דובניום

יסוד כימי בעל המספר האטומי 105
הערך נמצא בשלבי עבודה: כדי למנוע התנגשויות עריכה ועבודה כפולה, אתם מתבקשים שלא לערוך את הערך בטרם תוסר ההודעה הזו, אלא אם כן תיאמתם זאת עם מניח התבנית.
אם הערך לא נערך במשך שבוע ניתן להסיר את התבנית ולערוך אותו, אך לפני כן רצוי להזכיר את התבנית למשתמש שהניח אותה, באמצעות הודעה בדף שיחתו.
Disambig RTL.svg המונח "האניום" מפנה לכאן. לערך העוסק ביסוד שמספרו האטומי 72, ראו הפניום.

דּוּבְּנִיוּם (באנגלית: Dubnium) הידוע גם בשם האניום (באנגלית: Hahnium) הוא יסוד מלאכותי ממתכות המעבר שסמלו הכימי Db ומספרו האטומי 105. זהו היסוד השני בקבוצת היסודות העל-כבדים וה-13 בסדרת היסודות הטרנס-אורניים. הדובניום רדיואקטיבי ביותר, ולאיזוטופ היציב ביותר שלו, 268Db, זמן מחצית חיים של קצת יותר מיממה, דבר המקשה מאוד על חקר היסוד.

דובניום
סיבורגיום - דובניום - רתרפורדיום
Ta
Db
(Upe)
   
 
105
Db
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
נתונים בסיסיים
מספר אטומי 105
סמל כימי Db
סדרה כימית מתכות מעבר
מראה
כסוף לבן או אפור (משוער)
Electron shell 105 Dubnium.svg קונפיגורציית האקלטרונים של דובניום
תכונות אטומיות
משקל אטומי 262.1141 u
רדיוס אטומי (משוער) 139 pm
רדיוס קוולנטי (משוער) 149 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה 2,8,18,32,32,11,2
קונפיגורציה אלקטרונית [Rn]
תכונות פיזיקליות
צפיפות (משוער) 21,600 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר מוצק (משוער)
שונות
אנרגיית יינון ראשונה 665 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה (משוער) 1,547 kJ/mol
אנרגיית יינון שלישית (משוער) 2,378 kJ/mol
אנרגיית יינון רביעית (משוער) 3,299 kJ/mol
מבנה גבישי bcc (משוער)
היסטוריה
מגלה המכון המאוחד למחקר גרעיני
המעבדה הלאומית לורנס ברקלי
תאריך גילוי 18 בפברואר 1970
נקרא על שם דובנה עריכת הנתון בוויקינתונים
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית OOjs UI icon info big.svg

דובניום אינו מופיע באופן טבעי בכדור הארץ והוא מיוצר באופן מלאכותי. המכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) הסובייטי היה הראשון לגלות את היסוד באפריל 1970, ומיד לאחר מכן, המעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL) האמריקאית הכריזה על גילויו ביוני 1970. שתי הקבוצות הציעו שמות משלהם ליסוד והשתמשו בשמות אלו מבלי הסכמה עולמית, ורק בשנת 1993 נפתר הסכסוך על הגילוי וצוות חקירה רשמי מארגון ה-IUPAC החליט לתת קרדיט לשתי הקבוצות, ובשנת 1997 קבע הארגון את שם היסוד להיות דובניום, על שם העיר דובנה, מקום מושבו של המכון המאוחד למחקר גרעיני.

על פי מחקרים תאורטיים, דובנים אמור להימצא במחזור שביעי ובקבוצה החמישית בטבלה, מתחת לונדיום, ניאוביום וטנטלום. על כן, תכונותיו הכימיות, כגון מספר אלקטרוני הערכיות, וקיום דרגת חמצון +5 דומיננטית ויציבה, צפויות להיות דומות לתכונותיהן של יסודות אלו. מהמחקרים המועטים שנעשו על יסוד זה, נראה כי היסוד מתנהג באופן הרבה יותר דומה לניאוביום מאשר לטנטלום, בניגוד למצופה.

הקדמהעריכה

 
תיאור גרפי של תגובת היתוך גרעיני. שני גרעינים מותכים זה לזה ופולטים נייטרון. תגובות שיצרו אלמנטים חדשים עד כה היו דומות, כשההבדל היחיד הוא בכמות הנייטרונים שמשתחררים.

גרעיני האטום הכבדים[א] נוצרים בתגובות היתוך גרעיניות שמאחות שני גרעינים שונים בעלי גודל שונה[ב] זה בזה. ככל שההפרש בין המסות של שני הגרעינים המגיבים גדול יותר כך קיים סיכוי גדול יותר שיעברו היתוך.[4] גרעיני האטום הכבד יותר מבין השתיים הופכים למטרה, ומופצצים באלומת חלקיקים של גרעיני האטום הקל יותר. שני גרעינים יכולים לעבור היתוך גרעיני רק אם הם קרובים מספיק זה אל זה. באופן טבעי, גרעינים (שמטענם הוא חיובי), דוחים זה את זה דחייה אלקטרוסטטית. הכוח החזק יכול להתגבר על דחייה זאת, אך רק כשהגרעינים במרחק זעום זה מזה. לכן אלומת הגרעינים מואצת למהירות של כעשירית ממהירות האור, על מנת ליצור מצב בו הדחייה האלקטרוסטטית היא אפסית ביחס למהירות האלומה, וחלקיקי האלומה יוכלו להתקרב מספיק למטרה.[5] למרות זאת, רוב הגרעינים שייתקרבו זה לזה ישארו ביחד במשך כ   שניות ואז יפרדו (לא בהכרח באותו הרכב כמו לפני התגובה), במקום לעבור היתוך וליצור גרעין אחד, וככל שהגרעין אותו מנסים לייצר כבד יותר, כך הסיכוי שהגרעינים יעברו היתוך קטן.[5][6]

