Введение
Нуклиды с атомным номером 114, но с разными массовыми числами
Флеровий (114Fl) — синтетический элемент, поэтому стандартный атомный вес не приводится. Как и все синтетические элементы, он не имеет стабильных изотопов. Первым синтезированным изотопом был 289Fl в 1999 году (или, возможно, в 1998 году). Известно шесть изотопов флеровия, а также неподтвержденный 290Fl и, возможно, два ядерных изомера. Наиболее долгоживущий изотоп — 289Fl с периодом полураспада 1,9 секунды, однако у 290Fl период полураспада может быть больше — 19 секунд.
Холодный синтез
В данном разделе рассматривается синтез ядер флеровия посредством так называемых "холодных" реакций слияния. Это процессы, в результате которых образуются составные ядра с низкой энергией возбуждения (~10–20 МэВ, отсюда и название "холодные"), что повышает вероятность их выживания при делении. Возбужденное ядро затем переходит в основное состояние, испуская один или два нейтрона.
208Pb{76Ge,xn) 284−xFl
Первая попытка синтезировать флеровий в реакциях холодного синтеза была предпринята в Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), Франция, в 2003 году. Атомы не были обнаружены, что установило предел выхода в 1,2 пб. Команда из RIKEN заявила о планах по изучению этой реакции.
Горячий синтез
В данном разделе рассматривается синтез ядер флеровия в результате так называемых "горячих" реакций слияния. Это процессы, которые создают составные ядра при высокой энергии возбуждения (~40–50 МэВ, отсюда и название "горячие"), что снижает вероятность их выживания при делении. Возбужденное ядро затем переходит в основное состояние посредством эмиссии 3–5 нейтронов. Реакции слияния с использованием ядер 48Ca обычно приводят к образованию составных ядер со средней энергией возбуждения (~30–35 МэВ) и иногда называются "теплыми" реакциями слияния. Это, в частности, способствует относительно высокой производительности этих реакций.
248Cm{40Ar,xn) 288-xFl
Одной из первых попыток синтеза сверхтяжелых элементов была предпринята Альбертом Гиорсо и др. и Станом Томпсоном и др. в 1968 году в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, используя эту реакцию. Никаких событий, приписываемых сверхтяжелым ядрам, не было идентифицировано; это ожидалось, поскольку составное ядро 288Fl (с N = 174) на десять нейтронов меньше предсказанной замкнутой оболочки при N = 184. Эта первая неудачная попытка синтеза предоставила ранние указания на пределы сечения и периода полураспада для сверхтяжелых ядер, производимых в реакциях горячего синтеза. Реакция была повторена в 1999 году, и было обнаружено еще два атома флеровия. Команда исследователей продолжила изучение реакции в 2002 году. Во время измерения функций возбуждения, соответствующих испарению 3n, 4n и 5n нейтронов, им удалось обнаружить три атома , двенадцать атомов нового изотопа и один атом нового изотопа 287Fl. На основании этих результатов, первый обнаруженный атом был предварительно отнесен к или 289mFl, а два последующих атома были отнесены к и, следовательно, относятся к неофициальному эксперименту по открытию. В попытке изучить химию коперниция как изотопа, эта реакция была повторена в апреле 2007 года. Удивительно, но в результате исследования ФЛНР ПСИ было непосредственно обнаружено два атома, что легло в основу первых химических исследований флеровия. В июне 2008 года эксперимент был повторен для дальнейшей оценки химии элемента с использованием изотопа. Был обнаружен один атом, который, по-видимому, подтверждал свойства элемента, подобные свойствам благородного газа. В мае-июле 2009 года команда GSI впервые изучила эту реакцию в качестве первого шага к синтезу теннессина. Команда смогла подтвердить данные о синтезе и распаде для и , получив девять атомов первого изотопа и четыре атома второго.
242Pu ((48Ca,xn) 290−xFl (x=2,3,4,5)
Команда в Дубне впервые изучила эту реакцию в марте-апреле 1999 года и обнаружила два атома флеровия, отнесенных к 287Fl. Реакция была повторена в сентябре 2003 года с целью подтверждения данных о распадах для 287Fl и 283Cn, поскольку для 283Cn были получены противоречивые данные (см. коперниций). Российские ученые смогли измерить данные о распадах для 288Fl, 287Fl и нового изотопа 286Fl на основе измерений функций возбуждения 2n, 3n и 4n. В апреле 2006 года коллаборация PSI-FLNR использовала эту реакцию для определения первых химических свойств коперниция, получая 283Cn как побочный продукт. В подтверждающем эксперименте в апреле 2007 года команда смогла непосредственно обнаружить 287Fl и, следовательно, измерить некоторые начальные данные об атомных химических свойствах флеровия. Команда из Беркли, используя газонаполненный сепаратор Беркли (BGS), продолжила свои исследования, используя новые мишени, и предприняла попытку синтезировать флеровий в январе 2009 года с помощью вышеуказанной реакции. В сентябре 2009 года они сообщили об успешном обнаружении двух атомов флеровия, и , подтверждая свойства распада, сообщенные в FLNR, хотя измеренные сечения были немного ниже, а статистическая значимость – меньше. В апреле 2009 года коллаборация Института Пола Шеррера (PSI) и Лаборатории ядерных реакций имени Флерова (FLNR) ОИЯИ провела еще одно исследование химии флеровия с использованием этой реакции. Был обнаружен один атом 283Cn. В декабре 2010 года команда LBNL объявила о синтезе одного атома нового изотопа 285Fl и последующем наблюдении 5 новых изотопов дочерних элементов.
