El flerovio ( 114 Fl) es un elemento sintético y, por lo tanto, no se puede proporcionar un peso atómico estándar . Como todos los elementos sintéticos, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó fue el 289 Fl en 1999 (o posiblemente en 1998). El flerovio 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.
En esta sección se estudia la síntesis de núcleos de flerovio mediante las denominadas reacciones de fusión "frías". Se trata de procesos que crean núcleos compuestos a baja energía de excitación (~10–20 MeV, de ahí el nombre de "fríos"), lo que conlleva una mayor probabilidad de supervivencia a la fisión. A continuación, el núcleo excitado se desintegra al estado fundamental mediante la emisión de uno o dos neutrones únicamente.
El primer intento de sintetizar flerovio en reacciones de fusión fría se realizó en el Gran acelerador nacional de iones de 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 que tiene planes de estudiar esta reacción.
Esta sección trata de la síntesis de núcleos de flerovio mediante las llamadas reacciones de fusión "calientes". Se trata de procesos que crean núcleos compuestos a alta energía de excitación (~40–50 MeV, de ahí el nombre de "calientes"), lo que reduce la probabilidad de supervivencia a la fisión. El núcleo excitado se desintegra entonces al estado fundamental mediante la emisión de 3–5 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 las denomina reacciones de fusión "calientes". 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 era de esperar ya que el núcleo compuesto 288 Fl (con N = 174) se queda a diez neutrones de la capa cerrada predicha en N = 184. [13] Este primer intento de síntesis fallido proporcionó indicaciones tempranas de los límites de sección transversal y vida media para núcleos superpesados que se pueden producir en reacciones de fusión en caliente. [12]
Los primeros experimentos sobre la síntesis de flerovio fueron realizados por el equipo en Dubna en noviembre de 1998. Pudieron detectar una única y larga cadena de desintegración, asignada a289
Fl . [14] La reacción se repitió en 1999 y se detectaron otros dos átomos de flerovio. Los productos se asignaron a288
Fl . [15] 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 reasignado tentativamente a290
Fl o 289m Fl, mientras que los dos átomos subsiguientes fueron reasignados a289
Fl y por lo tanto pertenecen al experimento de descubrimiento no oficial. [16] 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 formando la base para los primeros estudios químicos del flerovio.
En junio de 2008, se repitió el experimento para evaluar más a fondo la química del elemento utilizando el289
Isótopo Fl . Se detectó un único átomo que aparentemente confirma las propiedades similares a las de los gases nobles del elemento.
Durante mayo y julio de 2009, el equipo del 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
Fl y289
Fl , produciendo nueve átomos del primer isótopo y cuatro átomos del último. [17] [18]
El equipo de Dubna estudió por primera vez esta reacción en marzo-abril de 1999 y detectó dos átomos de flerovio, asignados al 287 Fl. [19] La reacción se repitió en septiembre de 2003 para intentar confirmar los datos de desintegración del 287 Fl y del 283 Cn, ya que se habían recopilado datos contradictorios para el 283 Cn (véase copernicio ). Los científicos rusos pudieron medir los datos de desintegración del 288 Fl, el 287 Fl y el nuevo isótopo 286 Fl a partir de la medición de las funciones de excitación 2n, 3n y 4n. [20] [21]
En abril de 2006, una colaboración PSI-FLNR utilizó la reacción para determinar las primeras propiedades químicas del copernicio, produciendo 283 Cn como producto excedente. En un experimento de confirmación realizado en abril de 2007, el equipo pudo detectar 287 Fl directamente y, por lo tanto, medir algunos datos iniciales sobre las propiedades químicas atómicas del flerovio.
El equipo de Berkeley, utilizando el separador de gas de Berkeley (BGS), continuó sus estudios utilizando el nuevo material adquirido.242
En enero de 2009, los investigadores intentaron sintetizar flerovio mediante la reacción anterior. En septiembre de 2009, informaron que habían logrado detectar dos átomos de flerovio, como287
Fl y286
Fl , lo que confirma las propiedades de desintegración reportadas en el FLNR, aunque las secciones transversales medidas fueron ligeramente inferiores; sin embargo, las estadísticas fueron de menor calidad. [22]
En abril de 2009, la colaboración del Instituto Paul Scherrer (PSI) y el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares (FLNR) del JINR llevó a cabo otro estudio de la química del flerovio utilizando esta reacción. Se detectó un solo átomo de 283 Cn.
En diciembre de 2010, el equipo del LBNL anunció la síntesis de un solo átomo del nuevo isótopo 285 Fl con la consiguiente observación de cinco nuevos isótopos de elementos hijos.
El FLNR tenía planes de estudiar los isótopos ligeros del 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 de los elementos superpesados más ligeros 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 240 Pu( 48 Ca,4n) y 239 Pu( 48 Ca,3n), el 284 Fl, que se fisiona espontáneamente rápidamente , lo que dio una clara demarcación del borde pobre en neutrones de la isla de estabilidad. También se produjeron tres átomos de 285 Fl. [23] El equipo de Dubna repitió su investigación de la reacción 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 derivada de impurezas de 242 Pu en el objetivo) y algunos eventos de fisión espontánea de los cuales algunos podrían ser de 284 Fl, aunque también son posibles otras interpretaciones que incluyen reacciones secundarias que involucran la evaporación de partículas cargadas. [24]
La mayoría de los isótopos del flerovio también se han observado en las cadenas de desintegración del livermorio y el oganesón .
