Изотопи на радерфордиумот

Радрефордиумот (<sub>104</sub>Rf) — вештачки елемент поради кое нема стабилни изотопи. Не може да се даде стандардна атомска тежина. Првиот изотоп кој бил синтетизиран бил или <sup>259</sup> Rf во 1966 година или <sup>257</sup>Rf во 1969 година. Постојат 17 познати радиоизотопи од <sup>252</sup>Rf до <sup>270</sup>Rf (од кои три, <sup>266</sup>Rf, <sup>268</sup>Rf и <sup>270</sup>Rf, се непотврдени) и неколку изомери. Најдолговечниот изотоп е <sup>267</sup>Rf со полраспад од 48 минути, а најдолготрајниот изомер е <sup>263m</sup>Rf со полураспад од 8 секунди.
1 Список на изотопи
<sup>252</sup>Rf<ref, 104, 148, СЦ, (различен), 0+
<sup>252m</sup>Rf<ref, СЦ (≤90%), (различен), (6+)
IT (≥10%), <sup>252</sup>Rf
<sup>253</sup>Rf, 104, 149, 253.10044(44)#, 9.9(12) ms, СЦ (83%), (различен), (1/2+)
α (17%), <sup>249</sup>No
<sup>253m1</sup>Rf, 200(150)# keV, 52.8(44) μs, СЦ, (различен), (7/2+)
<sup>253m2</sup>Rf, >1020 keV, ИП, <sup>253m1</sup>Rf
<sup>254</sup>Rf, 104, 150, 254.10005(30)#, 23.2(11) μs, СЦ (100%), (различен), 0+
α (<1.5%), <sup>250</sup>No
<sup>254m1</sup>Rf, >1350 keV, 4.7(11) μs, IT, <sup>254</sup>Rf, (8−)
<sup>254m2</sup>Rf, 247(73) μs, IT, <sup>254m1</sup>Rf, (16+)
<sup>255</sup>Rf, 104, 151, 255.10127(12)#, 1.69(3) s, СЦ (50.9%), (различен), (9/2−)
α (49.1%), <sup>251</sup>No
β<sup>+</sup> (<6%), <sup>255</sup>Lr
<sup>255m1</sup>Rf, 150 keV, 50(17) μs, IT, <sup>255</sup>Rf, (5/2+)
<sup>255m2</sup>Rf, 1103 keV, IT, <sup>255</sup>Rf, (19/2+)
<sup>255m3</sup>Rf, 1303 keV, IT, <sup>255</sup>Rf, (25/2+)
<sup>256</sup>Rf, 104, 152, 256.101152(19), 6.67(9) ms, СЦ (99.68%), (различен), 0+
α (0.32%), <sup>252</sup>No
<sup>256m1</sup>Rf, ~1120 keV, 25(2) μs, IT, <sup>256</sup>Rf
<sup>256m2</sup>Rf, ~1400 keV, 17(2) μs, IT, <sup>256m1</sup>Rf
<sup>256m3</sup>Rf, >2200 keV, 27(5) μs, IT, <sup>256m2</sup>Rf
<sup>257</sup>Rf, 104, 153, 257.102917(12), <ref, α (89.3%), <sup>253</sup>No, (1/2+)
β<sup>+</sup> (9.4%), <sup>257m</sup>Lr
СЦ (1.3%), (различен)
<sup>257m1</sup>Rf<ref, 74 keV, 4.37(5) s, α (80.54%), <sup>253</sup>No, (11/2−)
IT (14.2%), <sup>257</sup>Rf
β<sup>+</sup> (4.86%), <sup>257</sup>Lr
СЦ (0.4%), (различен)
<sup>257m2</sup>Rf, ~1125 keV, 134.9(77) μs, IT, <sup>257m1</sup>Rf, (21/2, 23/2)
<sup>258</sup>Rf<ref, 104, 154, 258.10343(3), 12.5(5) ms, СЦ (95.1%), (различен), 0+
α (4.9%), <sup>254</sup>No
<sup>258m1</sup>Rf, 1200(300)# keV, , IT, <sup>258</sup>Rf
<sup>258m2</sup>Rf, 1500(500)# keV, 15(10) μs, IT, <sup>258m1</sup>Rf
<sup>259</sup>Rf<ref, 104, 155, 259.10560(8)#, 2.63(26) s, α (85%), <sup>255</sup>No, 3/2+#
β<sup>+</sup> (15%), <sup>259</sup>Lr
<sup>260</sup>Rf, 104, 156, 260.10644(22)#, 21(1) ms, СЦ, (различен), 0+
α (<20%), <sup>256</sup>No
<sup>261</sup>Rf, 104, 157, 261.10877(5), 75(7) s, α, <sup>257</sup>No, 9/2+#
