シーボーギウムの同位体

シーボーギウム( ₁₀₆ Sg) は合成元素であるため、安定同位体はありません。標準原子量を与えることはできません。最初に合成された同位体は1974 年の²⁶³ Sg です。258 Sg から 271 Sg までの 13 の放射性^{同位体と 5 つの異性体 ( 259m Sg}、261m Sg、263m Sg、265m Sg、および 267m Sg) が知られています。最も^長寿命^の同位^体は^半減期^が9.8 分の 267 Sg と半減期が 5 分の 269 Sg です。^測定数が^{少なく、1}標準偏差に対応する信頼水準での測定不確実性が重なり合っているため、最も安定した同位体を明確に割り当てることはできません。

このセクションでは、いわゆる「冷たい」核融合反応によるシーボーギウムの核の合成について扱います。これは、低い励起エネルギー (約 10～20 MeV、したがって「冷たい」) で複合核を生成するプロセスであり、核分裂から生き残る可能性が高くなります。励起された核は、1 つまたは 2 つの中性子のみを放出して基底状態に崩壊します。

常温核融合反応でシーボーギウムを合成する最初の試みは、1974年9月にドゥブナの合同原子核研究所でGNフレロフ率いるソ連のチームによって行われた。彼らは0.48秒の自発核分裂（SF）活性を生成したと報告し、これを同位体²⁵⁹ Sgに割り当てた。後の証拠に基づくと、チームは²⁶⁰ Sgとその娘核種²⁵⁶ Rfの崩壊を測定した可能性が高いことが示唆された。TWGは、当時、結果は十分に説得力がないという結論を下した。^[9]

ドゥブナチームは1983年から1984年にかけてこの問題を再検討し、²⁶⁰ Sgに直接割り当てられた5ミリ秒のSF活動を検出することに成功しました。^[9]

GSIのチームは、遺伝的親子崩壊の相関の改良法を用いて1985年に初めてこの反応を研究した。彼らは²⁶¹ Sg (x=1) と²⁶⁰ Sgを検出し、部分的な1n中性子蒸発励起関数を測定した。^[10]

2000 年 12 月、この反応はフランスのGANILのチームによって研究され、 ²⁶¹ Sg の原子 10 個と²⁶⁰ Sg の原子 2 個が検出され、この反応に関する以前のデータに追加されました。

施設のアップグレード後、GSIチームは2003年に金属鉛ターゲットを使用して1n励起関数を測定しました。重要なことに、2003年5月にチームは鉛208ターゲットをより耐性のある硫化鉛(II)ターゲット(PbS)に置き換えることに成功しました。これにより、将来的にはより強力なビームを使用できるようになります。彼らは1n、2n、3n励起関数を測定することができ、同位体²⁶¹ Sgの詳細なアルファガンマ分光法を初めて実行しました。彼らは同位体の約1600個の原子を検出し、新しいアルファ線を特定したほか、より正確な半減期と新しいECおよびSF分岐を測定しました。さらに、娘ラザホージウム同位体からのK X線を初めて検出することができました。彼らはまた、異性体レベルの暫定的な観測を含む、²⁶⁰ Sgの改善されたデータを提供することもできました。研究は2005年9月と2006年3月にも継続され、²⁶¹ Sgに関する蓄積された研究は2007年に発表されました。 ^{[11] 2005年9月の研究では、 260} Sgに関する分光学的研究を開始することも目的としていました。

^{LBNLのチームは最近、同位体261} Sgの分光法を調べるためにこの反応を再研究しました。彼らは、内部転換によって基底状態へと崩壊する新しい異性体^261m Sgを検出することができました。同じ実験で、彼らは娘核子²⁵⁷ Rf、すなわち^257m2 RfのK異性体も確認することができました。^[12]

ドゥブナの研究チームも1974年にこの反応を研究し、鉛208を標的とした最初の実験と同じ結果を得ました。SF活動は最初は²⁵⁹ Sgに割り当てられ、後に²⁶⁰ Sgおよび/または^{256 Rfに割り当てられました。1983年から1984年のさらなる研究では、親核種の260} Sgに割り当てられる5 msのSF活動も検出されました。^[9]

GSIチームは1985年に遺伝的親子崩壊の相関法を用いて初めてこの反応を研究した。彼らは²⁵⁹ Sgが2n中性子蒸発チャネルからの生成物であることを明確に特定することができた。^[10]

