Els empèdocles moderns – Yuri Oganessian (2000) i l’element 116 (Lv) – livermori (ununhexi, Uuh)

Quan Robert Thomas Livermore s’establí a l’Alta Califòrnia el 1822, després de desertar d’un vaixell mercant que havia fet parada a San Pedro, no devien haver en tota la província més que un grapat d’anglòfons, molts d’ells també desertors d’altres mercants anglesos. Livermore tenia llavors 23 anys. Havia nascut a Springfield (Essex) el 1799. A 17 anys s’embarcà per primera vegada. En arribar a Baltimore (Maryland) s’allistà a l’Armada nord-americana, amb la qual viatjà a Sud-amèrica. Allà passa eventualment a enrolar-se en la flota britànica de Lord Cochrane que, en el 1820, lluità en aigües peruanes contra els espanyols. Poc després ingressà en la tripulació del vaixell mercant amb el qual arribà a Califòrnia. És simptomàtic que, després d’haver treballat en la Missió de Sant Gabriel i de passar més cap al nord, es convertís al catolicisme en la Missió de Santa Clara i arribés a prendre el nom de Juan Bautista Roberto José Livermore. Aquest tràmit va afavorir que el governador Pablo Vicente de Solá li donés el permís definitiu d’establiment. A l’Alta Califòrnia es visqué amb serenor el pas el canvi de la sobirania espanyola per la mexicana. La colonització avançava en detriment de la població indígena. Era el cas dels Ohlone (dits costanos pels espanyols), en el territori dels quals s’establiren Livermore i el seu soci, José Noriega en el 1837. Fou llavors que Livermore es casà amb una jove vídua, Josefa Higuera, i manegà ja el propi rancho. En el 1844, adquiria la ciutadania mexicana. Livermore sembla que visqué un xic apartat de les transformacions que vingueren poc després: l’ocupació nord-americana (1845) i la febre d’or (1848). Quan es va morir el 1858, molts dels nous habitants el recordaven com a home generós i hospitalari. En el 1869, un dels qui el va conèixer William Mendenhall, l’homenatjà en triar el seu cognom per denominar la nova ciutat de la vall on va viure, que prosperà ràpidament en quedar inclosa en la línia fèrria d’Oakland a Sacramento. La Ciutat de Livermore, actualment amb una superfície de 65 km2 i una població de prop de 87.000 habitants, és part del Comtat d’Alameda. Motor de l’economia local són els dos laboratoris nacionals del Departament d’Energia, el Sandia National Laboratory, amb 1150 treballadors, i el Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), de 6800. La història del Laboratori de Livermore remunta al 1952, quan el Laboratori de Radiació de la Universitat de Califòrnia, amb seu a Berkeley, obrí una sucursal als afores de la ciutat. Edward Teller i Ernest Lawrence aixecaren el centre en una estació de l’aviació naval que havia estat en funcionament durant la Segona Guerra Mundial. A mitja hora de cotxe del campus de Berkeley, el Laboratori de Livermore era una localitat accessible però més apartada, adient per fer recerca classificada sobre disseny d’armes nuclears. En el 1971, el Laboratori s’indepentitzà administrativament de Berkeley, per bé que continuà gestionat per la Universitat de Califòrnia fins el 2007. El Laboratori de Livermore és conegut sobretot per la recerca en armes nuclears, cosa que el va fer centre de les protestes del Livermore Action Group en temps de Reagan, alhora que la vídua de Lawrence sol•licitava en més d’una ocasió que es retirés el nom del seu home d’aquell centre. Encara avui, es fa a Livermore recerca en plutoni, juntament amb altres programes de “seguretat global”. La recerca del LLNL s’estructura, en termes generals, en els àmbits de bioseguretat, defensa, intel•ligència, ciència, antiterrorisme, energia, no-proliferació i armes. Nosaltres arribem així al nombre 116 de la nostra sèrie.