β<sup>+</sup> (<14%), <sup>261</sup>Lr
СЦ (<11%), (различен)
<sup>261m</sup>Rf, 70(100)# keV, 1.9(4) s, СЦ (73%), (различен), 3/2+#
α (27%), <sup>257</sup>No
<sup>262</sup>Rf, 104, 158, 262.10993(24)#, , СЦ, (различен), 0+
<sup>262m</sup>Rf, 600(400)# keV, 47(5) ms, СЦ, (различен), high
<sup>263</sup>Rf, 104, 159, 263.1125(2)#, 11(3) min, СЦ (77%), (различен), 3/2+#
α (23%), <sup>259</sup>No
<sup>263m</sup>Rf, , СЦ, (различен), 1/2#
<sup>265</sup>Rf, 104, 161, 265.11668(39)#, СЦ, (различен)
<sup>266</sup>Rf, 104, 162, 266.11817(50)#, 23 s#, СЦ, (различен), 0+
<sup>267</sup>Rf, 104, 163, 267.12179(62)#, СЦ, (различен), 13/2−#
<sup>268</sup>Rf, 104, 164, 268.12397(77)#, 1.4 s#, СЦ, (различен), 0+
<sup>270</sup>Rf, 104, 166, 20 ms#, СЦ, (различен), 0+
2 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. 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).
3.2 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 <sup>259</sup>Rf. 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 RfCl<sub>4</sub>, и иако полураспадот не бил точно измерен, подоцнежните докази сугерирале дека производот најверојатно е <sup>259</sup>Rf. 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.
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 <sup>260</sup>Rf 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 <sup>261</sup>Rf 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 <sup>262</sup>Rf (кој се подложува на спонтано цепење со полураспад од 47 ms), и спонтани активности на цепење со долг животен век, привремено доделени на <sup>263</sup>Rf.
Реакцијата на калифорниум -249 со јаглерод-13, исто така, беше испитана од тимот на Гиорсо, кој укажал на формирање на краткотрајниот <sup>258</sup>Rf (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 <sup>257</sup>Rf.
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 <sup>260</sup>Rf кој брзо се подложува на спонтано цепење за 28 ms:
: + → + 3 .
Во 1996 година, изотопот <sup>262</sup>Rf 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 <sup>262</sup>Rf. Проучувањата за истата реакција од страна на тим во Дубна, довеле до набљудување во 2000 година на алфа-распад од <sup>261</sup>Rf и спонтано цепење од <sup>261m</sup>Rf.
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 <sup>260</sup>Rf и <sup>259</sup>Rf, а подоцна и за <sup>259</sup>Rf. Во 2006 година, како дел од нивната програма за проучување на ураниумски цели во реакциите на топло соединување, тимот од НБЛБ, исто така, забележале <sup>261</sup>Rf.
3.1 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 <sup>256</sup>Rf, додека подоцнежните проучувања направени во Институтот за тешки јони (ИТЈ), исто така, ги измериле својствата на распаѓање за изотопите <sup>257</sup>Rf и <sup>255</sup>Rf.