この反応は、2005 年 3 月に PbS ターゲットを使用してさらに利用され、偶数同位体²⁶⁰ Sg の分光学的研究が開始されました。

この反応は1974年にドゥブナの研究チームによって研究されました。この研究は、Pb-207とPb-208をターゲットとした反応で観測されたSF活性の割り当てを支援するために使用されました。SFは検出されず、主にアルファ崩壊によって崩壊する同位体の形成を示しました。^[9]

ドゥブナの研究チームも、1974年に実施した一連の常温核融合反応でこの反応を研究した。今回もSF活動は検出されなかった。^[9]この反応は、LBNLの研究チームによって2006年に再検討され、発射体のアイソスピンの影響、ひいては複合核の質量数が蒸発残留物の生成に与える影響についての研究の一環として行われた。彼らは1n励起関数の測定で²⁵⁹ Sgと^{258 Sgを特定することができた。 [13]}

ドゥブナの研究チームも、1974年に実施した一連の常温核融合反応でこの反応を研究した。今回もSF活動は検出されなかった。^{[9] 1994年にGSIチームは、新しい偶数同位体258} Sg を研究するために、この反応を用いたシーボーギウムの合成を再検討した。258 Sgの原子10個^が検出され、自発核分裂により崩壊した。

このセクションでは、いわゆる「ホット」核融合反応によるシーボーギウムの核の合成について説明します。これは、高励起エネルギー (約 40～50 MeV、つまり「ホット」) で複合核を生成するプロセスであり、核分裂および準核分裂からの生存確率が低下します。励起された核は、3～5 個の中性子を放出して基底状態に崩壊します。

この反応は、1998年に日本原子力研究所（JAERI）の日本人科学者によって初めて研究されました。彼らは自発的な核分裂活動を検出し、これを暫定的に^{263 SgのECによって生成された新しい同位体264} Sgまたは²⁶³ Dbに割り当てました。^[14] 2006年に、GSIとLBNLの両チームは、遺伝的親娘崩壊の相関法を使用してこの反応を研究しました。LBNLチームは4n、5n、および6nチャネルの励起関数を測定し、GSIチームは追加の3n活動を観察することができました。^{[15] [16] [17]両チームとも、}自発的な核分裂によって短い寿命で崩壊した新しい同位体²⁶⁴ Sgを特定することができました。

1993年、ドゥブナで、ユーリ・ラザレフと彼のチームは、最初の化学研究に適したシーボーギウム同位体の探索に続いて、この核反応の4nおよび5nチャネルで生成された長寿命の266 Sgと265 Sgを発見したと発表しました。266 ^Sgは^{8.57 MeV}のアルファ粒子放出によって崩壊し、予測半減期は約20秒であることが発表され、Z  = 108、N  = 162の閉殻の安定化効果を強く裏付けています。^{[18]この反応は1997年にGSIのチームによってさらに研究され、 266} Sgと²⁶⁵ Sg の収量、崩壊モード、半減期が確認されましたが、まだいくつかの矛盾が残っています。²⁷⁰ Hs（ハッシウムを参照）の合成では、²⁶⁶ Sg は半減期が短い（T _SF = 360 ms）SF のみを受けることがわかった。これが基底状態（^266g Sg）であり、直接生成される他の活性が高スピン K 異性体である^266m Sg に属する可能性があるが、これを確認するにはさらなる結果が必要である。

²⁶⁵ Sg と²⁶⁶ Sgの崩壊特性に関する最近の再評価では、この反応におけるこれまでのすべての崩壊は、実際には 2 つの異性体形態で存在する²⁶⁵ Sgによるものであることが示唆されています。1 つ目の^265a Sg は、主アルファ線が 8.85 MeV で、計算上の半減期は 8.9 秒です。一方、 ^265b Sg は崩壊エネルギーが 8.70 MeV で、半減期は 16.2 秒です。直接生成されると、両方の異性体レベルが存在します。269 Hs の崩壊データによると、^{269 Hs}の崩壊中に^265b Sg が生成され、^265b Sg はより寿命の短い^261g Rf 同位体に崩壊します。これは、長寿命のアルファ放射能が²⁶⁶ Sg に帰属するという説と矛盾しており、むしろ²⁶⁶ Sg が短時間で核分裂を起こすことを示唆している。