אם היתוך אכן מתרחש, המיזוג הזמני הנקרא "גרעין מורכב" נמצא במצב מעורר. בכדי לחזור מהמצב המעורר למצב יציב יותר, הגרעין המורכב עובר ביקוע גרעיני או פולט אחד או יותר נייטרונים.[ג] דבר המשחרר את אנרגיית העירור. תהליך זה מתרחש בערך ב  שניות הראשונות שלאחר ההיתוך.[ד] האלומה עוברת דרך המטרה ומגיעה לחלק הבא, המפריד. אם גרעין חדש נוצר הוא יסחב עם האלומה אל המפריד.[10] במפריד, הגרעין החדש מופרד משאר הגרעינים (של האלומה המקורית וכל תוצרי הלוואי האחרים)[ה] ומועבר לגלאי מוליך למחצה שעוצר את הגרעין, המיקום בו נעצר הגרעין נרשם בגלאי, בנוסף הגלאי גם מסמן את האנרגיה של הגרעין והזמן שלקח לו להגיע אליו.[10] תהליך זה לוקח כ   שניות, ועל מנת לזהותו, על הגרעין לשרוד לפחות את משך הזמן הזה.[11] בנוסף הגלאי רושם את המיקום הזמן והאנרגיה כשהגרעין מגיע לדעיכה.[10]

יציבות הגרעין תלויה בכוח החזק, למרות זאת, תחומו מאוד קטן, וככל שהגרעין יהיה גדול יותר כך תקטן השפעתו של הכוח על הנוקליאונים בקצוות הגרעין. בנוסף לכך, על הגרעין פועלים כוחות פירוק בעקבות הדחייה האלקטרוסטטית בין הפרוטונים בגרעין, שלעומת הכוח החזק, לדחייה האלקטרוסטטית תחום אינסופי.[12] ולכן הגרעינים של היסודות הכי כבדים יתפרקו בעיקר על ידי סוגי דעיכה שנגרמים מדחייה אלקטרוסטטית: דעיכת אלפא ודעיכה אקראית. דעיכת האלפא נמדדת על ידי חלקיקי האלפא (הידועים גם כ- ) שנפלטו, ואת תוצרי הדעיכה ניתן לזהות בקלות עוד לפני זיהוי הדעיכה עצמה בגלאי. אם דעיכה כזאת או סדרה של דעיכות כאלה נותנת גרעין ידוע, את הגרעין המקורי של התגובה ניתן יהיה לקבוע אריתמטית במדידה עקיפה.[ו] דעיכה אקראית לעומת זאת, מייצרת כמה סוגי גרעינים כתוצרים ולכן לא ניתן לקבוע מהם את הגרעין המקורי.

אם כן, המידע היחד המתקבל כאשר מסנתזים את אחד היסודות העל-כבדים הוא המיקום, האנרגיה והזמן של הגעת החלקיק לגלאי ושל דעיכתו. לאחר מכן, כתלות בתוצאות, ניתן להסיק כי זהו אכן יסוד חדש ושהתוצאות לא היו יכולות להיגרם על ידי שום חלקיק ידוע אחר. או, שהמידע שהתקבל אינו מספיק כדי להסיק שזהו אכן יסוד חדש ואין שום הסבר אחר חוץ מלהסיק שהיו שגיאות שהפריעו בתהליך.[ז]

גילויעריכה

רקעעריכה

אורניום, שמספרו האטומי הוא 92, הוא היסוד הכבד ביותר שקיים באופן טבעי בכדור הארץ, ויסודות כבדים ממנו קיימים רק באופן מסונתז. הסינתוז הראשון של יסוד חדש - נפטוניום, שמספרו האטומי הוא 93, התרחש בשנת 1940 על ידי צוות מארצות הברית. במשך השנים הבאות מדענים אמריקאים סינתזו יסודות עד מנדלביום, שמספרו האטומי הוא 101, אותו סינתזו בשמת 1955. והחל מהיסוד ה102, נוצרה תחרות בין האמריקאים לסובייטים במי יגלה ראשון יסודות חדשים ויקבל את הקרדיט.[16]

דיווחים על גילויעריכה

הדיווח הראשון על גילוי יסוד 105 היה של המכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) הממוקם בדובנה, במחוז מוסקבה, רוסיה, באפריל 1968. המדענים הפציצו גרעיני 268Am באלומת יוני 22Ne, ודיווחו על קרינות אלפא באנרגיות של 9.4MeV (עם  ) ו-9.7MeV (עם  ), ואחריהן קרינת אלפא שדומה לזו של האיזוטופ 256103 או 257103[ח]. בהתבסס על השערות תיאורטיות ושתי דעיכות האלפא שבאו לאחר מכן, המדענים שייכו את שתי הדעיכות הראשונות ל-261105 ו-260105 בהתאמה.[17]

התגובה שהתרחשה בניסוי זה היא:

 


מחלוקות על שם היסודעריכה

הפזיקאי הגרעיני הדני נילס בוהר (מימין) והכימאי הגרעיני הגרמני אוטו האן (משמאל), שניהם הוצעו כשמות ליסוד 105.

המכון המאוחד למחקר גרעיני לא הציעו שם ליסוד אחרי שגילו אותו לראשונה, כמו שהיה נהוג בדרך כלל, מה שהוביל את הצוות מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי להניח שהצוות מהמכון המאוחד לחקר גרעיני לא גילה מספיק מידע בשביל לאשש את תגליתו.[18] לאחר שהמכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח לאסוף יותר מידע, הם הציעו את השם נילסבוהריום (Ns) על שם הפיזיקאי גרעיני הדני נילס בוהר, שפיתח את תאוריית מבנה האטום ותורת הקוונטים הישנה(אנ'). כשהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי גילתה לראשונה את היסוד, הם הציעו שהשם החדש יהיה האניום (Ha), על שם הכימאי הגרמני אוטו האן - "אבי הכימיה הגרעינית". וכך, נוצרה מחלוקת על שם היסוד.[19]

