Isótopos del rutherfordio

La síntesis de rutherfordio fue intentada por primera vez en 1964 por el equipo de Dubna utilizando la reacción de fusión caliente de proyectiles de neón -22 con blancos de plutonio -242:

²⁴² ₉₄ Pu+ ²² ₁₀ Ne→ ^264−x ₁₀₄ Rf+ 3 o 5n.

El primer estudio arrojó evidencia de una fisión espontánea con una vida media  de 0,3 segundos y otro con 8 segundos. Si bien la primera observación fue posteriormente retractada, la segunda acabó asociándose con el isótopo ^{259Rf . [ 21 ]} En 1966, el equipo soviético repitió el experimento utilizando un estudio químico de productos de cloruro volátiles. Identificaron un cloruro volátil con propiedades de eka-hafnio que se desintegraba rápidamente por fisión espontánea. Esto proporcionó una fuerte evidencia de la formación de RfCl ₄ , y aunque no se midió con precisión la vida media, evidencia posterior sugirió que el producto era muy probablemente ^259Rf . El equipo repitió el experimento varias veces durante los años siguientes y, en 1971, revisaron la vida media de fisión espontánea para el isótopo a 4,5 segundos. ^{[ 21 ]}  

En 1969, investigadores de la Universidad de California , liderados por Albert Ghiorso , intentaron confirmar los resultados originales reportados en Dubna. En una reacción de curio -248 con oxígeno-16 , no pudieron confirmar el resultado del equipo soviético, pero lograron observar la fisión espontánea del ²⁶⁰ Rf con una vida media muy corta de 10–30  ms:

²⁴⁸ ₉₆ Cm+ ¹⁶ ₈ O→ ²⁶⁰ ₁₀₄ Rf+ 4n.

En 1970, el equipo estadounidense también estudió la misma reacción con oxígeno-18 e identificó ²⁶¹ Rf con una vida media de 65  segundos (posteriormente refinada a 75  segundos). ^{[ 22 ] [ 23 ]} Experimentos posteriores en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California también revelaron la formación de un isómero de corta duración de ²⁶² Rf (que sufre fisión espontánea con una vida media de 47  ms), ^{[ 24 ]} y actividades de fisión espontánea con vidas medias largas asignadas tentativamente a ²⁶³ Rf. ^{[ 25 ]}

La reacción del californio -249 con el carbono-13 también fue investigada por el equipo de Ghiorso, que indicó la formación del ²⁵⁸ Rf de corta duración (que sufre fisión espontánea en 11  ms): ^{[ 26 ]}

²⁴⁹ ₉₈ Cf+ ¹³ ₆ C→ ²⁵⁸ ₁₀₄ Rf+ 4n.

Al intentar confirmar estos resultados utilizando carbono-12 en su lugar, también observaron las primeras desintegraciones alfa del ²⁵⁷ Rf. ^{[ 26 ]}

La reacción del berkelio -249 con el nitrógeno -14 se estudió por primera vez en Dubna en 1977, y en 1985, los investigadores de allí confirmaron la formación del isótopo ²⁶⁰ Rf que sufre fisión espontánea rápidamente en 28  ms: ^{[ 21 ]}

²⁴⁹ ₉₇ Bk+ ¹⁴ ₇ N→ ²⁶⁰ ₁₀₄ Rf+ 3n.

En 1996, el isótopo ²⁶² Rf fue observado en el LBNL a partir de la fusión de plutonio-244 con neón-22:

²⁴⁴ ₉₄ Pu+ ²² ₁₀ Ne→ ^266−x ₁₀₄ Rf+ 4 o 5n.

El equipo determinó una vida media de 2,1  segundos, en contraste con informes anteriores de 47  ms, y sugirió que las dos vidas medias podrían deberse a diferentes estados isoméricos del ²⁶² Rf. ^{[ 27 ]} Estudios sobre la misma reacción realizados por un equipo en Dubna llevaron a la observación en 2000 de desintegraciones alfa del ²⁶¹ Rf y fisiones espontáneas del ^261m Rf. ^{[ 28 ]}

La reacción de fusión caliente utilizando un blanco de uranio se reportó por primera vez en Dubna en el año 2000:

²³⁸ ₉₂ U+ ²⁶ ₁₂ Mg→ ^264−x ₁₀₄ Rf+ xn(x = 3, 4, 5, 6).

