화학의 경계를 넓히다: GSI/FAIR에서 측정된 지금까지 연구된 가장 무거운 원소의 특성

화학의 경계를 넓히다: GSI/FAIR에서 측정된 지금까지 연구된 가장 무거운 원소의 특성 초중원소 114(flerovium)는 휘발성 금속입니다. 날짜: 2022년 9월 15일 원천: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH 요약: 연구원들은 다름슈타트에 있는 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung의 가속기 시설에서 초중원소인 플레로비움(원소 114)의 화학적 특성에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다. 측정 결과 플레로비움이 주기율표에서 가장 휘발성이 강한 금속임을 알 수 있습니다. 국제 연구팀이 다름슈타트에 있는 GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung의 가속기 시설에서 초중원소 플레로비움(원소 114)의 화학적 특성에 대한 새로운 통찰력을 얻는 데 성공했습니다. 측정 결과 플레로비움이 주기율표에서 가장 휘발성이 강한 금속임을 알 수 있습니다. 따라서 Flerovium은 화학적으로 연구된 주기율표에서 가장 무거운 원소입니다. Frontiers in Chemistry 저널에 발표된 이 결과를 통해 GSI는 초중원소 화학 연구에서 선도적 위치를 확인하고 현재 건설 중인 국제 시설 FAIR(반양성자 및 이온 연구 시설)에 대한 새로운 시각을 열어줍니다. 다름슈타트(Darmstadt)와 마인츠(Mainz) 그룹의 지도 하에 현재 알려진 두 개의 가장 수명이 긴 플레로비움 동위원소인 플레로비움-288과 플레로비움-289가 GSI/FAIR의 가속 시설을 사용하여 생산되었으며 TASCA 실험 설정에서 화학적으로 조사되었습니다. 주기율표에서 플레로비움은 중금속 납 아래에 위치합니다. 그러나 초기 예측은 원자가 전자에 대한 초중량 원소의 핵에 있는 높은 전하의 상대론적 효과가 비활성 기체와 같은 거동을 유발할 것이라고 가정한 반면, 최근의 예측은 오히려 약한 금속 거동을 제안했습니다. 2009년 다름슈타트의 GSI에서 수행된 이전에 수행된 두 가지 화학 실험은 상반된 해석으로 이어졌습니다. 첫 번째 실험에서 관찰된 세 개의 원자는 희가스와 같은 행동을 추론하는 데 사용되었지만, GSI에서 얻은 데이터는 두 개의 원자를 기반으로 한 금속 특성을 나타냅니다. 두 실험은 성격을 명확하게 확립할 수 없었다. 새로운 결과는 예상대로 플레로비움이 불활성이지만 조건이 적합하다면 희가스보다 더 강한 화학 결합을 형성할 수 있음을 보여줍니다. 결과적으로 Flerovium은 주기율표에서 가장 휘발성이 강한 금속입니다. 따라서 Flerovium은 그 특성이 실험적으로 연구된 가장 무거운 화학 원소입니다. 화학적 특성의 결정으로 GSI/FAIR는 초중원소 연구에서 선두 위치를 확인했습니다. "주기율표의 경계를 탐색하는 것은 처음부터 GSI의 연구 프로그램의 기둥이었으며 미래의 FAIR에서도 그러할 것입니다. 몇 개의 원자가 최초의 기본적인 화학적 특성을 탐구하는 데 이미 사용될 수 있다는 사실, GSI 및 FAIR의 과학 전무 이사인 Paolo Giubellino 교수는 "이러한 물질의 더 많은 양이 어떻게 작용할 것인지에 대한 표시는 강력한 가속기 시설과 전 세계적인 협력의 전문성 덕분에 매혹적이며 가능합니다."