בתחילת שנות השבעים, שתי הקבוצות הכריזו על גילוי היסוד הבט בטבלה, יסוד 106, וגם ביסוד זה שתי הקבוצות לא הציעו שם ליסוד תחילה. המכון המאוחד למחקר גרעיני הציע להקים וועדה בינלאומית שתחליט על הקריטריונים למה נחשב כגילוי של יסוד, ואכן ב 1974 קם צוות משותף וניטרלי של שתי המעבדות.[20] למרות זאת, שתי הקבוצות לא רצו בכך שצד שלישי יפתור להם את הסכסוך, ולכן המדענים המובילים במעבדה הלאומית לורנס ברקלי - אלברט גיורסו וגלן תיאודור סיבורג נסעו בשנת 1975 לדובנה להיפגש עם המדענים המובילים במכון המאוחד למחקר גרעיני - גאורגי פליורוב ויורי אוגאנסיאן, בכדי לנסות לפתור את הסכסוך בינהם ולהוכיח שהצוות הניטרלי שקם מיותר. אך לאחר שעתיים של דיוניום הקבוצות נכשלו להגיע לעמק השווה.[21] בשנת 1979 הציע ה IUPAC שיטה למתן שמות ליסודות בהם ישתמשו עד ששתי הקבוצות יגיעו להחלטה בינהן על שם רשמי. ויסוד 105 נקרא אננילפנטיום (Unp) (באנגלית: unnilpentium, בלטינית un = 1, nil = 0 וביוונית pent = 5), למרות זאת, שני הצוותים התעלמו מקביעת שם זה, כיוון שלא רצו להחליש את תביעותיהם על גילוי היסוד.[22]

בשנת 1981, צוות ממרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים (GSI) שבדרמשטאדט, הסן, מערב-גרמניה הכריז על כך שהצליחו לסנתז את יסוד 107, חמש שנים אחרי שהמכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח לסנתז את יסוד זה, אך הצוות הגרמני קיבל תוצאות מדויקות יותר, ולכן הטענה שלהם לגילוי הייתה יותר מבוססת ומוצקה.[17] הצוות הגרמני הוכיר תודה לסובייטים על מאמצם בגילוי יסוד זה, על ידי כך שהצוות הגרמני הציע את השם נילסבוהריום (Ns) ליסוד 107.[20] ולמרות זאת, הצוות הסובייטי לא שינה את הצעתו לשם של יסוד 105, בטענה כי זה יותר חשוב לקבוע קודם מי גילה אותו ראשון.[20]

מיקום העיר דובנה במערב רוסיה

בשנת 1985, ארגון ה-IUPAC וארגון ה-IUPAP הקימו את Transfermium Working Group (TWG) - קבוצה שמטרת להעריך מי גילה כל יסוד שיש עליו מחלוקת, ולקבוע לו שם רשמי.[17] הקבוצה ערכה מפגשים עם נציגים מכל שלושת המכונים (GSI, JINR, LBNL); בשנת 1990 הם קבעו קריטריונים להכרה בגילוי יסוד, ובשנת 1991 הם סיימו את עבודת בשיוך הגילויים לכל מעבדה. ממצעם פורסמו בשנת 1993. לפי הדוח, הניסוי המוצלח הראשון לייצור יסוד 105 היה של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי באפריל 1970, ושהמכון המאוחד למחקר גרעיני צלח בניסוי חודשיים לאחר מכן, ביוני 1970, ולכן יש לתת קרדיט לגילוי לשני הצוותים.[17]

המעבדה הלאומית לורנס ברקלי התנגדה לדוח זה בטענה כי הנתונים מהמכון המאוחד למחקר גרעיני הוערכו יתר על המידה בדוח, וכי המכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח להראות באופן חד משמעי שהם הצליחו לייצר את יסוד 105 רק כשנה אחריהם. מנגד, המכון המאוחד למחקר גרעיני ומרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים קיבלו את החלטות דוח זה.[20]

בשנת 1994, הציע ה-IUPAC הצעות חדשות לשמות ליסודות עליהן יש מחלוקות, עבור יסוד 105, הציע הארגון את השם ג'ולנתיום (Jl) על שם הפיזיקאי הצרפתי פרדריק ז'וליו-קירי, שתרם רבות לפיתוח הפיזיקה והכימיה הגרעינית. שם זה הוצע במקור על ידי הצוות הסובייטי עבור יסוד 102, שמאז כבר קיבל את השם הרשמי נובליום, שהוצע על ידי האמריקאים. הצעה זו זכתה לביקורות מצד הצוות האמריקאי מכמה סיבות: ראשית, השמות רותרפורדיום והאניום שהציעו כשמות ליסודות 104 ו 105 ניתנו ליסודות 106 ו 108 במקום (בהתאמה). שנית, השמות שניתנו ליסודות 104 ו 105 היו דובניום וג'ולנתיום (בהתאמה) המועדפים על הצוות הסובייטי, למרות שנקבע שהצוות האמריקאי היה הראשון לגלות את היסוד. ושלישית, ה-IUPAC סירבו להצעת האמריקאים לשם סיבורגיום ליסוד 106, כיוון שבדיוק הוחלט כי יסוד לא יוכל להיות קרוי על שם אדם חי, אפילו שהוחלט שהצוות האמריקאי הוא המגלה היחיד של יסוד זה.[23][24]

בשנת 1995, זנח ארגון ה-IUPAC את השיטה השנויה במחלוקת, ובמקומה הקים וועדה של נציגים מכמה מדינות שנועדה למצוא פשרה בנושא השמות השנויים במחלוקת. וועדה זו הציעה את השם סיבורגיום ליסוד 106 בתמורה לוויתר כל שאר ההצעות של הצוות האמריקאי לשמות יסודות, חוץ מהצעתם לשם לורנציום ליסוד 103. השם נובליום ליסוד 102 (שכבר היה מושרש), הוחלף בשם פלרוביום על שם מדען הגרעין הסובייטי גאורגי פליורוב, בעקבות ההכרה מהדוח של שנת 1993 שמכיר בצוות הסובייטי כמגלים הראשונים של יסוד זה. הצוות האמריקאי התנגד להחלטה זו, וההחלטה בוטלה. השם פלרוביום לבסוף ניתן בשנת 2012 ליסוד 114.[25]