Observaron desintegraciones de ^260Rf y ^259Rf , y posteriormente de ^259Rf . En 2006, como parte de su programa de estudio de blancos de uranio en reacciones de fusión caliente, el equipo del LBNL también observó ^261Rf . ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

Los primeros experimentos de fusión fría que involucraron el elemento 104 se realizaron en 1974 en Dubna, utilizando núcleos ligeros de titanio-50 dirigidos hacia blancos de isótopos de plomo-208:

²⁰⁸ ₈₂ Pb+ ⁵⁰ ₂₂ Ti→ ^258−x ₁₀₄ Rf+ xn(x = 1, 2 o 3).

La medición de una actividad de fisión espontánea se asignó al ²⁵⁶ Rf, ^{[ 31 ]} mientras que estudios posteriores realizados en el Instituto Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), también midieron propiedades de desintegración para los isótopos ²⁵⁷ Rf y ²⁵⁵ Rf. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

En 1974, investigadores de Dubna estudiaron la reacción del plomo-207 con el titanio-50 para producir el isótopo ^255Rf . ^{[ 34 ]} En un estudio realizado en 1994 en el GSI utilizando el isótopo plomo-206, se detectaron tanto el ^255Rf como el ^{254Rf . Ese mismo año se detectó de forma similar el 253Rf} cuando se utilizó plomo-204. ^{[ 33 ]}

La mayoría de los isótopos con una masa atómica inferior a 262 también se han observado como productos de desintegración de elementos con un número atómico mayor , lo que permite refinar sus propiedades medidas previamente. Los isótopos más pesados ​​del rutherfordio solo se han observado como productos de desintegración. Por ejemplo, desde 2004 se han observado algunos eventos de desintegración alfa que terminan en ²⁶⁷ Rf en la cadena de desintegración del darmstadtio -279:

²⁷⁹ ₁₁₀ Ds→ ²⁷⁵ ₁₀₈ Hs+α→ ²⁷¹ ₁₀₆ Sg+ α → ²⁶⁷ ₁₀₄ Rf+ α .

Esto posteriormente sufrió fisión espontánea con una vida media de aproximadamente 1,3  h. ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

Las investigaciones sobre la síntesis del isótopo dubnio -263 en 1999 en la Universidad de Berna revelaron eventos consistentes con la captura electrónica para formar ^263Rf . Se separó una fracción de rutherfordio y se observaron varios eventos de fisión espontánea con vidas medias largas de aproximadamente 15 minutos, así como desintegraciones alfa con vidas medias de aproximadamente 10 minutos. ^{[ 25 ]} Los informes sobre la cadena de desintegración del flerovio -285 en 2010 mostraron cinco desintegraciones alfa secuenciales que terminan en ^265Rf , que luego sufre fisión espontánea con una vida media de 152 segundos. ^{[ 38 ]}

En 2004 se obtuvieron algunas pruebas experimentales de un isótopo más pesado, ^{el 268} Rf, en la cadena de desintegración de un isótopo de moscovio :

²⁸⁸ ₁₁₅ Mc→ ²⁸⁴ ₁₁₃ Nh+ α → ²⁸⁰ ₁₁₁ Rg+ α → ²⁷⁶ ₁₀₉ Mt+ α → ²⁷² ₁₀₇ Bh+ α → ²⁶⁸ ₁₀₅ Db+ α  ? → ²⁶⁸ ₁₀₄ Rf+ ν_e .