Vista àrea del Laboratori Nacional Lawrence de Livermore. Fins el 2011, els terrenys no eren inclosos en el terme municipal de Livermore

Yuri Oganessian i la descoberta del livermori

Юрий Цолакович Оганесян

Ja hem vist en la introducció com, malgrat compartir nom i origen, els Laboratoris de Berkeley i Livermore adquiriren personalitats separades en el 1971. Els diferents laboratoris nacionals dels Estats Units treballen en línies més o menys diferents, però això no impedeix que hi hagi superposicions i, per tant, competència. Això s’estenia també en l’àmbit de la síntesi dels elements superpesants pendents del setè període. El Laboratori de Livermore, en aquest sentit, havia entrat en col•laboració amb l’Institut Conjunt de Recerca Nuclear de Dubna. Al davant, Dubna-Livermore tenia a veure-se-les amb Berkeley, però també amb altres centres com el GSI de Darmstadt o el Riken de Wako.

Per diversos motius, els elements de Z parella pendents, el 114, el 116 i el 118 eren més assequibles que els elements senars. Cada àtom de nova síntesi havia de ser identificat al capdavall per una sèrie d’alfa-desintegracions.

En el 1998, Robert Smolańczuk, de l’Institut Sołtan d’Estudis Nuclears de Varsòvia, i vinculat al GSI de Darmstadt, havia proposat un model sobre la formació de nuclis superpesants deformats en reaccions de fusió en fred. Aquest model servia de base a un disseny de la reacció 208Pb(86Kr,xn)294-x118. Com que l’isòtop de l’ununocti (Uuo) que es generés donaria lloc a un isòtop d’ununhexi (Uuh), hom podria descriure per primera vegada dos elements.

El grup d’Oganessian plantejava un altre tipus de reaccions, basat en l’ús d’ions de calci. Emprant, respectivament, dianes de plutoni, de curi o de californi, hom podria fer la síntesi directe dels elements 114, 116 i 118.

A Berkeley pensaven en aprofitar el model de Smolańczuk. Aquesta recerca era dirigida per Victor Ninov, format al GSI de Darmstadt, on havia participat en la síntesi dels elements 110-112. Ninov, llavors de 40 anys, havia estat contractat per la seva perícia en el disseny i ús del programari necessari per interpretar les dades d’aquest tipus d’experiments.

El maig del 1999, Ninov et al. comunicaren les dades d’un experiment de bombardament de plom-208 amb criptó-86, en el qual haurien detectat tres àtoms de 293118, i la cadena resultant d’alfa-desintegracions cap a 289116, 285114, 281112, 277110, 273Hs i 269Sg.

Si el report de Ninov et al. era confirmat, Berkeley aconseguiria la prioritat per als elements 116 i 118. Pel que fa a l’element 114, Oganessian et al., en el mateix 1999, havien reportat la síntesi directa.

De totes maneres, el grup d’Oganessian passava ara a l’intent de síntesi directa de l’element 116. En aquesta recerca participaven investigadors de Dubna (Yu. Ts. Oganessian, V. K. Uyonkov, Yu. V. Lobanov, F. Sh. Abdullin, A. N. Polyakov, I. V. Shirokovsky, Yu. S. Tsyganov, G. G. Gulbekian, S. L. Bogomolov, B. N. Gikal, A. N. Mezentsev, S. Iliev, V. G. Subbotin, A. M. Sukhov, O. V. Ivanov, G. V. Buklanov, K. Subotic, M. G. Itkis), de Livermore (K. J. Moody, J. F. Wild, N. J. Stoyer, M. A. Stoyer, R. W. Lougheed, C. A. Laue), de l’Institut de Recerca de Reactors Atòmics de Dmitrovgrad (Ye. A. Karelin) i de l’Empresa Estatal Electrohimpribor de Lesnoy (A. N. Tatarinov). Treballaven en la reacció 248Cm(48Ca,xn)296-x116. El 19 de juliol del 2000 detectaren una alfa-emissió de 10,54 MeV que atribuïren a un àtom de 292116.

Oganessian et al. (2000) reportaren aquesta síntesi. Eren especialment confiats en el fet que les dades de l’isòtop fill 288114 de la detecció del 2000 lligava força amb les dades obtingudes amb la síntesi directa del 1999.

Pel que fa a les dades de Ninov et al. (1999), hi hagué problemes per reproduir-les tant a Berkeley mateix com a altres centres. El juny del 2002 esclatava l’escàndol. La comunicació era retractada pels seus autors, que admetien que Ninov havia fabricat les dades experimentals. Era un colp a la credibilitat de la recerca en elements superpesants. Hom revisà la feina de Ninov anterior, feta a Darmstadt, sobre els elements 111 i 112, i s’hi detectaren també alteracions. Això no modificava l’estatus dels elements 111 i 112, però sí l’estatus dels elements 116 i 118. L’element 118 tornava a quedar en l’ombra dels elements “no-descoberts”. Pel que fa a l’element 116, la prioritat correspondria a Oganessian.

