El flerovio ( 114 Fl) es un elemento sintético y, por tanto, no se puede dar un peso atómico estándar . Como todo elemento sintético, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó fue el 289 Fl en 1999 (o posiblemente 1998). Flerovium tiene seis isótopos conocidos, junto con el 290 Fl no confirmado, y posiblemente dos isómeros nucleares . El isótopo de vida más larga es el 289 Fl con una vida media de 1,9 segundos, pero el 290 Fl puede tener una vida media más larga de 19 segundos.
La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles que podrían usarse para formar núcleos compuestos con un número atómico de 114.
Esta sección trata de la síntesis de núcleos de flerovium mediante las llamadas reacciones de fusión "fría". Estos son procesos que crean núcleos compuestos con baja energía de excitación (~10-20 MeV, por lo tanto "fríos"), lo que conduce a una mayor probabilidad de supervivencia de la fisión. El núcleo excitado luego decae al estado fundamental mediante la emisión de uno o dos neutrones únicamente.
El primer intento de sintetizar flerovium en reacciones de fusión fría se realizó en el Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), Francia, en 2003. No se detectaron átomos, lo que proporcionó un límite de rendimiento de 1,2 pb. El equipo de RIKEN ha indicado planes para estudiar esta reacción.
Esta sección trata de la síntesis de núcleos de flerovium mediante las llamadas reacciones de fusión "calientes". Estos son procesos que crean núcleos compuestos con alta energía de excitación (~40-50 MeV, por lo tanto "calientes"), lo que lleva a una probabilidad reducida de supervivencia de la fisión. Luego, el núcleo excitado decae al estado fundamental mediante la emisión de 3 a 5 neutrones. Las reacciones de fusión que utilizan núcleos de 48 Ca suelen producir núcleos compuestos con energías de excitación intermedias (~30–35 MeV) y, a veces, se denominan reacciones de fusión "cálidas". Esto conduce, en parte, a rendimientos relativamente altos de estas reacciones.
Uno de los primeros intentos de síntesis de elementos superpesados fue realizado por Albert Ghiorso et al. y Stan Thompson et al. en 1968 en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley utilizando esta reacción. No se identificaron eventos atribuibles a núcleos superpesados; esto se esperaba ya que el núcleo compuesto 288 Fl (con N = 174) está diez neutrones por debajo de la capa cerrada predicha en N = 184. [12] Este primer intento fallido de síntesis proporcionó indicaciones tempranas de los límites de sección transversal y vida media de Núcleos superpesados producibles en reacciones de fusión en caliente. [11]
Los primeros experimentos sobre la síntesis de flerovium los realizó el equipo en Dubna en noviembre de 1998. Pudieron detectar una única y larga cadena de desintegración, asignada a289
Florida . [13] La reacción se repitió en 1999 y se detectaron otros dos átomos de flerovium. Los productos fueron asignados a288
Florida . [14] El equipo estudió más a fondo la reacción en 2002. Durante la medición de las funciones de excitación de evaporación de neutrones 3n, 4n y 5n, pudieron detectar tres átomos de289
Fl , doce átomos del nuevo isótopo288
Fl , y un átomo del nuevo isótopo 287 Fl. Con base en estos resultados, el primer átomo detectado fue tentativamente reasignado a290
Fl o 289m Fl, mientras que los dos átomos siguientes fueron reasignados a289
Fl y por tanto pertenecen al experimento de descubrimiento no oficial. [15] En un intento de estudiar la química del copernicio como isótopo285
Cn , esta reacción se repitió en abril de 2007. Sorprendentemente, un PSI-FLNR detectó directamente dos átomos de288
Fl forma la base para los primeros estudios químicos de flerovium.
En junio de 2008, se repitió el experimento para evaluar más a fondo la química del elemento utilizando el289
Isótopo Fl . Se detectó un solo átomo que parece confirmar las propiedades del elemento similares a las de un gas noble.