בשנת 1996 ערך ארגון ה-IUPAC פגישה נוספת שתדון מחדש בכל השמות הנוכחיים. והחליטה על הצעה חדשה לשמות, הצעה זו פורסמה בשנת 1997.[26] בהצעה זו הוחלט שיסוד 105 יקרא מעתה דובניום (Db) על שם העיר דובנה ברוסיה, מיקומו של המכון המאוחד למחקר גרעיני. והיסודות 102, 103, 104 ו 106 קיבלו את השמות שהציעו האמריקאים. השם דובניום היה שייך במקור ליסוד 104, בהצעתם הקודמת של ה-IUPAC.[24] הצוות האמריקאי "נאלץ" להסכים להחלטה זו, וכך הסתיימה לה המחלוקת על שמות היסודות העל-כבדים.[ט]

סיכום היסטוריית השמות ליסוד 105
הצעת הסובייטים (1970) הצעת האמריקאים (1970) שם זמני של IUPAC (1979) שם זמני של IUPAC בעקבות ההחלטה שהגילוי משותף לשתי המעבדות (1994) שם סופי (1997)
השם נילסבוהריום (Ns) האניום (Ha) אננילפנטיום (Unp) ג'ולנתיום (Jl) דובניום (Db)
דעת האמריקאים סירבו בטענה כי הם גילו קודם אישרו סירבו כיוון שלא רצו להחליש את תביעותיהם על גילוי היסוד סירבו לשם ולהחלטה על הגילוי המשותף בטענה שהמכון המאוחד למחקר גרעיני הצליח להראות באופן חד משמעי שהם הצליחו לייצר את יסוד 105 רק כשנה אחריהם אישרו
דעת הסובייטים אישרו סירבו בטענה כי הם גילו קודם סירבו כיוון שלא רצו להחליש את תביעותיהם על גילוי היסוד אישרו אישרו

איזוטופיםעריכה

 
טבלה מ-2012 המציגה את זמני מחצית החיים של איזוטופים לפי המכון המאוחד למחקר גרעיני, האיזוטופים שיוצרו עד שנה זו ממוסגרים.[27]

לדובניום מספר אטומי של 105, ולכן הוא יסוד על כבד. בדומה ליסודות על כבדים אחרים, הוא אינו יציב ומתפרק במהירות. האיזוטופ בעל זמן מחצית החיים הארוך ביותר של דובניום הוא  , ולו זמן מחצית חיים של כיממה.[28] לא ידוע על קיומם של איזוטופים יציבים של דובניום, ולפי הערכות של המכון המאוחד למחקר גרעיני, לדובניום לא יהיו איזוטופים בעלי זמן מחצית חיים גדול מכיממה.[י] כל איזוטופי הדובניום נוצרים אך ורק באופן מלאכותי.[י"א]

זמן מחצית החיים הקצר של הדובניום מגביל את האפשרות לעשות בו ניסויים, והגבלה זאת קשה עוד יותר כיוון שאת האיזוטופ הכי יציב שלו מאוד קשה לייצר. ליסודות עם מספר אטומי נמוך יותר יש איזוטופים יציבים יותר, עם יחס נייטרונים לפרוטונים נמוך יותר מאשר ליסודות עם מספר אטומי גבוהה. ולכן בייצור המלאכותי של היסוד, גרעיני המטרה ואלומת החלקיקים הדרושים ליצירת אותו איזוטופ, יכילו פחות נייטרונים ממה שצריך בכדי ליצור את האיזוטופים הכי יציבים.

בכל ייצור רק מספר אטומים בודדים של   יכולים להיווצר בכל פעם, ולכן מדידת זמן החיים משתנה באופן ניכר במהלך המדידה. בשלושה ניסויים, נוצרו בסך הכל 23 אטומי דובניום, עם זמן מחצית חיים של   שעות.[30]

האיזוטופ השני הכי יציב של דובניום הוא  , והוא יוצר בכמות עוד יותר קטנה - 3 אטומים בסך הכל, עם זמני מחצית חיים של 33.4 שעות,[31] 1.3 שעות ו 1.6 שעות.[32] שני אלו הם האיזוטופים הכבדים ביותר של דובניום נכון לעתה. ושניהם נוצרו על ידי דעיכה של יסוד כבד יותר (  ו  ) במקום על ידי ייצור ישיר, כיוון שהניסויים לייצורם תוכננו במקור בדובנה עם אלומות של  , בגלל מסתו. ה   הוא הגרעין עם הכי הרבה עודף נייטרונים שהוא גם יציב. מה שמסייע בסינתוז אטומים כבדים עם עודף נייטרונים. אך עבור אטומים גדולים מאוד הסבירות שהקלציום יעבור היתוך נמוכה, ולכן לא מייצרים את האיזוטופים עם עודפי הנייטרונים של דובניום באופן ישיר בדרך זו אלא על ידי דעיכה של אטום כבד יותר.[33][34]

האיזוטופ הראשון של דובניום שיוצר היה   שיוצר בשנת 1968. לדובניום 13 איזוטופים רדיואקטיביים.

רשימת האיזוטופים של דובניוםעריכה

גרעין[י"ב] שנת גילוי Z N מסת האיזוטופ (u) מחצית חיים דרך דעיכה[י"ג] תוצר דעיכה ספין או parity
אנרגיית ערעור
  2005 105 150 255.10707   α (~50%)  
SF (~50%) שונים
  1983?

2000

105 151 256.10789   α (~64%)  
SF (~0.02%) שונים
(36%~)    
  1985 105 152 257.10758   α (>94%)   (+9/2)
SF (<6%) שונים
(1%~)    
  1985     α (>87%)   (-1/2)
SF (<13%) שונים
(1%~)    
  1976?

1981

105 153 258.10929   α (~64%)  
SF (<1%) שונים
(36%~)    
 [י"ד]        
(נדיר) IT  
  2001 105 154 259.10949   α  
  1970 105 155 260.1113   α (>90.4%)  
SF (<9.6%) שונים
(2.5%>)    
 [20]    
  1971 105 156 261.11192   α (27%)  
SF (73%) שונים
  1971 105 157 262.11407   α (~30%)  
SF (~67%) שונים
(3%~)    
  1971?