라고 설명합니다. "FAIR와 함께, 6주간의 실험 플레로비움의 화학적 성질을 규명하기 위해 GSI/FAIR에서 수행된 실험은 총 6주 동안 지속되었습니다. 이를 위해 GSI 선형 가속기 UNILAC에 의해 4조 개의 칼슘-48 이온이 매초 광속의 10%까지 가속되고 플루토늄-244가 포함된 표적에 발사되어 하루에 몇 개의 플로로븀 원자가 형성되었습니다. 형성된 플레로비움 원자는 표적에서 가스가 채워진 분리기 TASCA로 반동했습니다. 자기장에서 1초 정도의 수명을 가진 형성된 동위원소인 flerovium-288과 flerovium-289는 강력한 칼슘 이온 빔과 핵 반응의 부산물에서 분리되었습니다. 그들은 박막을 관통하여 화학 장치에 들어가 헬륨/아르곤 가스 혼합물에서 멈추었습니다. 이 가스 혼합물은 원자를 COMPACT 가스 크로마토그래피 장치로 플러싱하여 처음으로 산화규소 표면과 접촉하게 되었습니다. 실리콘 산화물에 대한 결합이 너무 약하면 원자가 금 표면 위로 더 많이 이동하게 됩니다. 처음에는 실온에 보관된 표면을 거쳐 약 -160°C까지 점점 더 차가운 표면 위로 이동합니다. 표면은 방사성 붕괴의 공간 분해 감지에 의해 개별 원자를 등록하는 특수 핵 방사선 감지기에 얇은 코팅으로 증착되었습니다. 붕괴 생성물은 짧은 수명 후에 추가 방사성 붕괴를 겪기 때문에 각 원자는 플레로븀 원자의 존재를 명확하게 추론할 수 있는 몇 가지 사건의 특징적인 신호를 남깁니다. 화학을 위한 주당 하나의 원자 "TASCA 분리기의 결합, 화학적 분리 및 방사성 붕괴 검출, 첫 번째 실험 이후 가스 크로마토그래피 장치의 기술 개발 덕분에 효율을 높이고 소요 시간을 줄이는 데 성공했습니다. 매주 하나의 플레로븀 원자를 관찰할 수 있을 정도로 화학적 분리가 이루어졌습니다."라고 국제 실험 협력의 대변인인 GSI/FAIR의 Alexander Yakushev 박사가 설명합니다. 이러한 6개의 붕괴 사슬이 데이터 분석에서 발견되었습니다. 설정이 첫 번째 GSI 실험의 설정과 유사하기 때문에 새로 얻은 데이터를 당시 관찰된 두 개의 원자와 결합하여 함께 분석할 수 있었습니다. 산화 규소 코팅된 검출기의 범위 내에서 붕괴 사슬이 나타나지 않았으며, 이는 플레로비움이 산화 규소와 실질적인 결합을 형성하지 않음을 나타냅니다. 대신 10분의 1초도 채 되지 않는 시간에 모든 가스가 장치의 금으로 코팅된 부분으로 가스와 함께 운반되었습니다. 8개의 이벤트는 2개의 영역을 형성했습니다. 첫 번째는 실온에서 금 표면 영역에서, 두 번째는 크로마토그래프 후반부에서 매우 낮은 온도에서 매우 얇은 얼음 층이 금을 덮어 흡착이 발생했습니다. 얼음에. 중금속, 약한 반응성 금속 및 희가스를 대표하는 납, 수은 및 라돈 원자에 대한 실험에서 납은 산화규소와 강한 결합을 형성하는 반면 수은은 금 검출기에 도달하는 것으로 알려져 있습니다. 라돈은 실온에서 금 검출기의 첫 번째 부분 위로 날아가고 가장 낮은 온도에서 부분적으로만 유지됩니다. Flerovium 결과는 이 동작과 비교할 수 있습니다. 분명히, 플레로비움 종의 금 표면과의 두 가지 유형의 상호 작용이 관찰되었습니다. 실온에서 금에 증착되는 것은 희가스에서는 발생하지 않는 비교적 강한 화학 결합의 형성을 나타냅니다. 다른 한편으로, 일부 원자는 그러한 결합을 형성할 기회가 전혀 없었던 것으로 보이며, 금 표면의 가장 낮은 온도까지 장거리로 이동되었다. 이 검출기 범위는 모든 원소 종에 대한 트랩을 나타냅니다. 