Во 1974 година, истражувачите од Дубна ја истражувале реакцијата на оловото-207 со титан-50 за да се произведе изотоп <sup>255</sup>Rf. Во едно проучување од 1994 година во ИТЈ користејќи го изотопот олово-206, биле откриени <sup>255</sup>Rf како и <sup>254</sup>Rf. <sup>253</sup>Rf бил на сличен начин откриен таа година кога наместо тоа се користело олово-204.
2.3 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 <sup>267</sup>Rf 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 <sup>263</sup>Rf. 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 <sup>265</sup>Rf, што дополнително се подложува на спонтано цепење со полураспад од 152 секунди.
Некои експериментални докази биле добиени во 2004 година за потежок изотоп, <sup>268</sup>Rf, 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 <sup>268</sup>Db, или <sup>268</sup>Db произведени настани за електронски зафат со долг полураспад за да генерираат <sup>268</sup>Rf. 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 <sup>268</sup>Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на <sup>268</sup>Rf, во кој случај не може да се извлече полураспад на овој изотоп. Сличен механизам е предложен за формирање на уште потешкиот изотоп <sup>270</sup>Rf како краткотрајна ќерка од <sup>270</sup>Db (во ланецот на распаѓање од <sup>294</sup>Ts, 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 <sup>282</sup>Nh двапати бил забележан како подложен на слично распаѓање формирајќи <sup>266</sup>Db. Во еден случај ова претрпело спонтано цепење со полураспад од 22 минути. Со оглед на тоа дека електронскиот зафат од <sup>266</sup>Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на <sup>266</sup>Rf, 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 <sup>266</sup>Db можеби претрпел уште две алфа-распади до долготрајни <sup>258</sup>Md, со полраспад (51,5 г) подолго од вкупното време на експериментот.
2.4 Јадрен изомеризам
Неколку рани проучувања за синтезата на <sup>263</sup>Rf 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 <sup>263</sup>Rf 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 <sup>244</sup>Pu(<sup>22</sup>Ne,5n) <sup>261</sup> 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 <sup>261</sup>Rf 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 <sup>261a</sup>Rf (или едноставно <sup>261</sup>Rf), додека вториот е означен <sup>261b</sup>Rf (или <sup>261m</sup>Rf). 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 <sup>261b</sup>Rf обезбедиле доказ за откривањето на копернициум во 1996 година.
Детално спектроскопско проучување за производство на <sup>257</sup>Rf јадра користејќи ја реакцијата <sup>208</sup>Pb( <sup>50</sup> Ti,n) <sup>257</sup> Rf овозможило идентификација на изомерно ниво во <sup>257</sup>Rf. Работата потврдила дека <sup>257g</sup>Rf има комплексен спектар со 15 алфа линии. Бил пресметан дијаграм на структура на нивоа за двата изомери. Слични изомери биле пријавени и за <sup>256</sup>Rf.
3 Хемиски приноси на изотопи
3.1 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
<sup>50</sup> Ti, <sup>208</sup>Pb, <sup>258</sup>Rf, 38.0 nb, 17.0 MeV, 12.3 nb, 21.5 MeV, 660 pb, 29,0 MeV
<sup>50</sup> Ti, <sup>207</sup>Pb, <sup>257</sup>Rf, 4.8 nb
<sup>50</sup> Ti, <sup>206</sup>Pb, <sup>256</sup>Rf, 800 pb, 21.5 MeV, 2.4 nb, 21.5 MeV
<sup>50</sup> Ti, <sup>204</sup>Pb, <sup>254</sup>Rf, 190 pb, 15.6 MeV
<sup>48</sup> Ti, <sup>208</sup>Pb, <sup>256</sup>Rf, 380 pb, 17.0 MeV
3.2 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
<sup>26</sup>Mg, <sup>238</sup>U, <sup>264</sup>Rf, 240 pb, 1.1 nb
<sup>22</sup>Ne, <sup>244</sup>Pu, <sup>266</sup>Rf, +, 4.0 nb
<sup>18</sup>O, <sup>248</sup>Cm, <sup>266</sup>Rf, +, 13.0 nb
4 Наводи
***** Half-life, spin, and isomer data selected from the following sources.
******