1990

105 158 263.11499   α (~37%)  
SF (~56%) שונים
(6.9%~)  [ט"ו]  
 [ט"ז] 2006 105 161 266.12103   SF שונים
EC  
 [י"ז] 2003 105 162 267.12247   SF שונים
EC  
 [י"ח] 2003 105 163 268.12567   α  
SF (>99%) שונים
(1%>) EC  
 [י"ט] 2009 105 165 270.13136   α (~83%)  
SF (~17%) שונים
(1%>) EC  

היסטורית סינתוז האיזוטופיםעריכה

האיזוטופ המטרה האלומה תוצאת הניסיון
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה טרם נוסתה
      התגובה הצליחה
      התגובה הצליחה
      התגובה נכשלה

היתוך קרעריכה

קטע זה עוסק בסינתוז גרעיני דובניום על ידי תגובות היתוך "קר" (cold fusion). אלו תגובות אשר יוצרות גרעין באנרגיית עירור נמוכה (בין   ל- ), דבר המעלה את סיכויי הגרעין לשרוד את ההיתוך. לאחר מכן הגרעינים המעוררים חוזרים למצב יציב על ידי פליטת נייטרון אחד או שניים בלבד.

  •  
    • הניסיון הראשון ליצור דובניום על ידי היתוך קר התרחש ב 1976 על ידי צוות במעבדת FLNR ב JINR, דובנה, באמצעות התגובה המוצגת מעלה. הצוות הצליח לזהות פעילות של  , אותה הן שייכו תחילה ל- , אך לאחר מכן שינו את השיוך ל- .
    • בשנת 1981, צוות ממכון GSI חקר את התגובה הזו, ובאמצעות שימוש בטכניקה המשופרת של שרשרת דעיכות. הצוות הצליח לזהות כי הייתה פליטה של ניוטרון אחד. ולכן קבע כי מדובר ב- .[35]
    • בשנת 1983, הצוות מדובנה חקר מחדש את התגובה באמצעות שיטת זיהוי תוצר שרשרת דעיכה על ידי הפרדה כימית. הצוות הצליח למדוד את כמות דעיכות האלפא ואת תוצר שרשרת הדעיכה, ובכך יכל הצוות לאשש בשנית כי הגרעין המקורי אכן היה  .
    • בשנת 1985 הצוות ממכון GSI חקרו מחדש גם הם את התגובה, והם הצליחו לזהות 10 אטומי  .[36] לאחר שדרוג משמעותי במתקנים שלהם בשנת 1993, הצליח הצוות בשנת 2000 לזהות 120 דעיכות של  , 16 דעיכות של   ודעיכה אחת של   על ידי מדידה של פונקציות העירור של נייטרון אחד, שני נייטרונים ושל שלושה נייטרונים. המידע שאסף הצוות על   איפשר פיתוח ראשון של מחקר ספקטרוסקופי של האיזוטופ, וזיהוי האיזומר   וקביעה של מבנה הדעיכה עבור ה- .[37] התגובה שומשה במחקרי ספקטרוסקופיה של איזוטופים של מנדלביום ואיינשטייניום בשנים 2003-2004.[38]
  •  
    • תגובה זו נחקרה על ידי יורי אוגאנסיאן וצוותו, בדובנה, 1983. הם הבחינו בפעילות של  , אותה הם שייכו בספקנות ל , אך תוצאות מאוחרות יותר הניעו אותם לשייך את הפעילות ל .
  •  
    • תגובה זו נחקרה על ידי יורי אוגאנסיאן וצוותו, בדובנה, 1983. הם הבחינו בפעילות של   אותה הם שייכו בספקנות ל , אך תוצאות מאוחרות יותר הניעו אותם לשייך את הפעילות ל .
    • בשנת 2005 צוות מאוניברסיטת יובסקילה חקרו את התגובה הזאת, וגילו 3 אטומי   עם שטח חתך של  .[כ][39]
  •  
    • צוות המחקר בJINR חקר גם את תגובה זו, בשנת 1976. הצוות הצליח לזהות שוב פעילות של  , אותן הן שייכו תחילה ל- , אך לאחר מכן שינו את השיוך ל- .
    • בשנת 2006 צוות מחקר מLBNL חקר מחדש תגובה זו, כחלק מתוכנית odd-Z projectile שלהם. הצוות הצליח לזהות גם   שנוצר מפליטת נייטרון אחד ו -  שנוצר מפליטת שני נייטרונים.[40]
  •  
    • צוות המחקר בJINR חקר גם את תגובה זו, בשנת 1976. אך בניסוי זה לא הצליח הצוות לזהות שוב פעילות של  , אותה הן יוכלו לשייך ל-  ו- . במקום זאת הצוות הצליח לזהות פעילות של  , אותה הם שייכו בספקנות ל .
  •  
    • צוות המחקר בJINR חקר גם את תגובה זו, בשנת 1976. הצוות הצליח לזהות שוב פעילות של  , אותן הן שייכו תחילה ל- , אך לאחר מכן שינו את השיוך ל- .

היתוך חםעריכה

קטע זה עוסק בסינתוז גרעיני דובניום על ידי תגובות היתוך "חם" (hot fusion). אלו תגובות אשר יוצרות גרעין באנרגיית עירור גבוהה (בין   ל- ), דבר המוריד את סיכויי הגרעין לשרוד את ההיתוך. לאחר מכן הגרעינים המעוררים חוזרים למצב יציב על ידי פליטת 3 עד 5 נייטרונים.