El grup d’Oganessian, d’altra banda, reportà la síntesi directa de l’element 118 en el 2002. Les dades experimentals els van fer reconsiderar l’adscripció isotòpica feta en el 1999-2000, i concloure que els isòtops sintetitzats llavors eren el 289114 i el 293116. Els experiments fets l’abril-maig del 2001 refermaven aquesta reinterpretació (Oganessian et al., 2004).

L’abril-maig del 2005 Oganessian et al. repetiren la reacció 248Cm(48Ca,xn)296-x116, amb detecció de vuit àtoms d’ununhexi (292116 i 292116). També practicaren la mateixa reacció amb dianes de curi-245, la qual cosa els permeté d’obtindre isòtops més lleugers d’ununhexi (290-291).

El maig del 2009, el Grup de Treball de la IUPAC/IUPAP reconeixia en un report la prioritat en la descoberta de l’element 112 per part del GSI de Darmstadt. El report es basava, entre d’altres, en la coincidència entre les dades de Darmstadt sobre l’isòtop 283112 i les dades reportades per Dubna sobre el 291114.

El juny del 2011, un report tècnic de la IUPAC reconeixia ja definitivament la descoberta dels elements 114 i 116 per part de la col•laboració Dubna-Livermore. El report considerava fermes les dades obtingudes en els experiments del 2004-2006, i no tenia per concloents les d’experiments anteriors. En la validació de les dades es tingueren en compta experiments fets en altres centres, com ara en el Riken.

Corresponia a la col•laboració de Dubna-Livermore fer una proposta de nom i símbol definitiu per als elements 114 i 116. Per a l’element 114 es proposà el nom de “flerovi” en homenatge al Laboratori Flerov de Radiacions Nuclears i, a través seu, a G. N. Flerov. Per a l’element 116 es proposà el nom de “livermori” en homenatge al Laboratori Nacional Lawrence de Livermore. Aquestes propostes foren acceptades per la IUPAC el 23 de maig del 2012.

Cerimònia de presentació del livermori a Livermore com a denominació definitiva de l’element 116

El cognom Livermore procedeix del topònim Livermere, una localitat de Suffolk, registrada ja en el 907, i que faria referència a un llac, “laefor-mere”, ric en joncs. El mot “livermorium” ha estat adaptat doncs per les diferents llengües per designar l’element 116.

El livermori: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del livermori és de 293 uma, corresponent a la de l’isòtop conegut de semivida més llarga (293Lv; 0,053 segons). El llistat d’isòtops coneguts és breu:
– livermori-290 (290Lv; 290,19864 uma). Nucli format per 116 protons i 174 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,015 s. Decau a flerovi-286, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat per primera vegada el 2002 com a isòtop fill de l’ununocti-294.
– livermori-291 (291Lv; 291,20108 uma). Nucli format per 116 protons i 175 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0063 s. Decau a flerovi-287, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada en el 2003.
– livermori-292 (292Lv; 292,20174 uma). Nucli format per 116 protons i 176 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,018 s. Decau a flerovi-288, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada en el 2004.
– livermori-293 (293Lv; 293,20449 uma). Nucli format per 116 protons i 177 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,053 s. Decau a flerovi-289, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat per primera vegada en el 2000.

L’àtom neutre de livermori conté 116 electrons, amb una configuració basal d’escorça teòrica de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d107s27p4. És un transactínid, concretament l’eka-poloni, és a dir l’element del període 7 per al grup 16 (el grup de l’oxigen, els calcògens), situat dins del bloc p. Teòricament seria un metall de post-transició. Com a element radioactiu purament artificial, de síntesi tan difícil, el coneixement empíric és molt limitat. L’estat d’oxidació més habitual seria +2, encara qe també se’l trobaria amb +4 o -2. El radi atòmic seria de 1,83•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el livermori elemental es trobaria en forma de sòlid metàl•lic, amb una densitat de 12900 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el livermori elemental fondria a 637-780 K, i bulliria a 1035-1135 K.

