鎶的同位素

## 圖表

277Cn

112

165

277.16364(15)#

1.1(7) ms0.69(+69−24) ms

α

273Ds

3/2+#

281Cn

112

169

281.16975(42)#

130 ms

α

277Ds

3/2+#

282Cn

112

170

282.1705(7)#

0.8 ms

SF

(various)

0+

α (90%)

279Ds

SF (10%)

(various)

5 min

SF

(various)

284Cn

112

172

284.17416(91)#

97 ms

SF

(various)

0+

285Cn

112

173

285.17712(60)#

29 s

α

281Ds

5/2+#

8.9 min

α

281mDs

## 核合成

諸如鎶等超重元素都是在粒子加速器中用離子轟擊輕元素，誘導核聚變反應而產生的。大部分鎶的同位素可用這種方式直接合成，但一些較重的則只發現於更重元素的衰變產物中。

核聚變反應根據所涉及的能量被分為「熱聚變」和「冷聚變」。在熱核聚變反應中，高能量的輕離子加速撞向質量高的目標體（多數用錒系元素），從而產生高激發能（約40至50 MeV）的複核，並可能釋放3至5個中子。在冷聚變反應中，產生的原子核激發能（約10至20 MeV）相對較低，這降低了發生裂變反應的機率。原子核冷卻到基態時，只釋放一個或兩個中子，因此產物的中子數可較高。此處所說的冷聚變反應有別於在室溫條件下發生的核聚變反應（見冷聚變）。

### 冷聚變

1996年重離子研究所首次進行合成鎶的冷核聚變反應，並報告檢測到兩個277Cn的衰變鏈。

$$\,^{70}_{30}\mathrm{Zn} + \,^{208}_{82}\mathrm{Pb} \, \to \,^{277}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^1_0\mathrm{n} \;$$

2000年，他們撤回了這項發現。在2000年重複進行的反應中，他們又合成了一個鎶原子。他們在2002年試圖測量1n激發能時，因70Zn束失敗而未能取得結果。日本理化學研究所於2004年證實了277Cn的發現。他們進一步發現了兩個277Cn原子，並確認了整個衰變鏈的衰變數據。

277Cn合成成功後，重離子研究所在1997年使用68Zn進行了反應，以研究同位旋（富含中子）對化學產量的影響。

$$\,^{68}_{30}\mathrm{Zn} + \,^{208}_{82}\mathrm{Pb} \, \to \,^{275}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^1_0\mathrm{n} \;$$

科學家發現，用62Ni和64Ni離子合成鐽同位素時能提高產量，因此開啟了這項實驗。由於沒有檢測到275Cn的衰變鏈，所以截面限制在1.2 pb。

1990年，一些初步跡象顯示，用能量為幾個GeV的質子照射鎢目標體後，形成了鎶的同位素。重離子研究所和耶路撒冷大學因此合作研究了下列反應。

$$\,^{184}_{74}\mathrm{W} + \,^{88}_{38}\mathrm{Sr} \, \to \,^{271}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^1_0\mathrm{n} \;$$

他們探測到一些自發裂變活動和12.5 MeV能量的α衰變，並將兩者的源頭指向輻射俘獲產物272Cn或1n蒸發殘留物271Cn。要證實這些結論，需要進行更多的研究。

### 熱聚變

1998年，俄羅斯杜布納Flerov核研究實驗室（FLNR）開始了一個研究項目：使用鈣-48核的熱聚變反應來合成超重元素。1998年3月，他們聲稱已經達到以下反應：

$\,^{238}_{92}\mathrm{U} + \,^{48}_{20}\mathrm{Ca} \, \to \,^{286-x}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^x_0\mathrm{n} \;$ (x=3,4)

新合成的283Cn自發裂變成較輕的核素，半衰期約為5分鐘。

該產物的半衰期足夠長，所以科學家首次開始針對鎶進行化學氣態實驗。2000年，杜布納的Yuri Yukashev重復實驗，但未能證實任何半衰期為5分鐘的自發裂變。2001年重復的實驗中，自發裂變產生的八塊碎片積累於低溫部分，這表明鎶具有類似氡的屬性。不過，現在有些科學家高度懷疑這些結果的由來。為了確認鎶的合成，同一個團隊在2003年1月成功地重復了反應，證實了衰變模式和半衰期。他們還能夠計算出自發裂變活動質量的估值，約為285。這有助證實該同位素的發現。

