| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Резерфордий ( 104 Rf) является синтетическим элементом и поэтому не имеет стабильных изотопов. Стандартный атомный вес не может быть дан. Первым синтезированным изотопом был либо 259 Rf в 1966 году, либо 257 Rf в 1969 году. Известно 16 радиоизотопов от 253 Rf до 270 Rf (3 из которых, 266 Rf, 268 Rf и 270 Rf не подтверждены) и 4 изомера. Самый долгоживущий изотоп - это 267 Rf с периодом полураспада 2,5 часа, а самый долгоживущий изомер - это 261m Rf с периодом полураспада 81 секунда.
Нуклид | Z | N | Изотопная масса ( Да ) | Период полураспада | Режим распада | Дочерний изотоп | Спин и паритет | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | |||||||||||||||||||
253 Rf | 104 | 149 | 253.10044 (44) # | 13 (5) мс | SF | (различный) | (7/2) (+ #) | ||||||||||||
α | 249 Нет | ||||||||||||||||||
253m Rf | 200 (150) # кэВ | 52 (14) мкс [48 (+ 17−10) мкс] | SF | (различный) | (1/2) (- #) | ||||||||||||||
254 Rf | 104 | 150 | 254.10005 (30) # | 23 (3) мкс | SF (99,7%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (0,3%) | 250 Нет | ||||||||||||||||||
255 Rf | 104 | 151 | 255.10127 (12) # | 1,64 (11) с | SF (52%) | (различный) | (9/2 -) # | ||||||||||||
α (48%) | 251 Нет | ||||||||||||||||||
256 Rf | 104 | 152 | 256.101152 (19) | 6,45 (14) мс | SF (96%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (6%) | 252 Нет | ||||||||||||||||||
257 Rf | 104 | 153 | 257.102918 (12) # | 4,7 (3) с | α (79%) | 253 Нет | (1/2 +) | ||||||||||||
β + (18%) | 257 Лр | ||||||||||||||||||
SF (2,4%) | (различный) | ||||||||||||||||||
257м Рф | 114 (17) кэВ | 3,9 (4) с | (11 / 2-) | ||||||||||||||||
258 Rf | 104 | 154 | 258.10343 (3) | 12 (2) мс | SF (87%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (13%) | 254 Нет | ||||||||||||||||||
259 Rf | 104 | 155 | 259.10560 (8) # | 2,8 (4) с | α (93%) | 255 Нет | 7/2 + # | ||||||||||||
SF (7%) | (различный) | ||||||||||||||||||
β + (0,3%) | 259 Лр | ||||||||||||||||||
260 Rf | 104 | 156 | 260.10644 (22) # | 21 (1) мс | SF (98%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (2%) | 256 Нет | ||||||||||||||||||
261 Rf | 104 | 157 | 261.10877 (5) | 68 с | α (76%) | 257 Нет | 9/2 + # | ||||||||||||
β + (14%) | 261 Лр | ||||||||||||||||||
SF (10%) | (различный) | ||||||||||||||||||
261m Rf | 70 (100) # кэВ | 1.9 (4) с | SF (73%) | (различный) | 3/2 + # | ||||||||||||||
α (27%) | 257 Нет | ||||||||||||||||||
262 Rf | 104 | 158 | 262.10993 (24) # | 2.3 (4) с | SF (99,2%) | (различный) | 0+ | ||||||||||||
α (0,8%) | 258 Нет | ||||||||||||||||||
262 м Rf | 600 (400) # кэВ | 47 (5) мс | SF | (различный) | высокий | ||||||||||||||
263 Rf | 104 | 159 | 263.1125 (2) # | 11 (3) мин | SF (70%) | (различный) | 3/2 + # | ||||||||||||
α (30%) | 259 Нет | ||||||||||||||||||
265 Rf | 104 | 161 | 265.11668 (39) # | 1,1 мин | SF | (различный) | |||||||||||||
266 Rf | 104 | 162 | 266.11817 (50) # | 23 с # | SF | (различный) | 0+ | ||||||||||||
267 Rf | 104 | 163 | 267.12179 (62) # | 2,5 часа | SF | (различный) | 13 / 2- # | ||||||||||||
268 Rf | 104 | 164 | 268.12397 (77) # | 1,4 с # | SF | (различный) | 0+ | ||||||||||||
270 Rf | 104 | 166 | 20 мс # | SF | (различный) | 0+ | |||||||||||||
Этот заголовок и нижний колонтитул таблицы:
|
SF: | Самопроизвольное деление |
Сверхтяжелые элементы, такие как резерфордий, производятся путем бомбардировки более легких элементов в ускорителях частиц, что вызывает реакции синтеза. В то время как большинство изотопов резерфордия могут быть синтезированы напрямую этим способом, некоторые более тяжелые изотопы наблюдались только как продукты распада элементов с более высокими атомными номерами.
