Изотопы ливермория: синтез и распад ядер с атомным номером 116

Введение

Нуклиды с атомным номером 116, но с разными массовыми числами

Ливерморий (116Lv) — искусственный элемент, поэтому стандартный атомный вес не приводится. Как и все искусственные элементы, он не имеет стабильных изотопов. Первым синтезированным изотопом был 293Lv в 2000 году. Известно пять радиоизотопов с массовыми числами 288 и от 290 до 293, а также имеются некоторые указания на возможность существования более тяжелого изотопа 294Lv. Самый долгоживущий известный изотоп — 293Lv с периодом полураспада 70 мс.

208Pb{82Se,xn) 290−xLv

В 1995 году команда GSI предприняла попытку синтеза 290Lv как продукта радиационного захвата (x=0). В ходе шестинедельного эксперимента не было зарегистрировано ни одного атома, что позволило установить верхний предел для эффективного сечения реакции в 3 пб.

Горячий синтез

В данном разделе рассматривается синтез ядер ливермория 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, обуславливает относительно высокую эффективность этих реакций.

238U ((54Cr,xn) 292−xLv (x=4)

Есть отдельные признаки того, что эта реакция была предпринята группой GSI в 2006 году. Опубликованных результатов об исходе нет, что, вероятно, указывает на то, что атомы не были зарегистрированы. Это согласуется с данными систематики поперечных сечений для мишеней из 238U. В 2023 году эта реакция была вновь исследована на Фабрике сверхтяжелых элементов Объединенного института ядерных исследований в Дубне в рамках подготовки к будущей попытке синтеза элемента 120 с использованием пучков 54Cr. Был зарегистрирован один атом 288Lv, который подвергся альфа-распаду с периодом полураспада менее 1 миллисекунды. В настоящее время проводится дальнейший анализ реакции и ее поперечного сечения.

248Cm{\displaystyle 48Ca,xn}296−xLv (x=2,3,4,5?)

Первая попытка синтезировать ливерморий была предпринята в 1977 году Кеном Хьюлетом и его командой в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL). Им не удалось обнаружить ни одного атома ливермория. Юрий Оганесян и его команда в Лаборатории ядерных реакций имени Флерова (FLNR) впоследствии попытались провести реакцию в 1978 году, но не достигли успеха. В 1985 году в совместном эксперименте, проведенном учеными из Беркли и командой Питера Армбрустера в GSI, результат снова оказался отрицательным, с расчетным пределом поперечного сечения 10–100 пб. В 2000 году российским ученым в Дубне наконец удалось обнаружить единственный атом ливермория, отнесенный к изотопу 292Lv. В 2001 году они повторили реакцию и сформировали еще 2 атома, подтвердив тем самым свой первоначальный эксперимент. Третий атом был предварительно отнесен к 293Lv на основе пропущенного альфа-распада родительского ядра. В апреле 2004 года команда повторила эксперимент при более высокой энергии и смогла обнаружить новую цепь распада, отнесенную к 292Lv. На этой основе исходные данные были пересмотрены и отнесены к 293Lv. Таким образом, предварительная цепь распада, возможно, связана с редкой ветвью распада этого изотопа или его изомером, 293mLv; учитывая возможность переотнесения дочернего ядра к 290Fl вместо 289Fl, она также может соответствовать 294Lv, хотя все эти отнесения являются предварительными и требуют подтверждения в будущих экспериментах, направленных на изучение 2n-канала. В этой реакции было обнаружено два дополнительных атома 293Lv. В 2007 году в эксперименте GSI SHIP, помимо четырех цепей распада 292Lv и одной цепи 293Lv, была зарегистрирована еще одна цепь, первоначально не идентифицированная, но впоследствии определенная как 291Lv. Однако неясно, образовалась ли она в результате реакции 248Cm(48Ca,5n) или в результате реакции с более легким изотопом курия (присутствующим в мишени в виде примеси), например, 246Cm(48Ca,3n). В эксперименте, проведенном в GSI в июне-июле 2010 года, ученые обнаружили шесть атомов ливермория: два атома 293Lv и четыре атома 292Lv. Им удалось подтвердить как данные о распадах, так и поперечные сечения для реакции синтеза. В 2016 году в эксперименте, проведенном в RIKEN с целью изучения реакции 48Ca+248Cm, был зарегистрирован один атом, который, возможно, соответствует 294Lv, распадающемуся альфа-частицей на 290Fl и 286Cn, подвергшемуся спонтанному делению; однако первый альфа-распад нуклида ливермория был пропущен.