Durante mayo-julio de 2009, el equipo de GSI estudió esta reacción por primera vez, como un primer paso hacia la síntesis de tennessina . El equipo pudo confirmar los datos de síntesis y desintegración de288
Florida y289
Fl , produciendo nueve átomos del primer isótopo y cuatro átomos del segundo. [16] [17]
El equipo de Dubna estudió por primera vez esta reacción en marzo-abril de 1999 y detectó dos átomos de flerovium, asignados a 287 Fl. [18] La reacción se repitió en septiembre de 2003 para intentar confirmar los datos de desintegración de 287 Fl y 283 Cn, ya que se habían recopilado datos contradictorios para 283 Cn (ver copernicio ). Los científicos rusos pudieron medir los datos de desintegración de 288 Fl, 287 Fl y el nuevo isótopo 286 Fl a partir de la medición de las funciones de excitación 2n, 3n y 4n. [19] [20]
En abril de 2006, una colaboración entre PSI y FLNR utilizó la reacción para determinar las primeras propiedades químicas del copernicio produciendo 283 Cn como producto excedente. En un experimento confirmatorio realizado en abril de 2007, el equipo pudo detectar 287 Fl directamente y, por tanto, medir algunos datos iniciales sobre las propiedades químicas atómicas del flerovium.
El equipo de Berkeley, utilizando el separador lleno de gas (BGS) de Berkeley, continuó sus estudios utilizando materiales recién adquiridos.242
Pu se dirige al intento de síntesis de flerovium en enero de 2009 utilizando la reacción anterior. En septiembre de 2009, informaron que habían logrado detectar dos átomos de flerovium, como287
Florida y286
Fl , lo que confirma las propiedades de descomposición informadas en el FLNR, aunque las secciones transversales medidas fueron ligeramente inferiores; sin embargo, las estadísticas fueron de menor calidad. [21]
En abril de 2009, la colaboración del Instituto Paul Scherrer (PSI) y el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares (FLNR) de JINR llevó a cabo otro estudio de la química del flerovium utilizando esta reacción. Se detectó un solo átomo de 283 Cn.
En diciembre de 2010, el equipo del LBNL anunció la síntesis de un único átomo del nuevo isótopo 285 Fl con la consiguiente observación de 5 nuevos isótopos de elementos hijos.
El FLNR tenía planes de estudiar los isótopos ligeros de flerovio, formados en la reacción entre 239 Pu o 240 Pu y 48 Ca: en particular, se esperaba que los productos de desintegración de 283 Fl y 284 Fl llenaran el vacío entre los isótopos del más ligero. elementos superpesados formados por fusión en frío con objetivos de 208 Pb y 209 Bi y los formados por fusión en caliente con proyectiles de 48 Ca. Estas reacciones se estudiaron en 2015. Se encontró un nuevo isótopo en las reacciones de 240 Pu ( 48 Ca,4n) y 239 Pu ( 48 Ca,3n), el 284 Fl, de fisión rápida y espontánea, lo que da una demarcación clara de la región pobre en neutrones. borde de la isla de la estabilidad. También se produjeron tres átomos de 285 Fl. [22] El equipo de Dubna repitió su investigación de la reacción de 240 Pu+ 48 Ca en 2017, observando tres nuevas cadenas de desintegración consistentes de 285 Fl, una cadena de desintegración adicional de este nucleido que puede pasar por algunos estados isoméricos en sus hijas, una cadena que podría asignarse a 287 Fl (probablemente debido a impurezas de 242 Pu en el objetivo) y algunos eventos de fisión espontánea, algunos de los cuales podrían ser de 284 Fl, aunque también son posibles otras interpretaciones que incluyen reacciones secundarias que involucran la evaporación de partículas cargadas. [23]
La mayoría de los isótopos de flerovium también se han observado en las cadenas de desintegración delivermorium y oganesson .
En la síntesis reivindicada de 293 Og en 1999, se identificó que el isótopo 285 Fl se desintegraba mediante una emisión alfa de 11,35 MeV con una vida media de 0,58 ms. La afirmación fue retractada en 2001. Este isótopo finalmente se creó en 2010 y sus propiedades de desintegración respaldaron la fabricación de los datos de desintegración publicados anteriormente.