Sin embargo, el último paso de esta cadena era incierto. Tras observar los cinco eventos de desintegración alfa que generan dubnio -268, se observaron eventos de fisión espontánea con una vida media larga. No está claro si estos eventos se debieron a la fisión espontánea directa del ^268Db , o a eventos de captura electrónica producidos por el 268Db ^con vidas medias largas para generar ^268Rf . Si este último se produce y decae con una vida media corta, las dos posibilidades no se pueden distinguir. ^{[ 39 ]} Dado que la captura electrónica del ^268Db no se puede detectar, estos eventos de fisión espontánea pueden deberse al ^268Rf , en cuyo caso no se puede extraer la vida media de este isótopo. ^{[ 15 ] [ 40 ]} Se propone un mecanismo similar para la formación del isótopo aún más pesado ²⁷⁰ Rf como un hijo de corta duración de ²⁷⁰ Db (en la cadena de desintegración de ²⁹⁴ Ts, sintetizado por primera vez en 2010) que luego sufre fisión espontánea: ^{[ 16 ]}

²⁹⁴ ₁₁₇ Ts→ ²⁹⁰ ₁₁₅ Mc+ α → ²⁸⁶ ₁₁₃ Nh+ α → ²⁸² ₁₁₁ Rg+ α → ²⁷⁸ ₁₀₉ Mt+ α → ²⁷⁴ ₁₀₇ Bh+ α → ²⁷⁰ ₁₀₅ Db+ α  ? → ²⁷⁰ ₁₀₄ Rf+ ν_e .

Según un informe de 2007 sobre la síntesis de nihonio , se observó que el isótopo ²⁸² Nh experimentaba dos veces una desintegración similar para formar ²⁶⁶ Db. En un caso, este sufrió fisión espontánea con una vida media de 22 minutos. Dado que la captura electrónica del ²⁶⁶ Db no se puede detectar, estos eventos de fisión espontánea podrían deberse al ²⁶⁶ Rf, en cuyo caso no se puede extraer la vida media de este isótopo. En el otro caso, no se observó ningún evento de fisión espontánea; podría haber pasado desapercibido, o ^{el 266 Db podría haber sufrido dos desintegraciones alfa más para formar el 258} Md de larga vida , con una vida media (51,5  días) mayor que el tiempo total del experimento. ^{[ 13 ] [ 41 ]}

Varios estudios iniciales sobre la síntesis del ^263Rf indicaron que este nucleido se desintegra principalmente por fisión espontánea con una vida media de 10 a 20 minutos. Más recientemente, un estudio de isótopos de hassio permitió la síntesis de átomos de ^263Rf que se desintegran con una vida media más corta de 8 segundos. Estos dos modos de desintegración diferentes deben estar asociados con dos estados isoméricos, pero las asignaciones específicas son difíciles debido al bajo número de eventos observados. ^{[ 25 ]}

Durante la investigación sobre la síntesis de isótopos de rutherfordio mediante la reacción ^244Pu ( ^22Ne ,5n) ^261Rf , se observó que el producto sufría  una desintegración alfa de 8,28 MeV con una vida media de 78 segundos. Estudios posteriores realizados en el GSI sobre la síntesis de isótopos de copernicio y hassio arrojaron datos contradictorios, ya que se encontró que el ^261Rf producido en la cadena de desintegración sufría  una desintegración alfa de 8,52 MeV con una vida media de 4 segundos. Resultados posteriores indicaron una rama de fisión predominante. Estas contradicciones generaron dudas sobre el descubrimiento del copernicio. El primer isómero se denomina ahora ^261mRf y el segundo ^261Rf , ya que se cree que el primer núcleo pertenece a un estado metaestable de alto espín y el segundo al estado fundamental de bajo espín. ^{[ 43 ]} Este análisis de ²⁶¹ Rf proporcionó evidencia para el descubrimiento de copernicio en 1996. ^{[ 44 ]}

Un estudio espectroscópico detallado de la producción de núcleos de ^257Rf mediante la reacción ^208Pb ( ^50Ti ,n) ^257Rf permitió la identificación de un nivel isomérico en ^257Rf . El trabajo confirmó que ^257gRf tiene un espectro complejo con 15 líneas alfa. Se calculó un diagrama de estructura de niveles para ambos isómeros. ^{[ 45 ]} También se reportaron isómeros similares para ^256Rf . ^{[ 46 ]}

La tabla que aparece a continuación proporciona secciones transversales y energías de excitación para reacciones de fusión fría que producen isótopos de rutherfordio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. El signo + indica un canal de salida observado.

La tabla que aparece a continuación proporciona secciones transversales y energías de excitación para reacciones de fusión caliente que producen isótopos de rutherfordio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. El signo + indica un canal de salida observado.