美國勞倫斯伯克利國家實驗室團隊在2002年進行反應時無法檢測到任何自發裂變，計算的截面限制在1.6 pb。

2003至2004年，杜布納的團隊使用了「杜布納天然氣填充反沖分離器」（DGFRS）重復進行了反應。這一次，283Cn以9.53 MeV進行α衰變，半衰期約為4分鐘。研究人員也在4n通道中觀察到282Cn（釋放出4個中子）。

2003年，德國重離子研究所也參與尋找長度為5分鐘的自發裂變活動。和杜布納團隊的結果相似，他們也能夠在低溫部分探測到七塊自發裂變碎片。然而，這些自發裂變事件之間並無關聯，因此不是鎶原子核直接自發裂變產生的。這使科學家質疑鎶的化學特性是否真的和氡相似。在杜布納團隊公佈283Cn的不同衰變屬性後，重離子研究所團隊在2004年9月重復進行實驗。他們無法檢測到任何自發裂變事件，並計算出檢測一個事件的截面限制，約為1.6 pb。

2005年5月，重離子研究所進行了物理實驗，探測到單個283Cn原子進行了短半衰期的自發裂變，這意味著存在未知的自發裂變分支。然而，杜布納一開始已觀察到數次直接的自發裂變事件，但他們假定沒有探測到母核的α衰變。這些結果表明實際並不存在這個母核的α衰變事件。

2006年，保羅謝爾研究所和Flerov核研究實驗室聯合進行實驗，以研究鎶的化學性質。實驗證實了283Cn的新衰變數據。他們在287Fl的衰變產物中觀測到兩個283Cn原子。實驗表明，鎶具有12族典型的屬性，是化學性質不穩定的金屬。

重離子研究所的小組在2007年1月成功地重現了他們的物理實驗，並檢測到三個283Cn原子，終於確認了283Cn的確是經α衰變和自發裂變的。

長度為5分鐘的自發裂變活動至今尚待證實。它可能源自一種同核異構體：283bCn。其產量收到了具體生產方式的影響。

$$\,^{233}_{92}\mathrm{U} + \,^{48}_{20}\mathrm{Ca} \, \to \,^{281-x}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^x_0\mathrm{n} \;$$

Flerov核研究實驗室小組於2004年研究了這個反應。他們無法檢測到任何鎶原子，計算的截面限制為0.6 pb。該小組認為，這表明中子質量數會影響複核的蒸發殘渣的產量。

### 衰變產物

蒸發殘留｜觀測到的鎶同位素

285Fl｜281Cn

294Og, 290Lv, 286Fl｜282Cn

291Lv, 287Fl｜283Cn

292Lv, 288Fl｜284Cn

293Lv, 289Fl｜285Cn

科學家也曾在鈇的衰變產物中觀察到鎶。鈇目前有五種已知的同位素，全都會經α衰變成為鎶原子，質量數介乎281至285。其中質量數281、284和285的鎶同位素迄今只出現在鈇的衰變產物中。鈇本身也是鉝或鿫的衰變產物。至今已知的其他元素都不會衰變成鎶。

例如，2006年5月，杜布納小組（聯合核研究所）確定282Cn是鿫的α衰變鏈的最終產物。該產物經過自發裂變成為較輕的核素。

$$\,^{294}_{118}\mathrm{Og} \, \to \,^{290}_{116}\mathrm{Lv} + \; ^{4}_{2}\mathrm{He} \;$$

$$\,^{290}_{116}\mathrm{Lv} \, \to \,^{286}_{114}\mathrm{Fl} + \; ^{4}_{2}\mathrm{He} \;$$

$$\,^{286}_{114}\mathrm{Fl} \, \to \,^{282}_{112}\mathrm{Cn} + \; ^{4}_{2}\mathrm{He} \;$$

於1999年科學家聲稱合成了293Og，報告指出281Cn以10.68MeV能量進行α衰變，半衰期為0.9毫秒。報告在2001年遭撤回。281Cn終於在2010年被合成，其衰變特性不符合此前的數據。

## 參考文獻

- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties，Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.

## 基本資料

- infobox_name：copernicium
- 貨幣符號：Cn
- 日語原文：鎶