  •  
    • ישנם דיווחים מועטים על כך שתגובה זו נחקרה בשנת 1989 על ידי צוות במעבדת FLNR ב JINR. מקור אחד מציין שהניסוי לא צלח ולא התגלו אטומים בתגובה, בעוד מקור אחר מציין כי בניסוי התגלו   ו-5 נייטרונים.
  •  
    • בשנת 2006, כחלק מניסוי על השימוש באורניום כמטרה ביצירת גרעינים כבדים, צוות המעבדה הלאומית לורנס ברקלי בהובלת קן גרגוריץ חקר את התגובה הזו ואת הפליטות של 4 ו-5 נייטרונים שלה.[41]
  •  
    • תגובה זו נחקרה לראשונה בהמכון המאוחד למחקר גרעיני על ידי אנדרייב וצוותו בשנת 1992. הצוות הצליח לזהות   ו-  בפליטות של 6 נייטרונים ו-5 נייטרונים (בהתאמה), עם תשואות של 75pb ו 450pb בהתאמה.[42][כ]
  •  
    • שני הניסיונות הראשונים לסנתז את יסוד 105 בוצעו ב-1968 פליורוב בדובנה, רוסיה. הצוות זיהה שתי דעיכות אלפא אותן הן שייכו ל-  ו- . הם חזרו על ניסויים שוב בשנת 1970 במטרה לבחון האם היו גם דעיכות ספונטניות (אנ'), והם זיהו פעילות של   אותה הן שייכו ל- .
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

דעיכת גרעינים כבדים יותרעריכה

איזוטופים של דובניום נצפו גם בדעיכות של גרעינים כבדים יותר. התצפיות עד כה מסוכמות בטבלה שלהלן:

הגרעין הכבד יותר איזוטופ הדובניום שנצפה
   
   
   
   
   
 ,    
   
   
 ,    
   
   

איזומריםעריכה

קטע זה עוסק באיזומרים של איזוטופים של דובניום, כלומר איזוטופים במצב מעורר.

  •   - נתונים עדכניים על דעיכתו של   מראים שלחלק משרשראות הדעיכה שעוברות דרך   יש זמן חיים ארוך בהרבה מהמצופה. דעיכות אלו קושרו לדעיכה איזומרית של קרינת אלפא עם זמן מחצית חיים של כ-19 שניות. דרושים מחקרים נוספים על מנת לקבוע יותר על האיזומר.
  •   - ראיות למצב איזומרי של האיזוטופ   נמצאו ממחקרים על   ועל  . ראיות אלה מצביעות כי לדעיכות של לכידת אלקטרון (EC) יש זמן חיים שונה מאשר לאלו שנוצרו מדעיכת אלפא. ולכן הוסק כי קיים מצב איזומרי של   שנוצר מדעיכה זו, עם זמן מחצית חיים של כ-20 שניות. דרושים מחקרים נוספים על מנת לקבוע יותר על האיזומר.
  •   - מחקר בנושא היווצרות ודעיכה של   הוכיח כי קיים לאיזוטופ זה מצב מעורר. במקור, גילו כי   עובר דעיכה על ידי פליטת אלפא עם האנרגיות 9.16 MeV, 9.07 MeV ו 8.97 MeV. מחקר של הקשר בין דעיכות אלו ל  , הראה כי הדעיכה של 9.16 MeV שייך לאיזומר אחר של האיזוטופ -  .

מערכי דעיכהעריכה

  •  
 
תרשים מניסוי של מרכז הלמהולץ למחקר יונים כבדים משנת 2001 על דעיכה של  .