이 복잡한 거동은 금 표면의 형태로 설명할 수 있습니다. 금 표면은 작은 금 클러스터로 구성되어 있으며 경계에서 매우 반응성이 높은 부위가 발생하여 분명히 플레로비움이 결합할 수 있습니다. 일부 플레로븀 원자가 저온 영역에 도달할 수 있다는 사실은 어떤 경우에도 금에 유지되는 수은과 달리 그러한 위치와 마주한 원자만이 결합을 형성했음을 나타냅니다. 따라서 플레로비움의 화학 반응성은 휘발성 금속 수은보다 약하다. 현재 데이터는 실온에서 금의 첫 번째 증착 영역이 플레로비움 분자의 형성 때문일 가능성을 완전히 배제할 수 없습니다. 그러나 이 가설에서도 플레로비움이 희가스 원소보다 화학적으로 더 반응성이 높다는 결론이 나옵니다. 현재 데이터는 실온에서 금의 첫 번째 증착 영역이 플레로비움 분자의 형성 때문일 가능성을 완전히 배제할 수 없습니다. 그러나 이 가설에서도 플레로비움이 희가스 원소보다 화학적으로 더 반응성이 높다는 결론이 나옵니다. 현재 데이터는 실온에서 금의 첫 번째 증착 영역이 플레로비움 분자의 형성 때문일 가능성을 완전히 배제할 수 없습니다. 그러나 이 가설에서도 플레로비움이 희가스 원소보다 화학적으로 더 반응성이 높다는 결론이 나옵니다. 이해의 열쇠로서의 국제 및 학제간 협력 플레로비움 생산을 위한 이국적인 플루토늄 표적 물질은 부분적으로 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소(LLNL)에서 제공했습니다. Johannes Gutenberg University Mainz(JGU)에 있는 화학과의 TRIGA 사이트에서 이 물질은 GSI/FAIR에서 제작된 얇은 티타늄 호일에 전해 증착되었습니다. 핵 및 화학 과학 부문 책임자인 Dawn Shaughnessy 박사는 "이 물질은 세계에 많지 않으며, 다른 방법으로는 불가능했을 이러한 실험에 사용할 수 있게 되어 행운입니다."라고 말했습니다. LLNL. "이 국제 협력은 어려운 과학적 문제를 해결하고 플레로비움의 화학적 특성과 같은 오랜 질문에 답하기 위해 전 세계의 기술과 전문 지식을 결합합니다." "저희 가속기 실험은 JGU의 화학부 및 물리학 연구소뿐만 아니라 여러 GSI 부서와 협력하여 검출기 표면에 대한 자세한 연구를 통해 보완되었습니다. 이것은 플레로비움의 화학적 특성을 이해하는 열쇠임이 입증되었습니다. 결과적으로, 이전 두 실험의 데이터는 이제 우리의 새로운 결론과 이해할 수 있고 양립할 수 있습니다. GSI와 JGU 간의 협력. 상대론적 효과가 최근에야 공식적으로 인정된 니호늄(원소 113)과 모스코비움(원소 115) 원소에 미치는 영향은 후속 실험의 주제입니다. 초기 데이터는 이미 GSI에서 FAIR Phase 0 프로그램의 일부로 획득되었습니다. 또한 연구자들은 훨씬 더 안정적인 플레로비움 동위원소가 존재할 것으로 예상하지만 아직 발견되지 않았습니다. 그러나 연구자들은 이제 금속 원소를 찾을 수 있다는 것을 이미 알고 있습니다. GSI/FAIR 및 JGU 외에도 HIM, 리버풀 대학교(영국), 룬드 대학교(스웨덴), Jyväskyla 대학교(핀란드), 오슬로 대학교(노르웨이), 전자 기술 연구소( 폴란드), 로렌스 리버모어 국립 연구소(미국), 사하 원자력 물리학 연구소 및 인도 루키 공과 대학(인도), 공동 원자력 기구 및 RIKEN 연구 센터(일본), 호주 국립 대학( 호주)이 실험에 참여했습니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>