ラザホージウムの同位体

ラザホージウム の同位体（104 Rf）
主な同位体[1]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
261m無線シンセ1.2分α257いいえ
263 RFシンセ15分SF–
265 RFシンセ1.3分[2]SF–
267 RFシンセ48分[3]SF–

ラザホージウム（104 Rf）は合成元素であるため、安定同位体は存在しません。標準的な原子量を与えることはできません。最初に合成された同位体は、 1966年の259 Rfか、1969年の257 Rfです。252 Rfから270 Rfまでの17種類の放射性同位体（このうち266 Rf、268 Rf、270 Rfの3種類は未確認）といくつかの異性体が知られています。最も長寿命の同位体は半減期が48分の267 Rfで、最も長寿命の異性体は半減期が74秒の261m Rfです。

同位体のリスト


核種
[n 1]		Z北同位体質量 （Da）[4] [n 2] [n 3]
半減期[1]
[n 4]		減衰
モード[1]
[n 5]		娘
同位体
スピンと
パリティ[1]
[n 6] [n 4]
励起エネルギー[n 4]
252 Rf [5]10414860+90
−30 ns		SF（様々な）0歳以上
252m電波[5]13+4
−3 μs		SF（≤90%）（様々な）（6歳以上）
IT（≥10%）252 RF
253 Rf [6]104149253.10053(44)#9.9(12)ミリ秒SF（83％）（様々な）（1/2以上）
α（17％）249いいえ
253m1 Rf [n 7]200(150)# keV52.8(44)μs [6]SF（様々な）（7/2+）
253m2無線LAN [6]1020 keV以上660+400
−180 μs		それ253m1無線周波数
254 RF104150254.10006(30)#22.9(10)μsSF（様々な）0歳以上
254m1無線周波数1300(200)# keV4.3(7) μsそれ254 RF8−#
254m2無線LAN2000(500)# keV247(73)μsそれ254m1無線周波数16歳以上
255 Rf [7]104151255.10127(19)#1.69(3)秒SF（50.9％）（様々な）（9月2日〜）
α（49.1％）251いいえ
β + (<6%)255リットル
255m1無線周波数150 keV50(17)μsそれ255 RF（5/2+）
255m2無線LAN1103 keV29+7
−5 μs		それ255 RF（19/2+）
255m3無線周波数1303 keV49+13
−10 μs		それ255 RF（25/2+）
256 RF104152256.101151(19)6.60(5)ミリ秒SF（99.69％）（様々な）0歳以上
α（0.31％）252いいえ
256m1無線周波数1120(100)# keV25(2) μsそれ256 RF4−#
256m2無線LAN1400(100)# keV17(2) μsそれ256m1無線周波数8−#
256m3無線周波数2400(200)# keV27(5) μsそれ256m2無線LAN
257 RF104153257.102917(12)6.2+1.2
−1.0 s [8]		α（89.3％）253いいえ（1/2以上）
β + (9.4%)257m全長
SF（1.3％）（様々な）
257m1 RF [8]74 keV4.37(5)秒α（80.54％）253いいえ（11/2−）
IT（14.2％）257 RF
β + (4.86%)257リットル
SF（0.4％）（様々な）
257m2無線LAN1155(11) keV106(6) μsそれ257m1無線周波数21/2+#
258 RF104154258.103430(17)12.5(5)ミリ秒SF（95.1％）（様々な）0歳以上
α（4.9％）254いいえ
258m1無線周波数1200(300)# keV2.4+2.4
−0.8 MS
[3.4(17)ミリ秒]		それ258 RF
258m2無線LAN1500(500)# keV15(10)μsそれ258m1無線周波数
259 RF104155259.10560(8)#2.63(26)秒α（85％）255いいえ3/2+#
β + (15%)259リットル
260 RF104156260.10644(22)#21(1) ミリ秒SF（様々な）0歳以上
α（<20％）[9]256いいえ
261 RF104157261.10877(7)2.1(2) sSF（82％）（様々な）3/2+#
α（18％）257いいえ
261m Rf [n 7]70(100)# keV74(5) sα257いいえ11/2−#
262 RF104158262.10992(24)#210+128
−58 MS
[250（100）ミリ秒]		SF（様々な）0歳以上
262メートルRF1000(400)# keV47(5) ミリ秒SF（様々な）(8−,9−)#
263 RF104159263.11246(16)#11(3)分SF（様々な）3/2+#
263m Rf [n 8]5.1+4.6
−1.7 s [10]		SF（様々な）1/2#
265 Rf [n 9]104161265.11668(39)#1.3+0.8
−0.3 分[2]		SF（様々な）9/2+#
266 Rf [n 10] [n 11]104162266.11824(44)#23秒# [11] [12]SF（様々な）0歳以上
267 Rf [n 12]104163267.12179(62)#48+23
−12 分[3]		SF（様々な）13/2−#
268 Rf [n 10] [n 13]104164268.12397(71)#1.4秒# [12] [13]SF（様々な）0歳以上
270 Rf [14] [n 10] [n 14]10416620ミリ秒# [12] [15]SF（様々な）0歳以上
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ m Rf – 励起核異性体。
  2. ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
  3. ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
  4. ^ abc # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
  5. ^ 崩壊のモード:
    SF：自発核分裂
  6. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数を持つスピンを示します。
  7. ^ ab 基底状態と異性体の順序は不明です。
  8. ^ 直接合成されず、271 Hsの崩壊系列中に生じる
  9. ^ 直接合成されず、285 Flの崩壊系列で発生する
  10. ^ abc この同位体の発見は未確認である
  11. ^直接合成されず、 282 Nhの崩壊系列中に生じる
  12. ^直接合成されず、 287 Flの崩壊系列中に発生する
  13. ^直接合成されず、 288 Mcの崩壊系列中に生じる
  14. ^直接合成されず、 294 Tsの崩壊系列中に生じる

