コペルニシウムの同位体

コペルニシウムを生成する最初の低温核融合反応は、1996年にGSIによって行われ、コペルニシウム277の2つの崩壊系列の検出が報告された。^{[ 11 ]}

²⁰⁸ ₈₂ Pb+ ⁷⁰ ₃₀ Zn→ ²⁷⁷ ₁₁₂ Cn+n

2000年にデータを再検討した結果、最初の崩壊系列は撤回された。2000年に反応を繰り返したところ、さらに原子を合成することができた。2002年に1n励起関数を測定しようとしたが、亜鉛70ビームの故障に見舞われた。コペルニシウム277の非公式な発見は、2004年に理化学研究所で確認された。理化学研究所の研究者らは、同位体のさらに2つの原子を検出し、崩壊系列全体の崩壊データを確認することができた。^{[ 12 ]}この反応は、1971年にロシアのドゥブナにある合同原子核研究所でも、 2nチャネルで^276Cnを生成する試みとして行われたが、成功しなかった。^{[ 13 ]}

^{コペルニシウム277の合成に成功した後、GSIチームは1997年に68Zn}の入射粒子を用いた反応を行い、アイソスピン（中性子過剰度）が化学収率に及ぼす影響を研究した。

²⁰⁸ ₈₂ Pb+ ⁶⁸ ₃₀ Zn→ ^276−x ₁₁₂ Cn+ xn

この実験は、ニッケル62イオンとニッケル64イオンを用いたダルムスタチウム同位体の合成中に収率向上が発見されたことを受けて開始された。コペルニシウム275の崩壊系列は検出されず、断面積の上限は1.2ピコバーン（pb）となった。しかし、亜鉛70反応の収率が0.5 pbに修正されたからといって、この反応の収率が同じである可能性は否定できない。  

1990年、タングステン標的に数GeVの陽子を照射した際にコペルニシウム同位体が生成されるという初期兆候が見られたことを受け、GSIとヘブライ大学が共同で上記の反応を研究した。

¹⁸⁴ ₇₄ W+ ⁸⁸ ₃₈ Sr→ ^272−x ₁₁₂ Cn+ xn

彼らは自発核分裂（SF）活動と12.5  MeVのアルファ崩壊を検出することができたが、どちらも放射性捕獲生成物コペルニシウム272または1n蒸発残留コペルニシウム271に暫定的に帰属させた。TWGとJWPはどちらも、これらの結論を確認するにはさらに多くの研究が必要であると結論付けた。^{[ 8 ]}

1998年、ロシアのドゥブナにあるフレロフ原子核研究所（FLNR）の研究チームは、カルシウム48原子核を用いた「温核融合」反応による超重元素の生成に関する研究プログラムを開始した。1998年3月、彼らは以下の反応で同元素の原子を2個合成したと主張した。

²³⁸ ₉₂ U+ ⁴⁸ ₂₀ Ca→ ^286−x ₁₁₂ Cn+ xn(x=3,4)

 その生成物であるコペルニシウム283は、自発的な核分裂によって崩壊し、半減期は5分であるとされている。 ^{[ 14 ]}

この生成物の長い半減期は、コペルニシウムの気相原子化学に関する最初の化学実験のきっかけとなった。2000年、ドゥブナのユーリ・ユカシェフは実験を繰り返したが、半減期5分の自発核分裂 事象を観測できなかった。2001年に実験が繰り返され、低温部で自発核分裂によって生じた8つの断片の蓄積が発見され、コペルニシウムがラドンのような性質を持つことが示された。しかし、現在ではこれらの結果の起源について深刻な疑問がある。合成を確認するため、同じチームが2003年1月に反応を成功裏に繰り返し、崩壊モードと半減期を確認した。彼らはまた、自発核分裂活性の質量を約285と推定することができ、割り当てを裏付けた。^{[ 15 ]}

米国バークレーのローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）のチームがこの議論に参加し、2002年に反応実験を行った。彼らは自発核分裂を検出できず、 単一事象の検出断面積の限界を1.6 pbと計算した。^{[ 16 ]}

2003年から2004年にかけて、ドゥブナのチームがわずかに異なる装置であるドゥブナガス充填反跳分離器（DGFRS）を使用してこの反応を繰り返した。今回は、コペルニシウム283が 半減期4 秒の9.53 MeVアルファ粒子を放出して崩壊することがわかった。コペルニシウム282も4nチャネル（4個の中性子を放出）で観測された 。^{[ 17 ]}