В зависимости от задействованных энергий первые делятся на «горячие» и «холодные». В реакциях горячего синтеза очень легкие высокоэнергетические снаряды ускоряются в направлении очень тяжелых целей ( актинидов ), в результате чего образуются составные ядра с высокой энергией возбуждения (~ 40–50 МэВ ), которые могут либо делиться, либо испаряться несколько (3-5) нейтроны. В реакциях холодного синтеза образовавшиеся конденсированные ядра имеют относительно низкую энергию возбуждения (~ 10–20 МэВ), что снижает вероятность того, что эти продукты будут подвергаться реакциям деления. Когда слитые ядра охлаждаются до основного состояния, им требуется испускание только одного или двух нейтронов, что позволяет производить больше продуктов, богатых нейтронами. Последняя концепция отличается от концепции, в которой ядерный синтез, как утверждалось, достигается при условиях комнатной температуры (см. Холодный синтез ).
Впервые синтез резерфордия был предпринят в 1964 году командой из Дубны с использованием реакции горячего синтеза неоновых снарядов-22 с мишенями из плутония- 242:
Первое исследование предоставило доказательства спонтанного деления с периодом полураспада 0,3 секунды, а другое - 8 секунд. В то время как первое наблюдение было в конечном итоге опровергнуто, последнее в конечном итоге стало ассоциироваться с изотопом 259 Rf. В 1966 году советская группа повторила эксперимент, использовав химическое исследование летучих хлоридных продуктов. Они определили летучий хлорид со свойствами эка-гафния, который быстро распадается в результате спонтанного деления. Это дало убедительные доказательства образования RfCl 4, и, хотя период полураспада не был точно измерен, более поздние данные позволили предположить, что продукт, скорее всего, был 259 Rf. Команда повторила эксперимент несколько раз в течение следующих нескольких лет, а в 1971 году они пересмотрели период полураспада изотопа при спонтанном делении на 4,5 секунды.
В 1969 году исследователи из Калифорнийского университета под руководством Альберта Гиорсо попытались подтвердить первоначальные результаты, полученные в Дубне. В реакции кюрия- 248 с кислородом-16 они не смогли подтвердить результат советской группы, но смогли наблюдать спонтанное деление 260 Rf с очень коротким периодом полураспада 10–30 мс:
В 1970 году американская группа также изучила ту же реакцию с кислородом-18 и идентифицировала 261 Rf с периодом полураспада 65 секунд (позже уточненным до 75 секунд). Более поздние эксперименты в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии также показали образование короткоживущего изомера 262 Rf (который подвергается спонтанному делению с периодом полураспада 47 мс) и активность спонтанного деления с большим временем жизни, предположительно отнесенным к 263 Rf..
Схема экспериментальной установки, использованной при открытии изотопов 257 Rf и 259 RfРеакция калифорния- 249 с углеродом-13 была также исследована группой Гиорсо, которая указала на образование короткоживущего 258 Rf (который подвергается спонтанному делению за 11 мс):
Пытаясь подтвердить эти результаты, используя вместо этого углерод-12, они также наблюдали первые альфа-распады от 257 Rf.
