Изотопи на дармштатиумот

Дармштатиум (<sub>110</sub> Ds) — вештачки елемент и затоа не може да се даде стандардна атомска тежина. Како и сите вештачки елементи, нема стабилни изотопи. Првиот изотоп кој бил синтетизиран бил <sup>269</sup>Ds во 1994 година. Постојат 11 познати радиоизотопи од <sup>267</sup>Ds до <sup>281</sup>Ds (со многу празнини) и 2 или 3 познати изомери. Најдолговечниот изотоп е <sup>281</sup>Ds со полураспад од 14 секунди. Сепак, непотврдените <sup>282</sup>Ds може да имаат уште подолг полураспад од 67 секунди.
1 Список на изотопи
<sup>267</sup>Ds, 110, 157, 267.14373(22)#, 10(8) μs[], α, <sup>263</sup>Hs, 3/2+#
<sup>269</sup>Ds, 110, 159, 269.14475(3), 230(110) μs[], α, <sup>265</sup>Hs
<sup>270</sup>Ds, 110, 160, 270.14459(4), α, <sup>266</sup>Hs, 0+
<sup>270m</sup>Ds, 1390(60) keV, [], α (70%), <sup>266</sup>Hs, 10−#
ИП (30%), <sup>270</sup>Ds
<sup>271</sup>Ds, 110, 161, 271.14595(10)#, 144(53) ms, SF (75%), (различен)
α (25%), <sup>267</sup>Hs
<sup>271m</sup>Ds, 68(27) keV, 1.7(4) ms[], α, <sup>267</sup>Hs
<sup>273</sup>Ds, 110, 163, 273.14846(15)#, 240(100) μs[], α, <sup>269</sup>Hs
<sup>273m</sup>Ds, 198(20) keV, 120 ms, α, <sup>269</sup>Hs
<sup>275</sup>Ds, 110, 165, 275.15209(37)#, α, <sup>271</sup>Hs, 3/2#
<sup>276</sup>Ds, 110, 166, 276.15302(59)#, SF (57%), (различен), 0+
α (43%), <sup>272</sup>Hs
<sup>277</sup>Ds, 110, 167, 277.15576(42)#, [], α, <sup>273</sup>Hs
<sup>279</sup>Ds, 110, 169, 279.15998(65)#, <ref, СЦ (87%)<ref, (различен)
α (13%), <sup>275</sup>Hs
<sup>280</sup>Ds, 110, 170, 280.16138(80)#, , СЦ, (различен), 0+
<sup>281</sup>Ds, 110, 171, 281.16455(53)#, 14(3) s, СЦ (90%), (различен)
α (10%), <sup>277</sup>Hs
<sup>281m</sup>Ds, 80(240)# keV, 0.9(7) ms[], α, <sup>277</sup>Hs
<sup>282</sup>Ds, 110, 172, 282.16617(32)#, 4.2(33) min[], α, <sup>278</sup>Hs, 0+
2 Изотопи и јадрени својства
2.1 Нуклеосинтеза
Супертешките елементи како што е дармаштатиумот се произведуваат со бомбардирање на полесни елементи во забрзувачите на честички кои предизвикуваат јадрено соединување. Со оглед на тоа што повеќето од изотопите на дармаштатиумот 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 делат на „топли“ 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 цепење или да испари 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 реакции на 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.
Табелата подолу содржи различни комбинации на цели и проектили кои би можеле да се користат за да се формираат сложени јадра со ''Z'' = 110.
2.2.1 Ладно соединување
Пред првата успешна синтеза на дармаштатиумот во 1994 година од страна на тимот на Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ), научниците од ЦИТЈ исто така направиле обид да синтетизираат дармаштатиум со бомбардирање на олово-208 со никел-64 во 1985 година. Не биле идентификувани атоми на дармаштатиум. По надградбата на нивните капацитети, тимот на ЦИТЈ успешно открил 9 атоми од <sup>271</sup>Ds во два циклуса на нивниот експеримент за откривање во 1994 година. Оваа реакција била успешно повторена во 2000 година од ЦИТЈ (4 атоми), во 2000 и 2004 од Националната лабораторија Лоренс Беркли (НЛЛБ) (вкупно 9 атоми) и во 2002 година од РИКЕН (14 атоми). Тимот на ЦИТЈ ја проучувал аналогната реакција со никел-62 наместо со никел-64 во 1994 година како дел од нивниот експеримент за откривање. Откриени се три атоми од <sup>269</sup>Ds. Бил измерен четвртиот синџир на распаѓање, но потоа бил повлечен.