これらの割り当てに関係なく、この反応はシーボーギウムの化学を研究する最近の試みでうまく利用されています (以下を参照)。

シーボーギウムの合成は、1974年にLBNL/LLNLチームによって初めて実現されました。^[19]彼らの発見実験では、遺伝的親子崩壊の相関という新しい方法を適用して、新しい同位体²⁶³ Sgを特定することができました。1975年にオークリッジのチームは崩壊データを確認できましたが、シーボーギウムが生成されたことを証明するために同時発生しているX線を特定することはできませんでした。1979年にドゥブナのチームはSF活動を検出することで反応を研究しました。バークレーのデータと比較して、彼らは²⁶³ Sgの70％のSF分岐を計算しました。最初の合成と発見の反応は、1994年にLBNLの別のチームによって確認されました。^[20]

シーボーギウムの同位体は、より重い元素の崩壊でも観測されています。これまでの観測結果は、以下の表にまとめられています。

初期の研究では、半減期が約 21 秒の 8.63 MeV アルファ崩壊活性が特定され、²⁶⁶ Sg の基底状態に割り当てられました。その後の研究では、半減期が約 21 秒の 8.52 および 8.77 MeV アルファ放出で崩壊する核種が特定されましたが、これは偶数偶数核種としては異例です。270 Hs の合成に関する最近の研究では、360 ミリ秒という短い半減期で SF によって崩壊する 266 Sg が特定されました^。277 Cn と 269 Hs に関する最近の研究では、^{265 Sg}と^{261 Rf}の^崩壊に関する新しい情報が得られました。この研究では、初期の 8.77 MeV 活性を²⁶⁵ Sgに再割り当てする必要があることが示唆されました。したがって、現在の情報では、SF 活性が基底状態であり、8.52 MeV 活性が高スピン K 異性体であることが示唆されています。これらの割り当てを確認するには、さらなる作業が必要です。最近のデータの再評価では、8.52 MeV の活動は²⁶⁵ Sg に関連し、²⁶⁶ Sg は核分裂のみを起こすことが示唆されています。

^最近の265 Sgの直接合成により、半減期が 7.4 秒の 8.94、8.84、8.76、8.69 MeV の 4 つのアルファ線が生成された。277 Cn と 269 Hs の崩壊による 265 Sg の崩壊の観察から、8.69 ^MeVの^線は^{、半減期が約 20 秒の異性体レベルと関連している可能性があることが示された。このレベルが266} Sg と²⁶⁵ Sg の割り当ての混乱を引き起こしている可能性は高い。なぜなら、どちらも核分裂ラザホージウム同位体に崩壊する可能性があるからで ある。

最近のデータの再評価により、実際に 2 つの異性体が存在することが示されました。1 つは主崩壊エネルギーが 8.85 MeV、半減期が 8.9 秒で、もう 1 つはエネルギーが 8.70 MeV、半減期が 16.2 秒で崩壊する異性体です。

²⁶³ Sgの発見合成により、9.06 MeVのアルファ線が得られた。^[19]この核種の^271g Ds、^271m Ds、²⁶⁷ Hsの崩壊による観測により、9.25 MeVのアルファ放出で崩壊する異性体が確認された。9.06 MeVの崩壊も確認された。9.06 MeVの活動は、半減期が0.3秒の基底状態異性体に割り当てられている。9.25 MeVの活動は、半減期が0.9秒で崩壊する異性体レベルに割り当てられている。

^271g,m Dsの合成に関する最近の研究により、²⁶⁷ Hsの崩壊に関するいくつかの混乱したデータが得られました。そのような崩壊の 1 つでは、^{267 Hs が263} Sgに崩壊し、半減期が約 6 秒のアルファ放射によって崩壊しました。この活性は、まだ異性体に明確に割り当てられておらず、さらなる研究が必要です。

^{1999 年に主張された293} Ogの合成では、同位体²⁶⁹ Sg が娘核種として特定されました。これは 8.74 MeV のアルファ放射によって崩壊し、半減期は 22 秒でした。この主張は 2001 年に撤回されました。この同位体は最終的に 2010 年に作成されました。

以下の表は、シーボーギウム同位体を直接生成する常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の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。

以下の表は、シーボーギ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の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。

• 同位体質量:
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  • アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ブラショ、ジャン。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
• 半減期、スピン、異性体データは、以下のソースから選択されています。
  • アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ブラショ、ジャン。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
  • 国立核データセンター。「NuDat 2.x データベース」。ブルックヘブン国立研究所。
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  • GSI (2011). 「GSI における超重元素研究」(PDF) . GSI . 2012 年8 月 24 日閲覧.