Реакция берклия- 249 с азотом- 14 была впервые изучена в Дубне в 1977 году, а в 1985 году исследователи подтвердили образование изотопа 260 Rf, который быстро подвергается спонтанному делению за 28 мс:
В 1996 году изотоп 262 Rf был обнаружен в LBNL в результате слияния плутония-244 с неоном-22:
Команда определила период полураспада 2,1 секунды, в отличие от более ранних отчетов 47 мс, и предположила, что два периода полураспада могут быть связаны с разными изомерными состояниями 262 Rf. Исследования той же реакции, проведенные группой в Дубне, привели к наблюдению в 2000 году альфа-распадов 261 Rf и спонтанных делений 261m Rf.
О реакции горячего термоядерного синтеза с использованием урановой мишени впервые сообщили в Дубне в 2000 году:
Они наблюдали распады от 260 Rf и 259 Rf, а затем от 259 Rf. В 2006 году в рамках своей программы по изучению урановых мишеней в реакциях горячего синтеза команда LBNL также наблюдала 261 Rf.
Первые эксперименты по холодному синтезу с использованием элемента 104 были проведены в 1974 году в Дубне с использованием легких ядер титана-50, нацеленных на мишени из изотопа свинца-208:
Измерение активности спонтанного деления было отнесено к 256 Rf, в то время как более поздние исследования, проведенные в Институте Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), также измеряли свойства распада для изотопов 257 Rf и 255 Rf.
В 1974 г. исследователи из Дубны исследовали реакцию свинца-207 с титаном-50 с образованием изотопа 255 Rf. В исследовании, проведенном GSI в 1994 году с использованием изотопа свинца-206, было обнаружено 255 Rf, а также 254 Rf. 253 Rf был аналогичным образом обнаружен в том же году, когда вместо него использовался свинец-204.
Большинство изотопов с атомной массой ниже 262 также наблюдались как продукты распада элементов с более высоким атомным номером, что позволяет уточнить их ранее измеренные свойства. Более тяжелые изотопы резерфордия наблюдались только как продукты распада. Например, с 2004 года в цепочке распада дармштадция- 279 наблюдались несколько событий альфа-распада, оканчивающихся на 267 Rf:
Далее он подвергся спонтанному делению с периодом полураспада около 1,3 часа.
Исследования по синтезу изотопа дубний-263 в 1999 г. в Бернском университете выявили события, соответствующие захвату электрона с образованием 263 Rf. Была отделена фракция резерфордия, и было обнаружено несколько событий спонтанного деления с длительным периодом полураспада около 15 минут, а также альфа-распад с периодом полураспада около 10 минут. Сообщения о цепочке распада флеровия- 285 в 2010 году показали пять последовательных альфа-распадов, которые заканчиваются на 265 Rf, который далее подвергается спонтанному делению с периодом полураспада 152 секунды.
Некоторые экспериментальные доказательства были получены в 2004 году для еще более тяжелого изотопа 268 Rf в цепочке распада изотопа московия :
Однако последний шаг в этой цепочке был неопределенным. После наблюдения пяти событий альфа-распада, которые генерируют дубний- 268, были обнаружены события спонтанного деления с длительным периодом полураспада. Неясно, были ли эти события следствием прямого спонтанного деления 268 Дб, или 268 Дб приводили к событиям захвата электронов с длительными периодами полураспада для генерации 268 Rf. Если последний образуется и распадается с коротким периодом полураспада, эти две возможности нельзя различить. Принимая во внимание, что захват электрона из 268 Db не могут быть обнаружены, эти события спонтанного деления может быть связано с 268 Rf, в этом случае период полураспада этого изотопа не могут быть извлечены. Аналогичный механизм предложен для формирования еще более тяжелого изотопа 270 Rf как недолговечной дочери 270 Db (в цепочке распада 294 Ts, впервые синтезирован в 2010 году), который затем претерпевает спонтанное деление:
Согласно отчету 2007 года о синтезе нихония, изотоп 282 Nh подвергся аналогичному распаду с образованием 266 Db, который подвергается спонтанному делению с периодом полураспада 22 минуты. Учитывая, что электронный захват 266 Db не может быть обнаружен, эти события спонтанного деления могут быть связаны с 266 Rf, и в этом случае период полураспада этого изотопа не может быть извлечен.