元素合成

ラザホージウムのような超重元素は、粒子加速器でより軽い元素を照射し、核融合反応を誘発することによって生成されます。ラザホージウムの同位体のほとんどはこの方法で直接合成できますが、より重い同位体の中には、より大きな原子番号の元素の崩壊生成物としてのみ観測されているものもあります。[16]

前者は、関与するエネルギーに応じて「ホット」と「コールド」に分けられます。ホット核融合反応では、非常に軽く高エネルギーの入射粒子が非常に重い標的（アクチニド）に向かって加速され、高い励起エネルギー（約40～50 MeV ）を持つ複合核が生成されます 。これらの核は核分裂するか、複数（3～5個）の中性子を蒸発させる可能性があります。[16]コールド核融合反応では、生成された核融合核の励起エネルギーは比較的低く（約10～20 MeV）、これらの生成物が核分裂反応を起こす確率は低くなります。核融合核が基底状態まで冷却されると、1～2個の中性子しか放出されなくなり、より中性子豊富な生成物が生成されます。[17]後者は、室温で達成されると主張されている核融合（コールド核融合を参照）とは異なる概念です。[18]

高温核融合研究

ラザホーディウムの合成は、1964年にドゥブナの研究チームによって、ネオン-22の発射体とプルトニウム-242の標的との高温核融合反応を利用して初めて試みられました。

242
94Pu +22
10ね→264−x
104Rf + 3 または 5 n。

最初の研究では、半減期が0.3秒の自発核分裂の証拠と、8秒の自発核分裂の証拠が得られました。前者の観察結果は最終的に撤回されましたが、後者は最終的に259 Rf同位体と関連付けられました。[19] 1966年、ソ連チームは揮発性塩化物生成物の化学的研究を用いて実験を繰り返しました。彼らは、自発核分裂によって急速に崩壊するエカハフニウム特性を持つ揮発性塩化物を特定しました。これはRfCl 4の形成の強力な証拠となり、半減期は正確に測定されませんでしたが、後の証拠から、生成物はおそらく259 Rfであることが示唆されました。チームはその後数年間にわたって数回実験を繰り返し、1971年に同位体の自発核分裂半減期を4.5秒に修正しました。[19]

1969年、アルバート・ギオルソ率いるカリフォルニア大学の研究者たちは、ドゥブナで報告された当初の結果を確認しようと試みました。キュリウム-248と酸素-16の反応において、彼らはソビエトチームの結果を裏付けることはできませんでしたが、半減期が10～30ミリ秒と非常に短いラドン-260の自発核分裂を観測することに成功しました。

248
96センチメートル+16
8お→260
104Rf + 4 n。

1970年、アメリカの研究チームは酸素18を用いた同じ反応も研究し、半減期が65秒（後に75秒に修正）のラドン261を特定した。 [20] [21]その後、カリフォルニア州ローレンス・バークレー国立研究所で行われた実験では、ラドン262の短寿命異性体（半減期47ミリ秒で自発核分裂を起こす）の形成も明らかになり、[22]長寿命の自発核分裂活動は暫定的にラドン263に割り当てられた。[23]

同位体257 Rfと259 Rfの発見に使用された実験装置の図

ギオルソチームもカリホルニウム249と炭素13の反応を調査し、短寿命の258Rf（11ミリ秒で自発核分裂を起こす）の生成を示唆した。[24]

249
98Cf +13
6C →258
104Rf + 4 n。

代わりに炭素12を使ってこれらの結果を確認しようとして、彼らは257 Rfからの最初のアルファ崩壊も観測した。[24]

バークリウム-249と窒素-14の反応は1977年にドゥブナで初めて研究され、1985年には研究者らが28ミリ秒で自発核分裂を起こす260 Rf同位体の形成を確認した。 [19]

249
97バック+14
7北→260
104Rf + 3 n。

1996年にLBNLでプルトニウム244とネオン22の融合により同位体262Rfが観測されました。

244
94Pu +22
10ね→266−x
104Rf + 4 または 5 n。

研究チームは、以前の報告である47ミリ秒とは対照的に、半減期を2.1秒と決定し、2つの半減期は262 Rfの異なる異性体状態に起因する可能性があると示唆した。[25]ドゥブナの研究チームによる同じ反応の研究により、2000年に261 Rfからのアルファ崩壊と261m Rfの自発核分裂が観測された。[26]

ウランターゲットを使用した高温核融合反応は、2000 年にドゥブナで初めて報告されました。

238
92上+26
12マグネシウム→264−x
104Rf + x n (x = 3, 4, 5, 6)。

彼らは260 Rfと259 Rfの崩壊を観測し、後に259 Rfの崩壊も観測した。2006年には、高温核融合反応におけるウラン標的の研究プログラムの一環として、LBNLのチームは261 Rfの崩壊も観測した。[26] [27] [28]

常温核融合研究

元素番号104を使った最初の冷核融合実験は、1974年にドゥブナで、軽いチタン50の核を使って鉛208同位体をターゲットにして行われた。

208
82鉛+50
22ティ→258−x
104Rf + x n (x = 1、2、または 3)。

自発核分裂活性の測定は256 Rfに割り当てられましたが[29] 、その後、核融合研究機構（GSI）で行われた研究では、 257 Rfと255 Rfの同位体の崩壊特性も測定されました[30] [31] 。

1974年、ドゥブナの研究者たちは鉛207とチタン50の反応を調査し、同位体255 Rfを生成した。[32] 1994年にGSIで行われた鉛206同位体を用いた研究では、254 Rfだけでなく255 Rfも検出された。その年、代わりに鉛204が使用された際には、同様に253 Rfも検出された。[31]

崩壊研究

原子質量262未満の同位体のほとんどは、より大きな原子番号を持つ元素の崩壊生成物としても観測されており、これにより、以前に測定された特性の精密化が可能になっています。ラザホージウムのより重い同位体は、崩壊生成物としてのみ観測されています。例えば、2004年以降、ダルムスタチウム-279の崩壊系列において、Rf 267で終結するアルファ崩壊事象がいくつか観測されています。

279
110Ds →275
108Hs + α →271
106Sg + α →267
104Rf + α。

これはさらに自発核分裂を起こし、半減期は約1.3時間でした。[33] [34] [35]

1999年にベルン大学で行われたドブニウム-263同位体の合成に関する研究で、電子捕獲によるラザホージウム-263の生成と一致する事象が明らかになった。ラザホージウム分画が分離され、半減期が約15分と長い自発核分裂事象が複数回観測されたほか、半減期が約10分のアルファ崩壊も観測された。[23] 2010年に発表されたフレロビウム-285の崩壊系列に関する報告では、 5つの連続したアルファ崩壊がラザホージウム-265で終結し、さらに半減期が152秒の自発核分裂を起こすことが示された。[36]

2004年に、モスコビウムの同位体の崩壊系列において、より重い同位体である268 Rfに関するいくつかの実験的証拠が得られました。

288
115マック→284
113Nh + α →280
111Rg + α →276
109Mt + α →272
107Bh + α →268
105Db + α  ? →268
104Rf + ν
e。

しかし、この連鎖の最終段階は不確かだった。ドブニウム268を生成する5つのアルファ崩壊事象を観測した後、長い半減期を持つ自発核分裂事象が観測された。これらの事象が268 Dbの直接的な自発核分裂によるものなのか、それとも268 Dbが長い半減期を持つ電子捕獲事象を引き起こして268 Rfを生成したものなのかは不明である。後者が生成され、短い半減期で崩壊した場合、この2つの可能性を区別することはできない。[37] 268 Dbの電子捕獲が検出できないことを考えると、これらの自発核分裂事象は268 Rfによるものである可能性があり、その場合、この同位体の半減期を推定することはできない。[13] [38]同様のメカニズムが、270 Db（ 294 Tsの崩壊系列で、2010年に初めて合成された）の短寿命娘核種として、さらに重い同位体270 Rfの形成にも提案されており、その後、自発核分裂を起こす：[14]

294
117Ts →290
115Mc + α →286
113Nh + α →282
111Rg + α →278
109Mt + α →274
107Bh + α →270
105Db + α  ? →270
104Rf + ν
e。

2007年のニホニウム合成に関する報告によると、同位体282 Nhが同様の崩壊を起こして266 Dbを形成することが2回観測されている。1回は半減期22分の自発核分裂を起こした。266 Dbの電子捕獲は検出できないため、これらの自発核分裂は266 Rfによるものである可能性があり、その場合、この同位体の半減期は推定できない。もう1回は自発核分裂は観測されなかった。これは、この現象が見逃されたか、あるいは266 Dbがさらに2回アルファ崩壊して長寿命の258 Mdとなり、半減期（51.5日）が実験時間全体よりも長くなった可能性が考えられる。[11] [39]

同位体発見の年表

既知のラザホージウム同位体の概要
アイソトープ人生の半分参照減衰モード発見年発見反応
252 RF60ナノ秒[5]SF2024204 Pb( 50 Ti,2n)
252m無線13マイクロ秒[5]2024204 Pb( 50 Ti,2n)
253 RF13ミリ秒[1]SF、α1997204 Pb( 50 Ti,n) [31]
253メートルRF52μs[1]SF1995204 Pb( 50 Ti,n) [31]
254 RF22.9マイクロ秒[1]SF1997206 Pb( 50 Ti,2n) [31]
254m1無線周波数4.3μs[1]それ2015
254m2無線LAN247マイクロ秒[1]それ2015
255 RF1.63秒[1]α、SF1975207 Pb( 50 Ti,2n) [32]
255m1無線周波数43μs[1]それ2015
255m2無線LAN16μs[1]それ2020
255m3無線周波数41μs[1]それ2020
256 RF6.60ミリ秒[1]SF、α1975208 Pb( 50 Ti,2n) [32]
256m1無線周波数25μs[1]それ2009
256m2無線LAN17μs[1]それ2009
256m3無線周波数27μs[1]それ2009
257 RF5.0秒[1]α、β +、SF1969249 Cf( 12 C,4n) [24]
257m1無線周波数4.5秒[1]α、β +1997249 Cf( 12 C,4n) [31]
257m2無線LAN106μs[1]それ2009
258 RF12.5ミリ秒[1]SF、α1969249 Cf( 13 C,4n) [24]
258m1無線周波数3.4ミリ秒[1]それ2016258 Db( e−
、ν
e）[40]
258m2無線LAN15μs[1]2016258 Db( e−
、ν
e）[40]
259 RF2.63秒[1]α、β +1969249 Cf( 13 C,3n) [24]
260 RF21ミリ秒[1]SF1985248 Cm( 16 O,4n) [19]
261 RF2.1秒[1]SF、α1970244 Pu( 22 Ne,5n) [41]
261m無線74秒[1]α1970248 Cm( 18 O,5n) [20]
262 RF250ミリ秒[1]SF1985244 Pu( 22 Ne,4n) [25]
262メートルRF47ミリ秒[1]SF1978244 Pu( 22 Ne,4n)、
248 Cm( 18 O,4n) [42]
263 RF11分[1]SF2003263 Db( e−
、ν
e）[23]
263メートルRF8秒[43]SF2008263 Db( e−
、ν
e）
265 RF1.1分[3]SF2010269 Sg(—,α) [36]
266 RF23秒ですか？[44]SF2007年ですか？266 Db( e−
、ν
e）？[11]
267 RF48分[3]SF2004271 Sg(—,α) [33]
268 RF1.4秒？[44]SF2004年ですか？268 Db( e−
、ν
e）？[45] [46]
270 RF20ミリ秒？[44]SF2010年ですか？270 Db( e−
、ν
e）？[47]


核異性体

2007年にGSIのヘスバーガーらが報告した研究から、現在提案されている257 Rf g,mの崩壊準位スキーム[48]

263 Rfの合成に関する初期の研究では、この核種は主に自発核分裂によって崩壊し、半減期は10～20分であることが示唆されています。最近では、ハッシウム同位体の研究により、より短い半減期8秒で崩壊する263 Rfの原子の合成が可能になりました。これらの2つの異なる崩壊様式は、2つの異性体状態に関連付けられているはずですが、観測された事象数が少ないため、具体的な帰属は困難です。[23]

244 Pu( 22 Ne,5n) 261 Rf反応を利用したラザホージウム同位体の合成研究において、生成物は8.28 MeVのアルファ崩壊を起こし、半減期は78秒であることが判明しました。その後、GSIで行われたコペルニシウム同位体とハッシウム同位体の合成研究では、相反するデータが得られました。崩壊系列で生成された261 Rfは、半減期が4秒の8.52 MeVのアルファ崩壊を起こすことが判明したのです。その後の研究では、主に核分裂分岐が示唆されました。これらの矛盾により、コペルニシウムの発見に疑問が生じました。現在、最初の異性体は261m Rf、2番目の異性体は261 Rfと表記されています。これは、最初の原子核が高スピン準安定状態に属し、後者が低スピン基底状態に属すると考えられているためです。[41]この261Rfの分析は、1996年のコペルニシウムの発見の証拠となった。[49]

208 Pb( 50 Ti,n) 257 Rf反応を用いた257 Rf核生成の詳細な分光学的研究により、257 Rfの異性体準位が同定されました。この研究により、257g Rfは15本のα線を含む複雑なスペクトルを持つことが確認されました。両異性体の準位構造図が計算されました。[50] 256 Rfについても同様の異性体が報告されています。[51]

同位体の化学収量

常温核融合

下の表は、ラザホージウム同位体を直接生成する常温核融合反応の断面積と励起エネルギーを示しています。太字のデータは励起関数の測定から得られた最大値を表しています。+は観測された出口チャネルを表しています。

発射物ターゲットCN1n2n3n
50ティ208鉛258 RF38.0 nb、17.0 MeV12.3 nb、21.5 MeV660 pb、29.0 MeV
50ティ207鉛257 RF4.8 不明
50ティ206鉛256 RF800 pb、21.5 MeV2.4 nb、21.5 MeV
50ティ204鉛254 RF190 pb、15.6 MeV
48ティ208鉛256 RF380 pb、17.0 MeV

熱核融合

下の表は、ラザホージウム同位体を直接生成する高温核融合反応の断面積と励起エネルギーを示しています。太字のデータは励起関数の測定から得られた最大値を表しています。+は観測された出射チャネルを表しています。

発射物ターゲットCN3n4n5n
26mg​238ウ264 RF240 ペソ1.1 注記
22ネ244プソム266 RF+4.0 いいえ
18歳248センチメートル266 RF+13.0 いいえ

参考文献

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