The first attempt to synthesise livermorium was performed in 1977 by Ken Hulet and his team at the Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). They were unable to detect any atoms of livermorium. Yuri Oganessian and his team at the Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) subsequently attempted the reaction in 1978 and met failure. In 1985, a joint experiment between Berkeley and Peter Armbruster's team at GSI, the result was again negative with a calculated cross section limit of 10–100 pb. In 2000, Russian scientists at Dubna finally succeeded in detecting a single atom of livermorium, assigned to the isotope 292Lv. In 2001, they repeated the reaction and formed a further 2 atoms in a confirmation of their discovery experiment. A third atom was tentatively assigned to 293Lv on the basis of a missed parental alpha decay. In April 2004, the team ran the experiment again at higher energy and were able to detect a new decay chain, assigned to 292Lv. On this basis, the original data were reassigned to 293Lv. The tentative chain is therefore possibly associated with a rare decay branch of this isotope or an isomer, 293mLv; given the possible reassignment of its daughter to 290Fl instead of 289Fl, it could also conceivably be 294Lv, although all these assignments are tentative and need confirmation in future experiments aimed at the 2n channel. In this reaction, two additional atoms of 293Lv were detected. In 2007, in a GSI SHIP experiment, besides four 292Lv chains and one 293Lv chain, another chain was observed, initially not assigned but later shown to be 291Lv. However, it is unclear whether it comes from the 248Cm(48Ca,5n) reaction or from a reaction with a lighter curium isotope (present in the target as an admixture), such as 246Cm(48Ca,3n). In an experiment run at the GSI during June–July 2010, scientists detected six atoms of livermorium; two atoms of 293Lv and four atoms of 292Lv. They were able to confirm both the decay data and cross sections for the fusion reaction. A 2016 experiment at RIKEN aimed at studying the 48Ca+248Cm reaction seemingly detected one atom that may be assigned to 294Lv alpha decaying to 290Fl and 286Cn, which underwent spontaneous fission; however, the first alpha from the livermorium nuclide produced was missed.

245Cm(48Ca,xn) 293−xLv (x=2,3)

Для содействия в определении массовых чисел изотопов ливермория, в марте–мае 2003 года команда из Дубны обстреляла мишень из 245Cm ионами 48Ca. Им удалось наблюдать два новых изотопа, отнесённых к 291Lv и 290Lv. Этот эксперимент был успешно повторён в феврале–марте 2005 года, в результате чего было создано 10 атомов с идентичными данными о распаде, как и в эксперименте 2003 года.

Как продукт распада

Ливерморий также наблюдается в цепи распада оганессона. В октябре 2006 года было объявлено об обнаружении трёх атомов оганессона в результате бомбардировки калифорния-249 ионами кальция-48, которые затем быстро распадались с образованием ливермория.

289 Лв

В 1999 году исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли объявили о синтезе 293Og (см. оганессон) в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Утверждалось, что изотоп 289Lv распадается посредством альфа-излучения с энергией 11,63 МэВ и периодом полураспада 0,64 мс. В следующем году они опубликовали опровержение после того, как другим исследователям не удалось воспроизвести результаты. В июне 2002 года директор лаборатории заявил, что первоначальное заявление об открытии этих двух элементов было основано на сфабрикованных данных, предоставленных ведущим автором Виктором Ниновым. В связи с этим данный изотоп ливермория в настоящее время не известен.