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא דובניום בוויקישיתוף

ביאוריםעריכה

  1. ^ בפיזיקה גרעינית, יסוד נקרא כבד אם מספרו האטומי הוא גבוה, לדוגמה, עופרת (שמספרה האטומי הוא 82) היא יסוד כבד. המונח "יסודות סופר-כבדים" או "יסודות על-כבדים" בא לתאר יסודות שמספרם האטומי גבוה מ103 (הגם שיש המגדירים זאת כגבוה מ100, או כגבוה מ112). המונח "איזוטופים כבדים" (של יסוד כלשהו) ו"גרעינים כבדים" מתארים איזוטופים בעלי מסה גבוהה, וגרעינים בעלי מסה גבוהה (ליסוד הנתון), בהתאמה.[1][2]
  2. ^ בשנת 2009, קבוצה במכון המאוחד למחקר גרעיני (JINR) בהובלת אוגאנסיאן פרסמה את תוצאות הניסיון שלהם לייצור האסיום בתגובה סימטרית  , הקבוצה לא זיהתה אף לא אטום בודד שנוצר בריאקציה, ומשם הסיקו כי יש גבול עליון לשטח החתך (cross section) - המדד לסיכוי התגובה להתרחש, של 2.5 בארן. בתור השוואה, התגובה שבעקבותה התגלה האסיום הייתה  , ולה היה סיכוי של כ 20 בארן, כפי שנאמד על ידי המגלים.[3]
  3. ^ ככל שהגרעין במצב מעורר יותר, כך יפלטו יותר נייטרונים. אם אנרגיית המצב המעורר נמוכה מהאנרגיה המקשרת כל נייטרון לשאר הגרעין אז אף נייטרון לא יפלט, ובמקום, הגרעין המורכב יחזור מהמצב המעורר על ידי פליטת קרינת גמא. על מנת להימנע ממצב של ביקוע גרעיני ואיבוד הגרעין שיוצר, ניתן ליצור את הגרעין עם יותר נייטרונים, וכך יש יותר סיכוי שיפלוט נייטרון מאשר יעבור ביקוע. לשם כך משתמשים לרוב באלומת גרעינים של קלציום 48, לה 28 נייטרונים ו20 פרוטונים, והיא תביא ליחס נייטרונים לפרוטונים גדול.
  4. ^ ההגדרה לפי IUPAC, קובעת כי יסוד כימי יכול להיחשב כמגולה אם הגרעין שלו לא דעך בתוך   שניות. ערך זה נבחר כהערכה לכמה זמן לוקח לגרעין להשיג את קליפת האלקטרונים החיצונית שלו ובכך להציג את תכונותיו הכימיות המתאימות. ערך זה מציין גם את הגבול העליון לזמן החיים של גרעין מורכב.[7][8][9]
  5. ^ המפריד מתבסס על כך שהגרעין החדש שנוצר נע לאט יותר מאלומת הגרעינים האחרים. המפריד מכיל שדה אלקטרי ומגנטי שהשפעתם על חלקיקים נעים מתבטלת במהירויות ספציפיות של החלקיקים. המפריד יכול להיעזר גם בספקטרוסקופיית המסה זמן-התעופה ובמדידת אנרגיית הרתיעה. שילוב של שניהם יכול לאפשר הערכה של מסת הגרעין
  6. ^ מאחר שהמסה של הגרעין אינה מחושבת באופן ישיר אלא מחושבת מגרעינים אחרים, המדידה נקראת עקיפה. קיימות גם מדידות ישירות, אך הן לרוב בלתי אפשריות לגרעינים כבדים. המדידה הישירה הראשונה של גרעין כבד התבצעה בשנת 2018 בLBNL. המסה נקבעה לפי המיקום של הגרעין לאחר המעבר עם האלומה (המיקום מאפשר לגלות את המסלול שעבר, אשר קשור ליחס המסה-מטען של הגרעין מאחר שהמעבר נעשה תחת מגנט)[13][14][15]
  7. ^ לדוגמה, יסוד 102 זוהה בטעות בשנת 1957 במכון נובל לפיזיקה בסטוקהולם, שוודיה, לא היו טענות קודמות ליצירת היסוד, ושמו ניתן לו על ידי מגליו. לאחר מכן הראו כי הגילוי היה שגוי לאחר שLBNL לא הצליחו לשחזר את תוצאות הניסוי השוודי.
  8. ^ קרינות האלפא שבאו לאחר מכן הן עוד הצדקה לכך שאכן נוצרו בניסוי שני האיזוטופים הללו של דובניום, שכן דעיכת אלפא מורידה את המספר האטומי ב-2 ואת המסה האטומית ב-4, ולכן אם התקבלו דעיכות אלפא של שני הגרעינים הללו, ניתן להסיק כי אותם גרעינים התקבלו על ידי דעיכת אלפא של דובניום.
  9. ^ ארגון ה-IUPAC ציין כי המעבדה הלאומית לורנס ברקלי כבר הוכרה כמגלה של היסודות ברקליום, אמריציום וקליפורניום, ושהשמות רותרפורדיום וסיבורגיום עבור היסודות 104 ו 106 צריכים להתקזז כהכרה בתרומות המכון המאוחד למחקר גרעיני לגילוי היסודות 104, 105 ו 106.שגיאת לואה: (בקריאה לתבנית:הערה) תוכן כפול: כותרת=Names and symbols of transfermium elements (IUPAC Recommendations 1997) וגם כתובת=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/pac199769122471/html.
  10. ^ הערך הניסיוני הנוכחי הכי גבוה הוא של כ28 שעות של האיזוטופ  , אבל לא ניתן להשתמש בחוק המספרים הגדולים, עליו מסתמכים חישובי זמן מחצית חיים, לקביעת הזמן, כיוון שלא נעשו מספיק ניסויי דעיכה. ולכן ערך זה נמצא בטווח בטיחות של 95% (כלומר יש סיכוי של 5% שהערך האמיתי שונה)[27]
  11. ^ התאוריה הגרעינית של אטומים לא חוזה איזוטופ בערך זמן חיים ארוך לדובניום. אך טענות הועלו בעבר כי איזוטופים לא ידועים של יסודות על כבדים היו קיימים בתחילת חייו של כדור הארץ. לדוגמה, נטען בשנת 1963 כי לאיזוטופ   זמן מחצית חיים של בין 400 ל 500 מיליון שנה. דוגמה נוספת היא טענה שעלתה ב 2009 לפיה לאיזוטופ   צפוי זמן מחצית חיים של כ-100 מיליון שנה.אך אף אחת מהטענות לא זכתה לאישוש.[29]
  12. ^ כאשר מופיע   הכוונה לאיזוטופ במצב מעורר
  13. ^ דרכי דעיכה: IT - isomeric transition SP - spontaneous fission
  14. ^ קיומו של איזוטופ זה אינו וודאי
  15. ^ הגרעין הכי כבידה שידוע שקיימת לו דעיכת  .
  16. ^ לא מיוצר באופן ישיר, אלא תוצר של שרשרת דעיכות של  
  17. ^ לא מיוצר באופן ישיר, אלא תוצר של שרשרת דעיכות של  
  18. ^ לא מיוצר באופן ישיר, אלא תוצר של שרשרת דעיכות של  
  19. ^ לא מיוצר באופן ישיר, אלא תוצר של שרשרת דעיכות של  
  20. ^ 1 2 שטח חתך (cross section) הוא המדד לסיכוי תגובה להתרחש, ביחידות של בארן