Покрај официјалните реакции на откритието, во октомври-ноември 2000 година, тимот на Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ), исто така, ја проучувал аналогната реакција користејќи цел на олово-207 со цел да го синтетизира новиот изотоп <sup>270</sup>Ds. Тие успеале да синтетизираат осум атоми од <sup>270</sup>Ds, кои се однесуваат на изомер на основна состојба, <sup>270</sup>Ds и метастабилна состојба со висок спин, <sup>270m</sup>Ds.
Во 1986 година, тим од Заедничкиот институт за јадрени истражувања (ЗИЈИИ) во Дубна, Русија, ја проучувал реакцијата:
: Bi + Co → Ds + n
:
Тие не биле во можност да откријат никакви атоми на дармстадиум. Во 1995 година, тимот на Националната лабораторија Лоренс Беркли (НЛЛБ) објавил дека успеале да детектираат еден атом од <sup>267</sup>Ds користејќи ја оваа реакција. Сепак, неколку распаѓања не биле измерени и потребни се дополнителни истражувања за да се потврди ова откритие.
2.1.2 Топло соединување
Во доцните 1980-ти, тимот на Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ) се обидел да го синтетизира елементот 110 со бомбардирање на цел составена од различни изотопи на ураниум - <sup>233</sup>U, <sup>235</sup>U и <sup>238</sup>U - преку забрзани јони на аргон -40. Не биле откриени атоми; бил пријавен ограничувачки пресек од 21 pb.
Во септември 1994 година, тимот во Дубна открил еден атом од <sup>273</sup>Ds со бомбардирање на целта на плутониум-244 со забрзани јони на сулфур -34.
Експериментите биле направени во 2004 година во Флеровата Лабораторија за јадрени реакции (ФЛЈР) во Дубна, проучувајќи ги карактеристиките на цепење на соединетото јадро <sup>280</sup>Ds, произведено во реакцијата:
:: Th + Ca → Ds* → цепење
Резултатот открил како сложените јадра како што е оваа цепење претежно со исфрлање на волшебен број и двојно волшебни јадра како <sup>132</sup>Sn (''Z'' = 50, ''N'' = 82). Не биле добиени атоми на дармштатиум. Сложеното јадро е лабава комбинација на нуклеони кои сè уште не се наредени во јадрени обвивки. Тој нема внатрешна структура и се држи заедно само со силите на судир помеѓу јадрата на целта и проектилот. Се проценува дека бара околу 10<sup>−14</sup> s за нуклеоните да се распоредат во јадрени обвивки, во тој момент сложеното јадро станува нуклеид, а овој број се користи од Меѓународниот сојуз за чиста и применета хемија како минимален полураспад што треба да го има тврдениот изотоп за да биде препознаен како откриен.
Реакцијата <sup>232</sup>Th+<sup>48</sup> Ca била повторно обид за Флеровата Лабораторија за јадрени реакции (ФЛЈР) во 2022 година; било предвидено дека реакцијата индуцирана од <sup>48</sup>Ca што води до елементот 110 ќе има помал принос од оние што водат до полесни или потешки елементи. Пријавени се седум атоми од <sup>276</sup>Ds, со животниот век кој се движи помеѓу и ; четири распаднати со спонтано цепење и три распаднати преку двоен алфа-процес до <sup>272</sup>Hs и спонтано расцепување <sup>268</sup>Sg. Максималниот пријавен пресек за производство на <sup>276</sup>Ds било околу 0,7 pb и била постигната граница на чувствителност по ред пониска. Овој пријавен пресек е помал од оној на сите реакции кои користат <sup>48</sup>Ca како проектил, со исклучок на <sup>249</sup>Cf + <sup>48</sup>Ca, и дополнително го поддржува постоењето на волшебни броеви во ''Z'' = 108, ''N'' = 162 и ''Z'' = 114, ''N'' = 184. Во 2023 година, тимот на Заедничкиот институт за јадрени истражувања ја повторил оваа реакција со поголема енергија на зракот и исто така пронајдел <sup>275</sup>Ds. Тие имаат намера дополнително да ја проучат реакцијата за пребарување на <sup>274</sup>Ds. ФЛЈР исто така успешно синтетизирала <sup>273</sup>Ds во реакцијата <sup>238</sup> U+ <sup>40</sup>Ar.