239,240Pu ((48Ca,xn) 287,288−xFl (x=3 для 239Pu; x=3,4 для 240Pu)
FLNR планировала изучить легкие изотопы флеровия, образованные в реакции между 239Pu или 240Pu и 48Ca: в частности, ожидалось, что продукты распада 283Fl и 284Fl заполнят пробел между изотопами более легких сверхтяжелых элементов, образованных в результате холодной ядерной реакции с мишенями из 208Pb и 209Bi, и изотопами, образованными в результате горячей ядерной реакции с пучками 48Ca. Эти реакции были изучены в 2015 году. Один новый изотоп был обнаружен в реакциях 240Pu(48Ca,4n) и 239Pu(48Ca,3n) – быстро спонтанно делящийся 284Fl, что позволило четко определить нейтронно-дефицитный край острова стабильности. Также было получено три атома 285Fl. Дубненская команда повторила исследование реакции 240Pu + 48Ca в 2017 году, наблюдая три новые согласованные цепи распада 285Fl, дополнительную цепь распада этого нуклида, которая могла проходить через некоторые изомерные состояния в продуктах распада, цепь, которую можно отнести к 287Fl (вероятно, возникшую из-за примесей 242Pu в мишени), и некоторые события спонтанного деления, некоторые из которых могли быть вызваны 284Fl, хотя возможны и другие интерпретации, включая побочные реакции, связанные с испарением заряженных частиц.
285Fl
В заявленном синтезе 293Og в 1999 году изотоп 285Fl был идентифицирован как распадающийся альфа-частицами с энергией 11,35 МэВ и периодом полураспада 0,58 мс. В 2001 году это сообщение было отозвано. Этот изотоп был наконец синтезирован в 2010 году, и его характеристики распада подтвердили фальсификацию ранее опубликованных данных о распадах.
289Fl
В первом заявленном синтезе флеровия изотоп, обозначенный как 289Fl, распадался, испуская альфа-частицу с энергией 9,71 МэВ со временем жизни 30 секунд. Эта активность не наблюдалась при повторных попытках непосредственного синтеза этого изотопа. Однако, в одном случае при синтезе 293Lv была измерена цепочка распада, начинающаяся с испускания альфа-частицы с энергией 9,63 МэВ и временем жизни 2,7 минуты. Все последующие распады были очень похожи на наблюдаемые для 289Fl, что позволяет предположить, что начальный распад был пропущен. Это убедительно указывает на то, что активность следует отнести к изомерному уровню. Отсутствие активности в недавних экспериментах свидетельствует о том, что выход изомера составляет около 20% по сравнению с предполагаемым основным состоянием, и что наблюдение в первом эксперименте было случайным (или не таким, как показывает история вопроса). Для разрешения этих вопросов необходимы дальнейшие исследования. Возможно, эти распады связаны с 290Fl, поскольку энергии пучка в этих ранних экспериментах были установлены достаточно низкими, чтобы сделать канал 2n правдоподобным. Это предположение требует постулирования необнаруженного захвата электронов ядром 290Nh, поскольку в противном случае было бы трудно объяснить длительные периоды полураспада дочерних ядер 290Fl до спонтанного деления, если бы все они были чет-чет. Это позволяет предположить, что ранее считавшиеся изомерными ядра 289mFl, 285mCn, 281mDs и 277mHs на самом деле являются 290Nh (захват электронов ядром 290Fl был пропущен, поскольку современные детекторы недостаточно чувствительны к этому типу распада), 286Rg, 282Mt и спонтанно делящееся 278Bh, создавая одни из самых нейтроноизбыточных сверхтяжелых изотопов, известных на сегодняшний день: это хорошо согласуется с систематической тенденцией увеличения периода полураспада при добавлении нейтронов к сверхтяжелым ядрам в направлении линии бета-стабильности, вблизи которой и должна завершаться эта цепочка распада. В таком случае, ядро-родитель ливермория можно отнести к 294Lv, которое будет иметь наибольшее число нейтронов (178) среди всех известных ядер, но все эти предположения требуют дальнейшего подтверждения посредством экспериментов, направленных на достижение канала 2n в реакциях 244Pu+48Ca и 248Cm+48Ca.
Добыча изотопов
В таблицах ниже представлены сечения и энергии возбуждения для реакций синтеза, непосредственно приводящих к образованию изотопов флеровия. Данные, выделенные жирным шрифтом, соответствуют максимумам, полученным на основе измерений функции возбуждения. Знак + обозначает наблюдаемый выходной канал.
Холодный синтез
Проектная цель CN1n2n3n76Ge208Pb284Fl < 1.2 пб
Горячий синтез
Целевой объектCN2n3n4n5n48Ca242Pu290Fl0.5 пб, 32.5 МэВ3.6 пб, 40.0 МэВ4.5 пб, 40.0 МэВ<1.4 пб, 45.0 МэВ48Ca244Pu292Fl 1.7 пб, 40.0 МэВ5.3 пб, 40.0 МэВ1.1 пб, 52.0 МэВ