הערות שוליייםעריכה

  1. ^ קטרינה קרמר, Explainer: superheavy elements, Chemistry World, ‏2016
  2. ^ המעבדה הלאומית לורנס ליברמור, Discovery of Elements 113 and 115, ‏11 בספטמבר 2015
  3. ^ יורי אוגאנסיאן, דימיטרייב ס.נ., ירמין א.ו., Attempt to produce the isotopes of element 108 in the fusion reaction 136Xe + 136Xe, Physical Review, ‏2009
  4. ^ Samanth Subramanian, Making New Elements Doesn't Pay. Just Ask This Berkeley Scientist, ביזנסוויק, ‏28 באוגוסט 2019 (באנגלית)
  5. ^ 1 2 D. Ivanov, Superheavy steps into the unknown, N+1, ‏2019 (ברוסית)
  6. ^ David Hinde, Something new and superheavy at the periodic table, The Conversation, ‏2014 (באנגלית)
  7. ^ אנטונין קרסה, Neutron Sources for ADS, האוניברסיטה הטכנית הצ'כית בפראג, ‏2010
  8. ^ א.ה. וופסטרה, Criteria that must be satisfied for the discovery of a new chemical element to be recognized, Pure and Applied Chemistry, ‏2019
  9. ^ דרלין כריסטיאן הופמן, א.ק. הייד, א.ל. קלר, A History and Analysis of the Discovery of Elements 104 and 105 (עמ' 67-68), ‏1987
  10. ^ 1 2 3 Chemistry World, How to Make Superheavy Elements and Finish the Periodic Table, סיינטיפיק אמריקן, ‏2016 (באנגלית)
  11. ^ V. Zagrebaev, A. Karpov, W. Greiner, Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?, Journal of Physics: Conference Series, ‏2013 (באנגלית)
  12. ^ A. Beiser, Concepts of modern physics (6th ed.), ‏2003 (באנגלית)
  13. ^ יורי אוגאנסיאן, קרזיסטוף ריקצסקי, A beachhead on the island of stability, Physics Today, ‏2015
  14. ^ אנדרו גרנט, Weighing the heaviest elements, Physics Today, ‏2018
  15. ^ לורה האוס, Exploring the superheavy elements at the end of the periodic table, Chemical & Engineering News, ‏2019
  16. ^ ד.ס הופמן, The Transuranium Elements: From Neptunium and Plutonium to Element 112, Lawrence Livermore National Laboratory, ‏1996
  17. ^ 1 2 3 4 R.C. Barber, N.N. Greenwood, A. Hrynkiewicz, Y.P. Jeannin, M. Lefort, M. Sakai, DISCOVZRY OF THE TRANSFERMIUM ELEMENTS, IUPAC, ‏1993 (באנגלית)
  18. ^ Dubnium chemical element, אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
  19. ^ Marco Fontani, Mariagrazia Costa, Mary Virginia Orna, The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side, 2014, עמ' 386
  20. ^ 1 2 3 4 5 A. Ghiorso, G.T. Seaborg, Yu. Organessian, I. Zvara, Responses on the Report DISCOVERY OF THE TRANSFERMIUM ELEMENTS, IUPAC, ‏1993
  21. ^ A. Robinson, An Attempt to Solve the Controversies Over Elements 104 and 105: A Meeting in Russia, 23 September 1975, Bulletin of the American Physical Society, ‏28 בינואר 2017 (באנגלית)
  22. ^ L. Öhrström, N.E. Holden, The Three-letter Element Symbols:, Chemistry International, ‏19 במרץ 2016 (באנגלית)
  23. ^ Lynn Yarris, Naming of element 106 disputed by international committee, ‏14 באוקטובר 1994 (באנגלית)
  24. ^ 1 2 NAMES AND SYMBOLS OF TRANSFERMIUM ELEMENTS, IUPAC, ‏1994 (באנגלית)
  25. ^ Names and symbols of the elements with atomic numbers 114 and 116 (IUPAC Recommendations 2012)*, IUPAC, ‏26 ביוני 2012 (באנגלית)
  26. ^ Jitendra K. Bera, Names of the heavier elements, IUPAC, ‏1999 (באנגלית)
  27. ^ 1 2 א.ו. קרפוב, ו.י. זגרבב, י. מרטינז פלנזואלה, וולטר גריינר, Superheavy Nuclei: Decay and Stability, ‏2013
  28. ^ ג. האודי, פ.ג. קונדב, מ. וונג,, The NUBASE2012 evaluation of nuclear properties∗ (עמ' 126), Chinese Physics C, ‏2012
  29. ^ א. מרינוב, י. רודושקין, ד. קולב, א. פאפא, י. קשיב, ר. ברנדט, ר.ו. גנטרי, ה.ו. מילר, EVIDENCE FOR THE POSSIBLE EXISTENCE OF A LONG-LIVED SUPERHEAVY NUCLEUS WITH ATOMIC MASS NUMBER A = 292 AND ATOMIC NUMBER Z ≅ 122 IN NATURAL Th, International Journal of Modern Physics E., ‏2010
  30. ^ Stoyer, N. J.; Landrum, J. H.; Wilk, P. A., Chemical Identification of a Long-Lived Isotope of Dubnium, a Descendant of Element 115, Nuclear Physics A., ‏2007
  31. ^ יורי אוגאנסיאן, פ.ש. אבדולין, פ.ד. ביילי, ד.א. בנקר, Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117, Physical Review Letters., ‏2010
  32. ^ ג'. קוייאגבטאר, א. ייקושב, צ.א. דולמן, [https://lup.lub.lu.se/search/ws/files/2377958/4432321.pdf 48Ca+249Bk Fusion Reaction Leading to Element Z=117: Long-Lived -Decaying 270Db and Discovery of 266Lr], ‏2010
  33. ^ [https://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/2011/09/08/333.6048.1479-b.DC1/SciencePodcast_110909.pdf Science Magazine Podcast Transcript, 9 September 2011], ‏2011
  34. ^ יורי אוגאנסיאן, א. סוביסזווסקי, ג.מ תר-אקופיאן, Superheavy nuclei: from predictions to discovery
  35. ^ ג. מונזנברג, ס. הופמן, Identification of element 107 by α correlation chains, ‏1981
  36. ^ ג. מונזנברג, ס. הופמן, The new isotopes 258105,257105,254Lr and 253Lr, ‏1985
  37. ^ ג. מונזנברג, ס. הופמן, Decay properties of neutron-deficient isotopes 256, 257Db, 255Rf, 252, 253Lr, ‏2001
  38. ^ ס. הופמן, ד.הקרמן, Energy systematics of low-lying Nilsson levels in odd-mass einsteinium isotopes, ‏2005
  39. ^ ARI-PEKKA LEPPÄNEN, ALPHA-DECAY AND DECAY-TAGGING STUDIES OF HEAVY ELEMENTS USING THE RITU SEPARATOR (עמ' 83-100), University of Jyväskylä, ‏2005
  40. ^ J.M. Gates, S.L. Nelson, K.E. Gregorich, I. Dragojevic, Measurement of the 208Pb(51V,xn)259-xDb Excitation Function, LBNL Annual Report, ‏2005
  41. ^ K.E Gregorich, Ch.E. Düllmann, C.M. Folden, R. Sudowe, S.L. Nelson, J.M. Gates, I. Dragojević, ,M.A. Garcia, Y.H. Chung, R. Eichler, G.K. Pang, A. Türler, A. Yakushev, D.C. Hoffman, H. Nitsche, Systematic Study of Heavy Element Production in Compound Nucleus Reactions with 238U Targets, ‏2006
  42. ^ A.N. Andreyev, D.D. Bogdanov, V.I. Chepigin, A.P. Kabachenko, O.N. Malyshev, Y.T. Oganessian, R.N. Sagajdak, G.M. Ter-Akopian, A.V. Yeremin, F.P. Hessberger, S. Hofmann, V. Ninov, M. Florek, S. Saro, M. Veselsky, Investigation of the fusion reaction 27Al+236U→263105 at excitation energies of 57 MeV and 65 MeV, ‏1992