En la síntesis del 293 Og, que se reivindicó 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 se retractó en 2001. Este isótopo se creó finalmente en 2010 y sus propiedades de desintegración respaldaron la invención de los datos de desintegración publicados anteriormente.
Entre 2000 y 2004 se han realizado varios experimentos en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna para estudiar las características de fisión del núcleo compuesto 292 Fl. La reacción nuclear utilizada es 244 Pu+ 48 Ca. Los resultados han revelado que los núcleos como este se fisionan predominantemente expulsando núcleos de capa cerrada como 132 Sn ( Z = 50, N = 82). También se encontró 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. [28]
En la primera síntesis reivindicada de flerovio, 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 que comenzó con 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 original. Esto sugiere firmemente que la actividad debería asignarse a un nivel isomérico. La ausencia de la actividad en experimentos recientes indica que el rendimiento del isómero es de ~20% en comparación con el supuesto estado fundamental y que la observación en el primer experimento fue afortunada (o no, como indica el historial del caso). Se requieren más investigaciones 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 al 290 Nh, porque de lo contrario sería difícil explicar las largas vidas medias de las hijas del 290 Fl hasta la fisión espontánea si todas son pares-pares. Esto sugeriría que los antiguos isoméricos 289m Fl, 285m Cn, 281m Ds y 277m Hs son en realidad 290 Nh ( no se detectó la captura de electrones de 290 Fl, ya que los detectores actuales no son sensibles a este modo de desintegración), 286 Rg, 282 Mt y el 278 Bh que se fisiona espontáneamente, creando algunos de los isótopos superpesados más ricos en neutrones conocidos hasta la fecha: esto encaja bien con la tendencia sistemática de aumento de la vida media a medida que se añaden neutrones a los núcleos superpesados hacia la línea de estabilidad beta, en la que esta cadena terminaría muy cerca. El progenitor livermorio podría entonces asignarse a 294 Lv, que tendría el número de neutrones más alto (178) de todos los núcleos conocidos, pero todas estas asignaciones necesitan mayor confirmación a través de experimentos destinados a alcanzar el canal 2n en las reacciones 244 Pu+ 48 Ca y 248 Cm+ 48 Ca. [6]
De manera similar a lo que ocurrió con el 289 Fl, los primeros experimentos con un blanco de 242 Pu identificaron un isótopo 287 Fl que se desintegraba mediante la emisión de una partícula alfa de 10,29 MeV con un tiempo de vida de 5,5 segundos. La hija se fisionó espontáneamente con un tiempo de vida acorde con la síntesis previa de 283 Cn. Ambas actividades no se han observado desde entonces (véase copernicium ). 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 requieren más investigaciones para desentrañar estas discrepancias. También es posible que esta actividad se deba a la captura de electrones de un residuo de 287 Fl y que en realidad provenga de 287 Nh y su hija 283 Rg. [5]
Las tablas que aparecen a continuación proporcionan secciones transversales y energías de excitación para reacciones de fusión que producen isótopos de flerovio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las 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 rendimientos de sección transversal de varios canales de evaporación de neutrones. Se indica 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 flerovio respalda los datos experimentales. [34] [35] Se predice que el isótopo 298 Fl que sobrevivió a la fisión tiene una vida media de desintegración alfa de alrededor de 17 días. [36] [37]
Según la teoría macroscópica-microscópica (MM), Z = 114 podría ser el próximo número mágico esférico . [38] [39] En la región de Z = 114, la teoría MM indica que N = 184 es el próximo número mágico de neutrones esféricos y propone al núcleo 298 Fl como un fuerte candidato para el próximo núcleo doblemente mágico esférico , 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. [38] [39] También es posible que en lugar de un pico en una capa de protones específica, exista una meseta de efectos de capa de protones desde 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. [38] [40] 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 de minutos a miles de millones de años. [41] Sin embargo, puede ser posible que el nucleido de vida más larga no sea 298 Fl, sino 297 Fl (con N = 183), con el neutrón desapareado de este último nucleido confiriendo estabilidad adicional. [42] Otros cálculos sugieren que la estabilidad alcanza su punto máximo en los isótopos beta-estables del darmstadtio o el copernicio en las proximidades de N = 184 (con vidas medias de varios cientos de años), con el flerovio en el límite superior de la región de estabilidad. [40] [43]
Si bien la evidencia de capas cerradas de neutrones se puede considerar 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 cerradas de protones proviene de vidas medias de fisión espontánea (parcial). Dichos datos a veces pueden ser difíciles de extraer debido a las bajas tasas de producción y 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). Se podría obtener más evidencia de la medición de las semividas parciales de SF de los núcleos con Z > 114, como 290 Lv y 292 Og (ambos isótonos N = 174 ). La extracción de los efectos Z = 114 se complica por la presencia de un efecto N = 184 dominante 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 no se pueden producir haces radiactivos (como el 44 S) con intensidades suficientes para que un experimento sea factible. [43]
Se ha sugerido que un isótopo rico en neutrones puede formarse por cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. Estos núcleos tienden a fisionarse con la formación de isótopos cerca de 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 nucleones 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. [43] [44] Si esto es realmente posible, una de esas reacciones podría ser: [45]