Entre 2000 y 2004 se realizaron varios experimentos en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna estudiando las características de fisión del núcleo compuesto 292 Fl. La reacción nuclear utilizada es 244 Pu+ 48 Ca. Los resultados han revelado cómo núcleos como este se fisionan predominantemente expulsando núcleos de capa cerrada como 132 Sn ( Z = 50, N = 82). También se descubrió que el rendimiento de la vía de fusión-fisión era similar entre los proyectiles de 48 Ca y 58 Fe, lo que indica un posible uso futuro de proyectiles de 58 Fe en la formación de elementos superpesados. [27]
En la primera síntesis reivindicada de flerovium, un isótopo asignado como 289 Fl se desintegró emitiendo una partícula alfa de 9,71 MeV con una vida útil de 30 segundos. Esta actividad no se observó en repeticiones de la síntesis directa de este isótopo. Sin embargo, en un solo caso de la síntesis de 293 Lv, se midió una cadena de desintegración a partir de la emisión de una partícula alfa de 9,63 MeV con una vida útil de 2,7 minutos. Todas las desintegraciones posteriores fueron muy similares a las observadas en 289 Fl, suponiendo que se pasó por alto la desintegración principal. Esto sugiere fuertemente que la actividad debería asignarse a un nivel isomérico. La ausencia de actividad en experimentos recientes indica que el rendimiento del isómero es ~20% en comparación con el supuesto estado fundamental y que la observación en el primer experimento fue afortunada (o no, como indica la historia del caso). Se requiere más investigación para resolver estos problemas.
Es posible que estas desintegraciones se deban al 290 Fl, ya que las energías del haz en estos primeros experimentos se establecieron bastante bajas, lo suficientemente bajas como para hacer plausible el canal 2n. Esta asignación requiere la postulación de una captura de electrones no detectada en 290 Nh, porque de otro modo sería difícil explicar las largas vidas medias de las hijas de 290 Fl en la fisión espontánea si todas son pares. Esto sugeriría que los antiguos isoméricos 289m Fl, 285m Cn, 281m Ds y 277m Hs son en realidad 290 Nh ( se ha perdido la captura de electrones de 290 Fl, ya que los detectores de corriente no son sensibles a este modo de desintegración), 286 Rg, 282 Mt, y el 278 Bh que se fisionó espontáneamente, creando algunos de los isótopos superpesados más ricos en neutrones conocidos hasta la fecha: esto encaja bien con la tendencia sistemática de aumentar la vida media a medida que se añaden neutrones a los núcleos superpesados hacia la línea de estabilidad beta, lo que esta cadena terminaría muy cerca de. El padre delivermorium podría entonces asignarse a 294 Lv, que tendría el mayor número de neutrones (178) de todos los núcleos conocidos, pero todas estas asignaciones necesitan mayor confirmación mediante experimentos destinados a alcanzar el canal 2n en 244 Pu+, 48 Ca y 248 Cm+. 48 reacciones de Ca. [6]
De manera similar a los del 289 Fl, los primeros experimentos con un objetivo de 242 Pu identificaron un isótopo 287 Fl que se desintegra mediante la emisión de una partícula alfa de 10,29 MeV con una vida útil de 5,5 segundos. La hija fisionó espontáneamente una vida de acuerdo con la síntesis anterior de 283 Cn. Ambas actividades no se han observado desde entonces (ver copernicio ). Sin embargo, la correlación sugiere que los resultados no son aleatorios y son posibles debido a la formación de isómeros cuyo rendimiento depende obviamente de los métodos de producción. Se requiere más investigación para desentrañar estas discrepancias. También es posible que esta actividad se deba a la captura de electrones de un residuo de 287 Fl y en realidad provenga de 287 Nh y su hija 283 Rg. [5]
Las siguientes tablas proporcionan secciones transversales y energías de excitación para reacciones de fusión que producen isótopos de flerovium directamente. Los datos en negrita representan máximos derivados de mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.
La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles para los cuales los cálculos han proporcionado estimaciones de los rendimientos de la sección transversal de varios canales de evaporación de neutrones. Se da el canal con el mayor rendimiento esperado.