2.1.3 Распаден производ
+Список на изотопи на дармштатиум забележани со распаѓање, Остатоци од испарување, Набљудуван изотоп на дармштатиум
<sup>277</sup> Cn, <sup>273</sup> Ds <ref>
<sup>285</sup> Fl, <sup>281</sup> Cn, <sup>277</sup> Ds <ref>
<sup>291</sup> Lv, <sup>287</sup> Fl, <sup>283</sup> Cn, <sup>279</sup> Ds <ref>
<sup>288</sup> Fl, <sup>284</sup> Cn, <sup>280</sup> Ds
<sup>288</sup> Mc, <sup>284</sup> Nh, <sup>280</sup> Rg ?, <sup>280</sup> Ds ?
<sup>293</sup> Lv, <sup>289</sup> Fl, <sup>285</sup> Cn, <sup>281</sup> Ds
<sup>290</sup> Fl, <sup>286</sup> Cn ?, <sup>282</sup> Ds ?
Дармштатиумот е забележан како распаден производ на копернициум. Копернициумот моментално има седум познати изотопи, од кои пет се покажаче дека имаат алфа-распад во дармаштатиум, со масовни броеви 273, 277 и 279-281. До денес, сите овие <sup>273</sup>D се произведени единствено со распаѓање на копернициум. Родителските јадра на копернициум можат самите да бидат распадни производи на флеровиум или ливермориум. Дармштатиумот, исто така, може да е произведен во распаѓањето на електронски зафат на јадрата на ренген, кои и самите се ќерки на нихониум и московиум. На пример, во 2004 година, тимот на Дубна ( ЗИЈИ) го идентификувал дармштатиум-281 како распаден производ на ливермориумпреку алфа секвенца на распаѓање:: → +
: → +
: → +
2.1.4 Повлечени изотопи
;<sup>280</sup>Ds
Првата синтеза на елементот 114 резултирала со два атома доделени на <sup>288</sup>Fl, распаѓајќи на <sup>280</sup>Ds, кои претрпеле спонтано цепење. Доделувањето подоцна било променето на <sup>289</sup>Fl и изотопот на дармштатиумот на <sup>281</sup>Ds. Оттука, <sup>280</sup>Ds останале непознати до 2016 година, кога било населено со досега непознатото алфа распаѓање од <sup>284</sup>Cn (порано, за тоа јадро било познато само дека претрпело спонтано цепење). Откривањето на <sup>280</sup>D во овој синџир на распаѓање било потврдено во 2021 година; се подложува на спонтано цепење со полураспад од 360 μs.
;<sup>277</sup>Ds
Во тврдената синтеза на <sup>293</sup>Og во 1999 година, изотопот <sup>277</sup>Ds бил идентификуван како распаѓање за 10,18 MeV алфа емисија со полураспад од 3,0 ms. Ова тврдење било повлечено во 2001 година. Овој изотоп конечно бил создаден во 2010 година и неговите податоци за распаѓање ја поддржале изработката на претходните податоци.
;<sup>273m</sup>Ds
Во синтезата на <sup>277</sup>Cn во 1996 година од страна на Центарот за истражување на тешки јони (ЦИТЈ) (види копернициум), еден синџир на распаѓање продолжил преку <sup>273</sup>Ds, кој се распаѓал со емисија од 9,73 MeV алфа честичка со животен век од 170 ms. Ова би било доделено на изомерно ниво. Овој податок не може да се потврди и затоа овој изотоп моментално е непознат или непотврден.
;<sup>272</sup>Ds
Во првиот обид да се синтетизира дармштатиум, 10 ms активноста на спонтаното цепење било доделено на <sup>272</sup>Ds во реакцијата <sup>232</sup>Th (<sup>44</sup>Ca,4n). Со оглед на сегашното разбирање за стабилноста, овој изотоп е повлечен од табелата на изотопи.
2.1.5 Јадрен изомеризам
;<sup>281</sup>Ds
Производството на <sup>281</sup>Ds со распаѓање на <sup>289</sup>Fl или <sup>293</sup>Lv произведува два многу различни начини на распаѓање. Најчестиот и лесно потврден режим е спонтано цепење со полураспад од 11 секунди. Многу поредок и сè уште непотврден режим е алфа распаѓањето со емисија на алфа честичка со енергија 8,77 MeV со забележан полураспад од околу 3,7 минути. Ова распаѓање е поврзано со единствена патека на распаѓање од матичните нуклиди и мора да биде доделена на изомерно ниво. Полураспадот сугерира дека мора да биде доделен на изомерна состојба, но потребни се дополнителни истражувања за да се потврдат овие извештаи. Во 2016 година било предложено дека оваа непозната активност може да се должи на <sup>282</sup>Mt, правнука на <sup>290</sup>Fl преку електронски зафат и две последователни алфа-распади.