Несколько ранних исследований по синтезу 263 Rf показали, что этот нуклид распадается в основном за счет спонтанного деления с периодом полураспада 10–20 минут. Совсем недавно исследование изотопов гассия позволило синтезировать атомы 263 Rf, распадающиеся с более коротким периодом полураспада, равным 8 секундам. Эти два разных режима распада должны быть связаны с двумя изомерными состояниями, но конкретное отнесение затруднено из-за небольшого количества наблюдаемых событий.
Во время исследования синтеза изотопов резерфордия с использованием реакции 244 Pu ( 22 Ne, 5n) 261 Rf было обнаружено, что продукт подвергается исключительному альфа-распаду 8,28 МэВ с периодом полураспада 78 секунд. Более поздние исследования в GSI по синтезу изотопов коперниция и хассия дали противоречивые данные, поскольку было обнаружено, что 261 Rf, образующийся в цепочке распада, подвергается альфа-распаду с энергией 8,52 МэВ с периодом полураспада 4 секунды. Более поздние результаты показали преобладающую ветвь деления. Эти противоречия вызвали некоторые сомнения в открытии копернициума. Первый изомер в настоящее время обозначается 261a Rf (или просто 261 Rf), тогда как второй обозначается 261b Rf (или 261m Rf). Однако считается, что первое ядро принадлежит высокоспиновому основному состоянию, а последнее - низкоспиновому метастабильному состоянию. Открытие и подтверждение 261b Rf послужило доказательством открытия копернициума в 1996 году.
Детальное спектроскопическое исследование образования ядер 257 Rf с использованием реакции 208 Pb ( 50 Ti, n) 257 Rf позволило идентифицировать изомерный уровень в 257 Rf. Работа подтвердила, что 257g Rf имеет сложный спектр с 15 линиями альфа. Диаграмма структуры уровней была рассчитана для обоих изомеров. Аналогичные изомеры описаны также для 256 Rf.
Команда GSI планирует провести первые подробные спектроскопические исследования изотопа 259 Rf. Это будет производиться в новой реакции:
В таблице ниже представлены сечения и энергии возбуждения для реакций холодного синтеза, непосредственно производящих изотопы резерфордия. Данные, выделенные жирным шрифтом, представляют собой максимумы, полученные в результате измерений функции возбуждения. + представляет наблюдаемый канал выхода.
Снаряд | Цель | CN | 1n | 2n | 3n |
---|---|---|---|---|---|
50 Ti | 208 Пб | 258 Rf | 38.0 nb, 17.0 МэВ | 12,3 nb, 21,5 МэВ | 660 пб, 29,0 МэВ |
50 Ti | 207 Пб | 257 Rf | 4.8 нб | ||
50 Ti | 206 Пб | 256 Rf | 800 пб, 21,5 МэВ | 2,4 нб, 21,5 МэВ | |
50 Ti | 204 Пб | 254 Rf | 190 пб, 15,6 МэВ | ||
48 Ti | 208 Пб | 256 Rf | 380 пб, 17,0 МэВ |
В таблице ниже представлены сечения и энергии возбуждения для реакций горячего синтеза, непосредственно производящих изотопы резерфордия. Данные, выделенные жирным шрифтом, представляют собой максимумы, полученные в результате измерений функции возбуждения. + представляет наблюдаемый канал выхода.
Снаряд | Цель | CN | 3n | 4n | 5н |
---|---|---|---|---|---|
26 мг | 238 U | 264 Rf | 240 пб | 1,1 нб | |
22 Ne | 244 Pu | 266 Rf | + | 4,0 нб | |
18 O | 248 см | 266 Rf | + | 13.0 нб |