2003年、GSIのチームはこの議論に参加し、化学実験で5分間のSF活動の探索を行った。ドゥブナのチームと同様に、低温セクションで7つのSFフラグメントを検出することができた。しかし、これらのSFイベントは相関がなく、コペルニシウム原子核の実際の直接SFによるものではないことを示唆し、ラドンのような特性に関する当初の示唆に疑問を投げかけた。^{[ 18 ]}ドゥブナからコペルニシウム283の異なる崩壊特性が発表された後、GSIのチームは2004年9月に実験を繰り返した。彼らはSFイベントを検出できず、1つのイベントの検出に対する断面積の限界を約1.6  pbと計算したが、これはドゥブナのチームが報告した2.5 pbの収量と矛盾しない 。

2005年5月、GSIは物理実験を行い、半減期が短いSF崩壊を起こしている283Cn^{の単一原子を特定し、これまで知られていなかったSF分岐の存在を示唆した。 [ 19 ]} しかし、ドゥブナチームによる初期の研究では、いくつかの直接SFイベントが検出されていたが、親アルファ崩壊が見逃されたと想定されていた。これらの結果は、そうではないことを示している。

コペルニシウム-283 の新しい崩壊データは、コペルニシウムの化学的性質を調べることを目的とした PSI-FLNR 共同実験により 2006 年に確認されました。親核であるフレロビウム-287 の崩壊で、コペルニシウム-283 の原子が 2 つ観測されました。この実験は、以前の実験とは異なり、コペルニシウムが揮発性金属の性質を示す第 12 族の典型的なメンバーとして振る舞うことを示しました。^{[ 20 ]}

最後に、GSIのチームは2007年1月に物理実験を成功裏に再現し、コペルニシウム283の原子を3つ検出して、アルファ崩壊とSF崩壊の両方の崩壊モードを確認した。^{[ 21 ]}

そのため、5分間のSF活性は未確認かつ未同定のままである。これは異性体、すなわちコペルニシウム-283bを指している可能性があり、その収量は正確な製造方法に依存する。また、^{283Cnの電子捕獲分岐が283Rg}につながる結果である可能性もあり、その場合は親を287Nh（287Flの電子捕獲娘）に再割り当てする^必要がある。^{[ 22 ]}

²³³ ₉₂ U+ ⁴⁸ ₂₀ Ca→ ^281−x ₁₁₂ Cn+ xn

FLNRのチームは2004年にこの反応を研究した。彼らはコペルニシウム原子を検出できず、断面積の限界を0.6  pbと計算した。チームは、これは複合核の中性子質量数が蒸発残渣の収量に影響を与えることを示していると結論付けた。^{[ 17 ]}

コペルニシウムはフレロビウムの崩壊生成物として観測されている。フレロビウムには現在7つの既知の同位体があり、それらはすべてアルファ崩壊を起こして質量数280～286のコペルニシウム原子核になることが示されている。質量数280、281、284、285、286のコペルニシウム同位体は、現在までにフレロビウム原子核の崩壊によってのみ生成されている。親フレロビウム原子核は、それ自体がリバモリウムまたはオガネソンの崩壊生成物である可能性がある。^{[ 28 ]}

例えば、2006年5月、ドゥブナチーム（JINR ）は、アルファ崩壊系列によるオガネソンの崩壊の最終生成物としてコペルニシウム282を特定した。最終核は自発核分裂を起こすことがわかった。^{[ 24 ]}

²⁹⁴ ₁₁₈ Og→ ²⁹⁰ ₁₁₆ Lv+ ⁴ ₂ He

²⁹⁰ ₁₁₆ Lv→ ²⁸⁶ ₁₁₄ Fl+ ⁴ ₂ He

²⁸⁶ ₁₁₄ Fl→ ²⁸² ₁₁₂ Cn+ ⁴ ₂ He

1999年に主張されたオガネソン-293の合成では、コペルニシウム-281が半減期0.90msで 10.68MeVのアルファ粒子 を放出して崩壊することが確認された。^{[ 29 ]}この主張は2001年に撤回された。この同位体は最終的に2010年に作成され、その崩壊特性は以前のデータと矛盾していた。^{[ 23 ]}

下の表は、コペルニシウム同位体を直接生成する低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ます。

下の表は、コペルニシ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、励起関数測定から得られた最大値を表します。+は、観測された出口チャネルを表します。

下記の表は、さまざまな標的と入射粒子の組み合わせについて、さまざまな中性子蒸発チャネルからの断面積収量の推定値が計算によって得られたものである。最も高い収量が期待されるチャネルが示されている。

DNS = 二核システム。 σ = 断面