Entre els compostos de livermori que han rebut atenció teòrica hi ha el livermorà o hidrur de livermori (LvH2), que constituiria el sisè d’una sèrie d’hidrurs calcògens que comença amb l’aigua (H2O).

A banda del grapat d’àtoms sintetitzats a Dubna i a altres centres en experiments de fusió de nuclis pesants, no es coneix l’existència de livermori a la natura

La síntesi de livermori

De les reaccions de fusió nuclear en fred (10-20 MeV) utilitzables per a la síntesi de livermori únicament s’ha intentat 208Pb(82Se,xn)290-xLv, que fou assajada a Darmstadt en el 1998, sense cap detecció.

Una altra reacció proposada, però no assajada, seria el bombardament de dianes de ceri-142 amb corrents iòniques del mateix isòtop.

De les reaccions de fusió en calent (40-50 MeV) són dues les que s’han practicat amb èxit:
248Cm(48Ca,xn)296-xLv. Aquesta reacció fou assajada originàriament a Berkeley per Hulet et al. (1977), sense deteccions. En el 1978, Oganessian et al. la provaren a Dubna, també sense deteccions. En el 1985, la intentaren a Darmstadt, també sense deteccions (Armbruster et al., 1985). En el 2000, a Dubna la practicaren amb detecció d’un àtom que assignaren temptativament a 292Lv. En el 2001, en un nou experiment, trobaren tres deteccions, dues de les quals les assignaren a 292Lv i una a 293Lv. L’abril del 2004 fou repetida a Dubna, però les noves dades els dugueren a reassignar els senyalts trobats en el 2000 a 293Lv. El juny del 2010 fou practicada a Darmstadt amb detecció de dos àtoms de 293Lv i quatre de 292Lv.
245Cm(48Ca,xn)293-xLv. Aquesta reacció fou assajada a Dubna el març-maig del 2003, amb detecció de senyals atribuïts a 291Lv i 290Lv. El febrer-març del 2005 fou practicada de nou a Dubna, amb detecció de 10 àtoms addicionals.

En el 2006, a Darmstadt s’assajà la reacció 238U(54Cr,xn)292-xLv, sense deteccions.

Entre altres reaccions possibles que no s’han assajat podem citar:
232Th(58Fe,xn)290Lv.
244Pu(50Ti,xn)294-xLv.
250Cm(48Ca,xn)298-xLv.
246Cm(48Ca,xn)294-xLv.
249Cf(40Ar,xn)289-xLv.
252Cf(40Ar,xn)292-xLv.
257Fm(36S,xn)293-xLv.

El livermori-290 es coneix exclusivament com a isòtop fill de l’ununocti-294. La primera detecció es produí arran de la síntesi de 3 àtoms de 294Uuo a partir del bombardament de dianes de californi-249 amb ions de calci-48.

El livermori-289 forma part del llistat d’isòtops “descoberts” per Ninov et al. (1999) i que van caure de les llistes en mostrar-se la fabricació de les dades.

Així doncs, en la recerca de livermori queda pendent la síntesi directa o indirecta d’isòtops lleugers (particularment els 286-289) i pesants (particularment els 294-295), que fornirien més dades quant a les propietats dels nuclis superpesants. Els experiments fets a Dubna sobre la fissió de núclids de Z=116 i A=290,294,296 entre els anys 2000 i 2006 ajudaren a entendre millor l’estructura del nucli atòmic. Entre els productes de fissió més habituals d’aquests nuclis hi ha el 132Sn.

Per a la síntesi dels isòtops 286-289 de livermori hom podria fer servir la reacció 243Cm(48Ca,xn)291-xLv. Qui reeixís podria accedir a la descripció de cadenes d’alfa-desintegració amb isòtops de diferents transactínids ara com ara desconeguts.

Per a la síntesi dels isòtops 294-295, hom podria utilitzar la reacció 250Cm(48Ca,xn)298-xLv. La síntesi de 295Lv és d’interès particular, ja que en la seva cadena de desintegració hom podria arribar a l’isòtop 291Cn, que podria tenir una semivida de 1200 anys.

Una altra línia de recerca pendent és acoblar la síntesi de livermori a la determinació de característiques físico-químiques, ja sigui del livermori elemental o del seu hidrur.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: