Изотопи на радерфордиумот

Радрефордиумот (104Rf) — вештачки елемент поради кое нема стабилни изотопи. Не може да се  даде стандардна атомска тежина. Првиот изотоп кој бил синтетизиран бил или 259 Rf во 1966 година или 257Rf во 1969 година. Постојат 17 познати радиоизотопи од 252Rf до 270Rf (од кои три, 266Rf, 268Rf и 270Rf, се непотврдени) и неколку изомери. Најдолговечниот изотоп е 267Rf со полраспад од 48 минути, а најдолготрајниот изомер е 263mRf со полураспад од 8 секунди.

 Список на изотопи 

|-id=Rutherfordium-252
| 252Rf
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 148
| 
| 
| СЦ
| (различен)
| 0+
|-id=Rutherfordium-252m
| rowspan=2 style="text-indent:1em" | 252mRf
| rowspan=2 colspan=3 style="text-indent:2em" | 
| rowspan=2 | 
| СЦ (≤90%)
| (различен)
| rowspan=2 |(6+)
|-
| IT (≥10%)
| 252Rf
|-id=Rutherfordium-253
| rowspan=2|253Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 149
| rowspan=2|253.10044(44)#
| rowspan=2|9.9(12) ms
| СЦ (83%)
| (различен)
| rowspan=2|(1/2+)
|-
| α (17%)
| 249No
|-id=Rutherfordium-253m1
| style="text-indent:1em" | 253m1Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 200(150)# keV
| 52.8(44) μs
| СЦ
| (различен)
| (7/2+)
|-id=Rutherfordium-253m2
| style="text-indent:1em" | 253m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | >1020 keV
| 
| ИП
| 253m1Rf
| 
|-id=Rutherfordium-254
| rowspan=2|254Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 150
| rowspan=2|254.10005(30)#
| rowspan=2|23.2(11) μs
| СЦ (100%)
| (различен)
| rowspan=2|0+
|-
| α (<1.5%)
| 250No
|-id=Rutherfordium-254m1
| style="text-indent:1em" | 254m1Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | >1350 keV
| 4.7(11) μs
| IT
| 254Rf
| (8−)
|-id=Rutherfordium-254m2
| style="text-indent:1em" | 254m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 
| 247(73) μs
| IT
| 254m1Rf
| (16+)
|-id=Rutherfordium-255
| rowspan=3|255Rf
| rowspan=3 style="text-align:right" | 104
| rowspan=3 style="text-align:right" | 151
| rowspan=3|255.10127(12)#
| rowspan=3|1.69(3) s
| СЦ (50.9%)
| (различен)
| rowspan=3|(9/2−)
|-
| α (49.1%)
| 251No
|-
| β+ (<6%)
| 255Lr
|-id=Rutherfordium-255m1
| style="text-indent:1em" | 255m1Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 150 keV
| 50(17) μs
| IT
| 255Rf
| (5/2+)
|-id=Rutherfordium-255m2
| style="text-indent:1em" | 255m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1103 keV
| 
| IT
| 255Rf
| (19/2+)
|-id=Rutherfordium-255m3
| style="text-indent:1em" | 255m3Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1303 keV
| 
| IT
| 255Rf
| (25/2+)
|-id=Rutherfordium-256
| rowspan=2|256Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 152
| rowspan=2|256.101152(19)
| rowspan=2|6.67(9) ms
| СЦ (99.68%)
| (различен)
| rowspan=2|0+
|-
| α (0.32%)
| 252No
|-id=Rutherfordium-256m1
| style="text-indent:1em" | 256m1Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | ~1120 keV
| 25(2) μs
| IT
| 256Rf
| 
|-id=Rutherfordium-256m2
| style="text-indent:1em" | 256m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | ~1400 keV
| 17(2) μs
| IT
| 256m1Rf
| 
|-id=Rutherfordium-256m3
| style="text-indent:1em" | 256m3Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | >2200 keV
| 27(5) μs
| IT
| 256m2Rf
| 
|-id=Rutherfordium-257
| rowspan=3|257Rf
| rowspan=3 style="text-align:right" | 104
| rowspan=3 style="text-align:right" | 153
| rowspan=3|257.102917(12)AME 2020 atomic mass evaluation
| rowspan=3|
| α (89.3%)
| 253No
| rowspan=3|(1/2+)
|-
| β+ (9.4%)
| 257mLr
|-
| СЦ (1.3%)
| (различен)
|-id=Rutherfordium-257m1
| rowspan=4 style="text-indent:1em" | 257m1Rf
| rowspan=4 colspan="3" style="text-indent:2em" | 74 keV
| rowspan=4|4.37(5) s
| α (80.54%)
| 253No
| rowspan=4|(11/2−)
|-
| IT (14.2%)
| 257Rf
|-
| β+ (4.86%)
| 257Lr
|-
| СЦ (0.4%)
| (различен)
|-id=Rutherfordium-257m2
| style="text-indent:1em" | 257m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | ~1125 keV
| 134.9(77) μs
| IT
| 257m1Rf
| (21/2, 23/2)
|-id=Rutherfordium-258
| rowspan=2|258Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 154
| rowspan=2|258.10343(3)
| rowspan=2|12.5(5) ms
| СЦ (95.1%)
| (различен)
| rowspan=2|0+
|-
| α (4.9%)
| 254No
|-id=Rutherfordium-258m1
| style="text-indent:1em" | 258m1Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1200(300)# keV
| 
| IT
| 258Rf
| 
|-id=Rutherfordium-258m2
| style="text-indent:1em" | 258m2Rf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 1500(500)# keV
| 15(10) μs
| IT
| 258m1Rf
| 
|-id=Rutherfordium-259
| rowspan=2|259Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 155
| rowspan=2|259.10560(8)#
| rowspan=2| 2.63(26) s
| α (85%)
| 255No
| rowspan=2| 3/2+#
|-
| β+ (15%)
| 259Lr
|-id=Rutherfordium-260
| rowspan=2|260Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 156
| rowspan=2|260.10644(22)#
| rowspan=2|21(1) ms
| СЦ
| (различен)
| rowspan=2|0+
|-
| α (<20%)
| 256No
|-id=Rutherfordium-261
| rowspan=3|261Rf
| rowspan=3 style="text-align:right" | 104
| rowspan=3 style="text-align:right" | 157
| rowspan=3|261.10877(5)
| rowspan=3|75(7) s
| α
| 257No
| rowspan=3|9/2+#
|-
| β+ (<14%)
| 261Lr
|-
| СЦ (<11%)
| (различен)
|-id=Rutherfordium-261m
| rowspan=2 style="text-indent:1em" | 261mRf
| rowspan=2 colspan="3" style="text-indent:2em" | 70(100)# keV
| rowspan=2|1.9(4) s
| СЦ (73%)
| (различен)
| rowspan=2|3/2+#
|-
| α (27%)
| 257No
|-id=Rutherfordium-262
| 262Rf
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 158
| 262.10993(24)#
| 
| СЦ
| (различен)
| 0+
|-id=Rutherfordium-262m
| style="text-indent:1em" | 262mRf
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 600(400)# keV
| 47(5) ms
| СЦ
| (различен)
| high
|-id=Rutherfordium-263
| rowspan=2|263Rf
| rowspan=2 style="text-align:right" | 104
| rowspan=2 style="text-align:right" | 159
| rowspan=2|263.1125(2)#
| rowspan=2|11(3) min
| СЦ (77%)
| (различен)
| rowspan=2|3/2+#
|-
| α (23%)
| 259No
|-id=Rutherfordium-263m
| style="text-indent:1em" | 263mRfNot directly synthesized, occurs in decay chain of 271Hs
| colspan="3" style="text-indent:2em" | 
| 
| СЦ
| (различен)
| 1/2#
|-id=Rutherfordium-265
| 265RfNot directly synthesized, occurs in decay chain of 285Fl
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 161
| 265.11668(39)#
| 
| СЦ
| (различен)
| 
|-id=Rutherfordium-266
| 266RfDiscovery of this isotope is unconfirmedNot directly synthesized, occurs in decay chain of 282Nh
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 162
| 266.11817(50)#
| 23 s#
| СЦ
| (различен)
| 0+
|-id=Rutherfordium-267
| 267RfNot directly synthesized, occurs in decay chain of 287Fl
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 163
| 267.12179(62)#
| 
| СЦ
| (различен)
| 13/2−#
|-id=Rutherfordium-268
| 268RfNot directly synthesized, occurs in decay chain of 288Mc
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 164
| 268.12397(77)#
| 1.4 s#
| СЦ
| (различен)
| 0+
|-id=Rutherfordium-270
| 270RfNot directly synthesized, occurs in decay chain of 294Ts
| style="text-align:right" | 104
| style="text-align:right" | 166
|
| 20 ms#
| СЦ
| (различен)
| 0+

 Нуклеосинтеза 
Супер-тешките елементи како што е радерфордиумот се произведуваат со бомбардирање на полесни елементи во забрзувачите на честички што предизвикуваат јадрено соединување. Додека повеќето од изотопи на радерфордиумот може да се синтетизираат директно на овој начин, некои потешки се забележани само како производи на распаѓање на елементи со поголем атомски број.

Во зависност од вклучените енергии, првите се поделени на „жешки“ и „ладни“. Во реакциите на топло соединување, многу лесни проектили со висока енергија се забрзуваат кон многу тешки цели (актиноиди), предизвикувајќи сложени јадра при висока енергија на возбудување (~ 40-50 MeV) што може или да јадрено цепење или да испарување на неколку (3 до 5) неутрони.Barber, Robert C.; Gäggeler, Heinz W.; Karol, Paul J.; Nakahara, Hiromichi; Vardaci, Emanuele; Vogt, Erich (2009).  Во реакциите на ладно соединување, произведените споени јадра имаат релативно ниска енергија на возбудување (~ 10-20 MeV), што ја намалува веројатноста овие производи да подлежат на јадрено цепење. Како што споените јадра се ладат до основната состојба, тие бараат емисија на само еден или два неутрони, и на тој начин овозможува генерирање на повеќе производи богати со неутрони. Вториот е различен концепт од оној каде што се тврди дека јадреното соединување се постигнува во услови на собна температура (погледни ладно соединување).

 Топло соединување 
Синтезата на радерфордиумот првпат била испробана во 1964 година од страна на тимот во Дубна користејќи ја реакцијата на топло соединување на проектили неон -22 со цели плутониум -242:

  +  →  + 3 or 5 .

Првото проучување дало докази за спонтано цепење со 0,3секунди полураспад и уште еден на 8 секунди. Додека првото набљудување на крајот било повлечено, второто на крајот се поврзало со изотопот 259Rf.  Во 1966 година, советскиот тим го повторил експериментот користејќи хемиско проучување на испарливи производи од хлорид. Тие идентификувале испарлив хлорид со својства на ека-хафниум кој брзо се распаѓал преку спонтано цепење. Ова дало силни докази за формирање на RfCl4, и иако полураспадот не бил точно измерен, подоцнежните докази сугерирале дека производот најверојатно е 259Rf. Тимот го повторил експериментот неколку пати во текот на следните неколку години, а во 1971 година го ревидирал полураспад на спонтано цепење за изотопот на 4,5 секунди."Discovery of the transneptunium elements", IUPAC/IUPAP Technical Report, Pure Appl. Chem., Vol. 65, No. 8, pp. 1757-1814,1993. Retrieved on 2008-03-04

Во 1969 година, истражувачите од Универзитетот во Калифорнија, предводени од Алберт Гиорсо, се обиделе да ги потврдат оригиналните резултати пријавени во Дубна. Во реакцијата на куриум -248 со кислород-16, тие не биле во можност да го потврдат резултатот на советскиот тим, но успеале да го набљудуваат спонтаното цепење на 260Rf со многу краток полураспад од 10-30 ms:

  +  →  + 4 .

Во 1970 година, американскиот тим исто така ја проучувал истата реакција со кислород-18 и идентификувал 261Rf со полураспад од 65 секунди (подоцна променето на 75 секунди). Подоцнежните експерименти во Националната лабораторија Лоренс Беркли во Калифорнија, исто така, откриле формирање на краткотраен изомер од 262Rf (кој се подложува на спонтано цепење со полураспад од 47 ms), и спонтани активности на цепење со долг животен век, привремено доделени на 263Rf.
мини|350x350пкс| Дијаграм на експерименталната поставеност користена при откривањето на изотопи 257Rf и 259Rf
Реакцијата на калифорниум -249 со јаглерод-13, исто така, беше испитана од тимот на Гиорсо, кој укажал на формирање на краткотрајниот 258Rf (кој претрпел спонтано цепење во 11 г. ms):

  +  →  + 4 .

Во обидот да ги потврдат овие резултати со користење на јаглерод-12 наместо тоа, тие ги забележале и првите алфа-распади од 257Rf.Ghiorso; et al. (1969). 

Реакцијата на беркелиум -249 со азот -14 за прв пат била проучувана во Дубна во 1977 година, а во 1985 година, тамошните истражувачи го потврдиле формирањето на изотоп 260Rf кој брзо се подложува на спонтано цепење за 28 ms:

  +  →  + 3 .

Во 1996 година, изотопот 262Rf бил забележан во Националната лабораторија Лоренс Беркли (НБЛБ) од соединување на плутониум-244 со неон-22:

  +  →  + 4 or 5 .

Тимот одредил полураспад од 2,1 секунди, за разлика од претходните извештаи за 47 ms и сугерирал дека двата полураспади може да се должат на различни изомерни состојби од 262Rf. Проучувањата за истата реакција од страна на тим во Дубна, довеле до набљудување во 2000 година на алфа-распад од 261Rf и спонтано цепење од 261mRf.

Реакцијата на топло соединување со употреба на ураниумска цел за прв пат била пријавена во Дубна во 2000 година:

  +  →  + x  (x = 3, 4, 5, 6).

Тие забележале распаѓање од 260Rf и 259Rf, а подоцна и за 259Rf. Во 2006 година, како дел од нивната програма за проучување на ураниумски цели во реакциите на топло соединување, тимот од НБЛБ, исто така, забележале 261Rf.

 Ладно соединување 
Првите експерименти со ладно соединување со елементот 104 биле направени во 1974 година во Дубна, со користење на лесни јадра на титан-50 насочени кон цели на изотоп олово-208:

  +  →  + x  (x = 1, 2, or 3).

Мерењето на активноста на спонтаното цепење  било доделено на 256Rf, додека подоцнежните проучувања направени во Институтот за тешки јони (ИТЈ), исто така, ги измериле својствата на распаѓање за изотопите 257Rf и 255Rf.
Во 1974 година, истражувачите од Дубна ја истражувале реакцијата на оловото-207 со титан-50 за да се произведе изотоп 255Rf. Во едно проучување од 1994 година во ИТЈ користејќи го изотопот олово-206, биле откриени 255Rf како и 254Rf. 253Rf бил на сличен начин откриен таа година кога наместо тоа се користело олово-204.Heßberger, F. P.; Hofmann, S.; Ninov, V.; Armbruster, P.; Folger, H.; Münzenberg, G.; Schött, H. J.; Popeko, A. K.; Yeremin, A. V.; Andreyev, A. N.; Saro, S. (1997). 

 Распад 
Повеќето изотопи со атомска маса под 262, исто така, забележале како производи на распаѓање на елементи со поголем атомски број, што овозможува префинетост на нивните претходно измерени својства. Потешките изотопи на радерфордиум биле забележани единствено како производи на распаѓање. На пример, неколку настани на алфа-распади кои завршуваат со 267Rf биле забележани во ланецот на распаѓање на дармштатиум -279 од 2004 година:

  →  + α →  +  α →  +  α.

Ова дополнително претрпело спонтано соединување со полураспад од околу 1,3 часа.

Испитувањата за синтезата на изотопот дубниум -263 во 1999 година на Универзитетот во Берн откриле настани кои се во согласност со електронско зафаќање за да се формира 263Rf. Била одвоена фракција на радерфордиум и биле  забележани неколку спонтани настани на цепење со долг полураспад од околу 15 минути, како и алфа-распад со полураспад од околу 10 минути. Извештаите за ланецот на распаѓање на флеровиум -285 во 2010 година покажале пет последователни алфа-распади кои завршуваат со 265Rf, што дополнително се подложува на спонтано цепење со полураспад од 152 секунди.

Некои експериментални докази биле добиени во 2004 година за потежок изотоп, 268Rf, во ланецот на распаѓање на изотоп на московиум:

  →  + α →  + α  →  + α  →  + α  →  + α  ? →  + .

Сепак, последниот чекор во овој ланец останал непознат. По набљудувањето на петте настани на алфа-распаѓање кои генерираат дубниум -268, спонтани настани на цепење биле забележани со долг полураспад. Не е познато дали овие настани се должат на директно спонтано цепење од 268Db, или 268Db произведени настани за електронски зафат со долг полураспад за да генерираат 268Rf. Доколку второто се произведува и се распаѓа со краток полураспад, двете можности не можат да се разликуваат. Со оглед на тоа што електронскиот зафат од 268Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на 268Rf, во кој случај не може да се извлече полураспад на овој изотоп. Сличен механизам е предложен за формирање на уште потешкиот изотоп 270Rf како краткотрајна ќерка од 270Db (во ланецот на распаѓање од 294Ts, за прв пат синтетизиран во 2010 година) кој потоа се подложува на спонтано цепење:

  →  + α →  + α →  + α →  + α →  + α  →  + α  ? →  + .

Според извештајот од 2007 година за синтезата на нихониум, изотопот 282Nh двапати бил забележан како подложен на слично распаѓање формирајќи 266Db. Во еден случај ова претрпело спонтано цепење со полураспад од 22 минути. Со оглед на тоа дека електронскиот зафат од 266Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на 266Rf, во кој случај не може да се извлече полураспадот на овој изотоп. Во другиот случај, не бил забележан спонтан настан на цепење; можело да се пропушти, или 266Db можеби претрпел уште две алфа-распади до долготрајни 258Md, со полраспад (51,5 г) подолго од вкупното време на експериментот.

 Хронологија на откривање на изотопи 

 Јадрен изомеризам 
мини|255x255пкс| Моментално предложен модел на ниво на распаѓање за 257Rf g,m од студиите пријавени во 2007 година од Хесбергер и сор. во Институтот за тешки јони (ИТЈ)
Неколку рани проучувања за синтезата на 263Rf покажале дека овој нуклид се распаѓа првенствено со спонтан распад со полураспад од 10-20 минути. Неодамна, проучувањето на изотопи на хасиум овозможило синтеза на атоми од 263Rf кои се распаѓаат со пократок полураспад од 8 секунди. Овие два различни начини на распаѓање мора да бидат поврзани со две изомерни состојби, но специфичните задачи се тешки поради малиот број на набљудувани настани.

За време на истражувањето на синтезата на изотопи на радерфордиумот користејќи ја реакцијата 244Pu(22Ne,5n) 261 Rf, било откриено дека производот е подложен на ексклузивни алфа-распади 8,28 MeV со полураспад од 78 секунди. Подоцнежните проучувања на ИТЈ за синтезата на изотопи на копернициум и хасиум произвеле спротивставени податоци, бидејќи било откриено дека 261Rf произведен во ланецот на распаѓање е подложен на 8,52 MeV алфа распаѓање со полураспад од 4 секунди. Подоцнежните резултати укажале на доминантна соединувачка гранка. Овие противречности довеле до одредено сомневање за откривањето на копернициум. Првиот изомер моментално се означува 261aRf (или едноставно 261Rf), додека вториот е означен 261bRf (или 261mRf). Сепак, се смета дека првото јадро припаѓа на основна состојба со високо вртење, а второто на метастабилна состојба со низок спин. Откривањето и потврдата на 261bRf обезбедиле доказ за откривањето на копернициум во 1996 година.

Детално спектроскопско проучување за производство на 257Rf јадра користејќи ја реакцијата 208Pb( 50 Ti,n) 257 Rf овозможило идентификација на изомерно ниво во 257Rf. Работата потврдила дека 257gRf има комплексен спектар со 15 алфа линии. Бил пресметан дијаграм на структура на нивоа за двата изомери. Слични изомери биле пријавени и за 256Rf.

 Хемиски приноси на изотопи 

 Ладно соединување 
Табелата подолу дава пресеци и енергии на возбуда за реакции на ладно соединување кои директно произведуваат изотопи на радерфордиум. Податоците со задебелени букви ги претставуваат максимумите добиени од мерењата на функцијата на возбудување. + претставува набљудуван излезен канал.
Проектил Цел CN 1n 2n 3n 50 Ti 208Pb 258Rf 38.0 nb, 17.0 MeV 12.3 nb, 21.5 MeV 660 pb, 29,0 MeV 50 Ti 207Pb 257Rf 4.8 nb 50 Ti 206Pb 256Rf 800 pb, 21.5 MeV 2.4 nb, 21.5 MeV 50 Ti 204Pb 254Rf 190 pb, 15.6 MeV 48 Ti 208Pb 256Rf 380 pb, 17.0 MeV

 Топло соединување 
Табелата подолу дава пресеци и енергии на возбуда за реакции на топло соединување кои директно произведуваат изотопи на радерфордиумот. Податоците со задебелени букви ги претставуваат максималните добиени од мерењата на функцијата на возбудување. + претставува набљудуван излезен канал.
Проектил Цел CN 3n 4n 5n 26Mg 238U 264Rf  240 pb 1.1 nb 22Ne 244Pu 266Rf  + 4.0 nb 18O 248Cm 266Rf  + 13.0 nb
 Наводи 

 Half-life, spin, and isomer data selected from the following sources.

радерфордиумот
Категорија:Радерфордиум