент с гораздо более высокой чувствительностью.

Утвержденное открытие как природный элемент

В 2008 году группа под руководством израильского физика Амнона Маринова из Еврейского университета в Иерусалиме заявила об обнаружении отдельных атомов унбибиума-292 в природных месторождениях тория в концентрации от 10−11 до 10−12 относительно тория. Утверждалось, что атомы унбибиума-292 представляют собой сверхдеформированные или гипердеформированные изомеры с периодом полураспада не менее 100 миллионов лет. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review C в 2008 году. После публикации критического замечания группой Маринова был опубликован ответ в Physical Review C. Повторный эксперимент с торием, выполненный с использованием более точного метода – ускорительной масс-спектрометрии (AMS), не подтвердил полученные результаты, несмотря на чувствительность, превосходящую исходную в 100 раз. Этот результат вызывает серьезные сомнения в достоверности результатов, полученных коллаборацией Маринова, относительно их заявлений о существовании долгоживущих изотопов тория и унбибиума. После рекомендаций IUPAC в 1979 году элемент в основном стали называть унбибием с атомным символом (Ubb) в качестве временного названия до его официального открытия и синтеза, а также определения постоянного названия. Ученые в значительной степени игнорируют эту номенклатуру, предпочитая называть унбибиум "элементом 122" с символом (122), а иногда даже E122 или 122.

Перспективы будущего синтеза

Каждый элемент от менделевия и далее был получен в реакциях испарения при слиянии, кульминацией которых стало открытие самого тяжелого известного элемента оганесона в 2002 году и, недавно, теннессина в 2010 году. Эти реакции приблизились к пределу современных технологий; например, для синтеза теннессина потребовалось 22 миллиграмма 249Bk и интенсивный пучок 48Ca в течение шести месяцев. Интенсивность пучков в исследованиях сверхтяжелых элементов не может превышать 1012 частиц в секунду без повреждения мишени и детектора, а производство больших количеств все более редких и нестабильных актинидных мишеней непрактично. Следовательно, будущие эксперименты должны проводиться на установках, таких как фабрика сверхтяжелых элементов (SHE factory) в Объединенном институте ядерных исследований (JINR) или RIKEN, что позволит проводить эксперименты в течение более длительных периодов времени с улучшенными возможностями детектирования и позволит осуществлять реакции, которые в противном случае были бы недоступны. Возможно, что реакции испарения при слиянии не подойдут для открытия унбибия или более тяжелых элементов. Различные модели предсказывают все более короткие периоды полураспада альфа-частиц и спонтанного деления для изотопов с Z = 122 и N ~ 180 порядка микросекунд или меньше, что делает обнаружение практически невозможным с использованием современного оборудования. По этим причинам может потребоваться исследовать другие методы производства, такие как реакции многонуклонного переноса, способные заселять более долгоживущие ядра. Аналогичный переход в экспериментальной технике произошел, когда вместо холодного синтеза (в котором сечения реакции быстро уменьшаются с увеличением атомного номера) использовался горячий синтез с использованием пучков 48Ca для получения элементов с Z > 113. Один из возможных синтезов унбибия может произойти следующим образом: Тем не менее, по причинам, которые пока недостаточно хорошо поняты, наблюдается небольшое увеличение ядерной стабильности в области атомных номеров 110–114, что приводит к появлению так называемого в ядерной физике "острова стабильности". Эта концепция, предложенная профессором Калифорнийского университета Гленном Сиборгом, объясняет, почему сверхтяжелые элементы существуют дольше, чем предсказывалось. В этой области периодической таблицы N = 184 предлагается в качестве замкнутой нейтронной оболочки, а различные атомные номера предлагаются в качестве замкнутых протонных оболочек, такие как Z = 114, 120, 122, 124 и 126. Остров стабильности будет характеризоваться более длительными периодами полураспада ядер, расположенных вблизи этих магических чисел, хотя степень стабилизирующего эффекта неопределенна из-за прогнозов ослабления замкнутости протонных оболочек и возможной потери двойной магичности. Более поздние исследования предсказывают, что остров стабильности будет сосредоточен вокруг бета-стабильных изотопов коперника 291Cn и 293Cn.

Every element from mendelevium onward was produced in fusion evaporation reactions, culminating in the discovery of the heaviest known element oganesson in 2002 and most recently tennessine in 2010. These reactions approached the limit of current technology; for example, the synthesis of tennessine required 22 milligrams of 249Bk and an intense 48Ca beam for six months. The intensity of beams in superheavy element research cannot exceed 1012 projectiles per second without damaging the target and detector, and producing larger quantities of increasingly rare and unstable actinide targets is impractical. Consequently, future experiments must be done at facilities such as the superheavy element factory (SHE factory) at the Joint Institute for Nuclear Research (JINR) or RIKEN, which will allow experiments to run for longer stretches of time with increased detection capabilities and enable otherwise inaccessible reactions. It is possible that fusion evaporation reactions will not be suitable for the discovery of unbibium or heavier elements. Various models predict increasingly short alpha and spontaneous fission half lives for isotopes with Z = 122 and N ~ 180 on the order of microseconds or less, rendering detection nearly impossible with current equipment. For these reasons, other methods of production may need to be researched such as multi nucleon transfer reactions capable of populating longer lived nuclei. A similar switch in experimental technique occurred when hot fusion using 48Ca projectiles was used instead of cold fusion (in which cross sections decrease rapidly with increasing atomic number) to populate elements with Z > 113. One possible synthesis of unbibium could occur as follows: Nevertheless, because of reasons not very well understood yet, there is a slight increased nuclear stability around atomic numbers 110–114, which leads to the appearance of what is known in nuclear physics as the "island of stability". This concept, proposed by University of California professor Glenn Seaborg, explains why superheavy elements last longer than predicted. In this region of the periodic table, N = 184 has been suggested as a closed neutron shell, and various atomic numbers have been proposed as closed proton shells, such as Z = 114, 120, 122, 124, and 126. The island of stability would be characterized by longer half lives of nuclei located near these magic numbers, though the extent of stabilizing effects is uncertain due to predictions of weakening of the proton shell closures and possible loss of double magicity. More recent research predicts the island of stability to instead be centered at beta stable copernicium isotopes 291Cn and 293Cn,

На рисунке изображены области ядер различной формы, как предсказано приближением взаимодействующих бозонов, что подчеркивает значительную проблему в экспериментальном наблюдении этого элемента. Это согласуется со многими прогнозами, хотя точное положение границы в 1 микросекунду варьируется в зависимости от модели. Кроме того, ожидается, что спонтанное деление станет основным способом распада в этом регионе, с периодами полураспада порядка фемтосекунд, предсказанными для некоторых четно-четных изотопов. Для более легких альфа-излучателей, которые могут быть получены в реакциях испарения при слиянии, предсказываются некоторые длинные цепочки распада, ведущие к известным или доступным изотопам более легких элементов. Кроме того, предсказывается, что изотопы 308–310Ubb имеют периоды полураспада менее 1 микросекунды. Однако эти прогнозы сильно зависят от выбранных ядерных моделей массы, и неизвестно, какие изотопы унбибия будут наиболее стабильными. В любом случае, эти ядра будет трудно синтезировать, поскольку ни одна комбинация доступной мишени и пучка не может обеспечить достаточное количество нейтронов в составном ядре. Даже для ядер, достижимых в реакциях слияния, спонтанное деление и, возможно, распад кластеров могут иметь значительные каналы, создавая еще одно препятствие для идентификации сверхтяжелых элементов, поскольку они обычно идентифицируются по их последовательным альфа-распадам.