;<sup>271</sup>Ds
Податоците за распаѓање од директната синтеза на <sup>271</sup>Ds јасно укажуваат на присуство на два јадрени изомери. Првиот емитира алфа честички со енергии 10,74 и 10,69 MeV и има полураспад од 1,63 ms. Другиот испушта само алфа честички со енергија од 10,71 MeV и има полураспад од 69 ms. Првиот е доделен на основната состојба, а вториот на изомерно ниво. Се претпоставува дека блискоста на енергиите на алфа-радпади покажува дека изомерното ниво може да се распадне првенствено со одложен изомерски премин кон основната состојба, што резултира со идентична измерена алфа енергија и комбиниран полураспад за двата процеси.;<sup>270</sup>Ds
Директното производство на <sup>270</sup>Ds јасно идентификувало два јадрени изомери. Основната состојба се распаѓа со алфа емисија во основна состојба од <sup>266</sup>Hs со емитување на алфа честичка со енергија 11,03 MeV и има полураспад од 0,10 ms. Метастабилната состојба се распаѓа со алфа емисија, емитувајќи алфа честички со енергија од 12,15, 11,15 и 10,95 MeV, и има полураспад од 6 ms. Кога метастабилната состојба емитира алфа честичка со енергија 12.15 MeV, се распаѓа во основна состојба од <sup>266</sup>Hs, што покажува дека има 1,12 MeV вишок енергија.
2.2 Хемиски приноси на изотопи
2.2.1 Ладно соединување
Табелата подолу дава пресеци и енергии на возбуда за реакции на ладно соединување кои директно произведуваат изотопи на дармштатиум. Податоците со задебелени букви претставуваат максимални изведени од мерењата на функцијата на возбудување. + претставува набљудуван излезен канал.
Проектил, Цел, CN, 1n, 2n, 3n
<sup>62</sup> Ni, <sup>208</sup> Pb, <sup>270</sup> Ds, 3.5 pb
<sup>64</sup> Ni, <sup>208</sup> Pb, <sup>272</sup> Ds, 15 pb, 9,9 MeV
2.3 Цепење на сложени јадра со Z = 110
Во 2004 година во Флеровата Лабораторија за јадрени реакции (ФЛЈР) во Дубна се изведени експерименти кои ги проучуваат карактеристиките на цепење на соединението јадро <sup>280</sup>Ds. Користената јадрена реакција е <sup>232</sup>Th+<sup>48</sup>Ca. Резултатот открил како јадрата како оваа цепење претежно со исфрлање на јадра со затворена обвивка како <sup>132</sup>Sn (''Z'' = 50, ''N'' = 82).
2.4 Теоретски калкулации
2.4.1 Карактеристики на распаѓање
Теоретската пресметка во моделот на квантно тунелирање ги репродуцира експерименталните податоци за полураспадот на алфа-распад. Исто така, предвидува дека изотопот <sup>294</sup>Ds ќе има полураспад на алфа-распад од редот на 311 години.
2.4.2 Пресеци на остатоци од испарување
Табелата подолу содржи различни комбинации на цели-проектил за кои пресметките обезбедиле проценки за приносите на пресек од различни канали за испарување на неутрони. Даден е каналот со највисок очекуван принос.
DNS = Ди-јадрен систем; σ = пресек
Цел, Проектил, CN, Канал, σ<sub>max</sub>, Модел, Ref
<sup>208</sup>Pb, <sup>64</sup>Ni, <sup>272</sup>Ds, 1n (<sup>271</sup>Ds), 10 pb, DNS, <sup>232</sup>Th, <sup>48</sup>Ca, <sup>280</sup>Ds, 4n (<sup>276</sup>Ds), 0.2 pb, DNS, <sup>230</sup>Th, <sup>48</sup>Ca, <sup>278</sup>Ds, 4n (<sup>274</sup>Ds), 1 pb, DNS, <sup>238</sup>U, <sup>40</sup>Ar, <sup>278</sup>Ds, 4n (<sup>274</sup>Ds), 2 pb, DNS, <sup>244</sup>Pu, <sup>36</sup>S, <sup>280</sup>Ds, 4n (<sup>276</sup>Ds), 0.61 pb, DNS, <sup>248</sup>Cm, <sup>30</sup>Si, <sup>278</sup>Ds, 4n (<sup>274</sup>Ds), 65.32 pb, DNS, <sup>250</sup>Cm, <sup>30</sup>Si, <sup>280</sup>Ds, 4n (<sup>276</sup>Ds), 3.54 pb, DNS,