MD = multidimensional; DNS = Sistema dinuclear; σ = sección transversal
La estimación teórica de las vidas medias de desintegración alfa de los isótopos del flerovium respalda los datos experimentales. [33] [34] Se predice que el isótopo 298 Fl que sobrevivió a la fisión tendrá una vida media de desintegración alfa de alrededor de 17 días. [35] [36]
Según la teoría macroscópica-microscópica (MM), Z = 114 podría ser el próximo número mágico esférico . [37] [38] En la región de Z = 114, la teoría MM indica que N = 184 es el siguiente número mágico de neutrones esféricos y presenta el núcleo 298 Fl como un fuerte candidato para el próximo núcleo esférico doblemente mágico , después de 208 Pb. ( Z = 82, N = 126). Se considera que 298 Fl está en el centro de una hipotética " isla de estabilidad " que comprende núcleos superpesados de vida más larga. Sin embargo, otros cálculos que utilizan la teoría del campo medio relativista (RMF) proponen Z = 120, 122 y 126 como números mágicos de protones alternativos, dependiendo del conjunto de parámetros elegido, y algunos omiten por completo Z = 114 o N = 184. [37] [38] También es posible que, en lugar de un pico en una capa de protones específica, exista una meseta de efectos de la capa de protones de Z = 114-126.
Se predice que la isla de estabilidad cerca de 298 Fl mejorará la estabilidad de sus núcleos constituyentes, especialmente contra la fisión espontánea como consecuencia de mayores alturas de barrera de fisión cerca del cierre de la capa. [37] [39] Debido a las altas barreras de fisión esperadas, cualquier núcleo dentro de esta isla de estabilidad se desintegrará exclusivamente por emisión alfa y, como tal, el núcleo con la vida media más larga puede ser 298 Fl; Las predicciones para la vida media de este núcleo varían desde minutos hasta miles de millones de años. [40] Es posible, sin embargo, que el núcleo más longevo no sea el 298 Fl, sino el 297 Fl (con N = 183) que tenga una vida media más larga debido al neutrón desapareado. [41] Otros cálculos sugieren que la estabilidad alcanza su punto máximo en los isótopos beta estables de darmstadtio o copernicio en las proximidades de N = 184 (con vidas medias de varios cientos de años), con flerovium en el límite superior de la región de estabilidad. [39] [42]
Si bien la evidencia de capas de neutrones cerradas puede considerarse directamente a partir de la variación sistemática de los valores de Q α para las transiciones de estado fundamental a estado fundamental, la evidencia de capas de protones cerradas proviene de vidas medias de fisión espontánea (parcial). En ocasiones, estos datos pueden resultar difíciles de extraer debido a las bajas tasas de producción y a la débil ramificación del SF. En el caso de Z=114, la evidencia del efecto de esta capa cerrada propuesta proviene de la comparación entre los pares de núcleos 282 Cn (T SF 1/2 = 0,8 ms) y 286 Fl (T SF 1/2 = 130 ms). , y 284 Cn (T SF = 97 ms) y 288 Fl (T SF > 800 ms). Más evidencia vendría de la medición de las vidas medias SF parciales de núcleos con Z > 114, como 290 Lv y 292 Og (ambos N = 174 isótonos ). La extracción de efectos Z = 114 se complica por la presencia de un efecto dominante N = 184 en esta región.
La síntesis directa del núcleo 298 Fl mediante una vía de fusión-evaporación es imposible con la tecnología actual, ya que no se puede utilizar ninguna combinación de proyectiles y objetivos disponibles para poblar los núcleos con suficientes neutrones para estar dentro de la isla de estabilidad , y haces radiactivos (como como 44 S) no se puede producir con intensidades suficientes para hacer factible un experimento. [42]
Se ha sugerido que un isótopo rico en neutrones puede formarse mediante la cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. Dichos núcleos tienden a fisionarse con la formación de isótopos cercanos a las capas cerradas Z = 20/ N = 20 ( 40 Ca), Z = 50/ N = 82 ( 132 Sn) o Z = 82/ N = 126 ( 208 Pb/ 209 Bi). Las reacciones de transferencia de múltiples núcleos en colisiones de núcleos de actínidos (como el uranio y el curio ) podrían usarse para sintetizar los núcleos superpesados ricos en neutrones ubicados en la isla de estabilidad, especialmente si hay fuertes efectos de capa en la región de Z = 114. [ 42] [43] Si esto es realmente posible, una de esas reacciones podría ser: [44]