Стабильные изобары бета-распада - это набор нуклидов, которые не могут подвергаться бета-распаду , то есть превращению нейтрона в протон или протона в нейтрон внутри ядра . Подмножество этих нуклидов также стабильно в отношении двойного бета-распада или теоретически более высокого одновременного бета-распада, поскольку они имеют самую низкую энергию среди всех нуклидов с тем же массовым числом .
Этот набор нуклидов также известен как линия бета-стабильности , термин, уже широко использовавшийся в 1965 году. [1] [2] Эта линия проходит вдоль дна ядерной долины стабильности .
Введение [ править ]
Линия бета-стабильности может быть определена математически, найдя нуклид с наибольшей энергией связи для данного массового числа, с помощью такой модели, как классическая полуэмпирическая формула массы, разработанная К.Ф. Вайцзеккером . Эти нуклиды являются локальными максимумами энергии связи для данного массового числа.
| βDS | Один | Два | Три |
|---|---|---|---|
| 2-34 | 17 | ||
| 36-58 | 5 | 7 | |
| 60–72 | 5 | 2 | |
| 74-116 | 2 | 19 | 1 |
| 118-154 | 2 | 11 | 6 |
| 156–192 | 5 | 14 | |
| 194–210 | 6 | 3 | |
| 212-262 | 7 | 19 | |
| Общий | 49 | 75 | 7 |
Все нечетные массовые числа имеют только один устойчивый к бета-распаду нуклид.
Среди четных массовых чисел семь (96, 124, 130, 136, 148, 150, 154) имеют три бета-стабильных нуклида. Ни у кого нет больше трех, у всех остальных один или два.
- От 2 до 34 у всех только один.
- С 36 по 72 только девять (36, 40, 46, 48, 50, 54, 58, 64, 70) имеют по два, а остальные 11 - по одному.
- С 74 по 122 только три (88, 90, 118) имеют один, а остальные 22 - два.
- С 124 по 154 только один (140) имеет один, шесть - три, а остальные 9 - два.
- С 156 по 262 только восемнадцать имеют один, а остальные 36 - два, хотя могут существовать и неоткрытые.
Все первичные нуклиды устойчивы к бета-распаду, за исключением 40 K, 50 V, 87 Rb, 113 Cd, 115 In, 138 La, 176 Lu и 187 Re. Кроме того, 123 Te и 180m Ta распадаться не наблюдались, но считается, что они подвергаются бета-распаду с чрезвычайно длительным периодом полураспада (более 10-15 лет). Известно, что все элементы вплоть до нобелия , за исключением технеция и прометия , имеют по крайней мере один бета-стабильный изотоп.
Список известных стабильных изобар бета-распада [ править ]
В настоящее время известно 350 стабильных нуклидов бета-распада. [3] [4] Теоретически предсказанный или экспериментально наблюдаемый двойной бета-распад показан стрелками, т.е. стрелки указывают на изобару с наименьшей массой. (Иногда в этом случае преобладает альфа-распад или спонтанное деление , особенно для тяжелых элементов.)
Ни один стабильный нуклид с бета-распадом не имеет протонного номера 43 или 61, и ни один стабильный нуклид с бета-распадом не имеет нейтронного номера 19, 21, 35, 39, 45, 61, 71, 89, 115, 123 или 147.
| Даже N | Нечетный N | |
|---|---|---|
| Даже Z | Даже А | Нечетный А |
| Нечетный Z | Нечетный А | Даже А |
| Нечетный А | Даже А | Нечетный А | Даже А | Нечетный А | Даже А | Нечетный А | Даже А |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ч | 2 ч | 3 Он | 4 Он | 5 Он (п) | 6 Ли | 7 Ли | 8 Be (α) |
| 9 Be | 10 млрд | 11 млрд | 12 С | 13 С | 14 с.ш. | 15 с.ш. | 16 O |
| 17 O | 18 O | 19 F | 20 Ne | 21 Ne | 22 Ne | 23 Na | 24 мг |
| 25 мг | 26 мг | 27 Al | 28 Si | 29 Si | 30 Si | 31 P | 32 ю.ш. |
| 33 ю.ш. | 34 ю.ш. | 35 Cl | 36 S ← 36 Ar | 37 Cl | 38 Ar | 39 К | 40 Ar ← 40 Ca |
| 41 К | 42 Ca | 43 Ca | 44 Ca | 45 сбн | 46 Ca → 46 Ti | 47 Ti | 48 Ca [a] → 48 Ti |
| 49 Ti | 50 Ti ← 50 Cr | 51 В | 52 Кр | 53 Кр | 54 Cr ← 54 Fe | 55 Мн | 56 Fe |
| 57 Fe | 58 Fe ← 58 Ni | 59 Co | 60 Ni | 61 Ni | 62 Ni | 63 Cu | 64 Ni ← 64 Zn |
| 65 Cu | 66 Zn | 67 Zn | 68 Zn | 69 Ga | 70 Zn → 70 Ge | 71 Ga | 72 Гэ |
| 73 Ge | 74 Ge ← 74 Se | 75 As | 76 Ge → 76 Se | 77 Se | 78 Se ← 78 Кр | 79 руб. | 80 Se → 80 Kr |
| 81 руб. | 82 Se → 82 Kr | 83 кр | 84 Кр ← 84 Sr | 85 руб. | 86 Кр → 86 Стр. | 87 Sr | 88 Sr |
| 89 Y | 90 Zr | 91 Zr | 92 Zr ← 92 Пн | 93 Nb | 94 Zr → 94 Мо | 95 Пн | 96 Zr [b] → 96 Пн ← 96 Ру |
| 97 Пн | 98 Пн → 98 Ру | 99 руб. | 100 Пн → 100 Руб | 101 руб. | 102 Ru ← 102 Pd | 103 Rh | 104 Ru → 104 Pd |
| 105 Pd | 106 Pd ← 106 Cd | 107 Ag | 108 Pd ← 108 Cd | 109 Ag | 110 Pd → 110 кд | 111 кд | 112 Кд ← 112 Sn |
| 113 В | 114 Cd → 114 Sn | 115 Sn | 116 Cd → 116 Sn | 117 Sn | 118 Sn | 119 Sn | 120 Sn ← 120 Те |
| 121 Сб | 122 Sn → 122 Te | 123 сбн | 124 Sn → 124 Te ← 124 Xe | 125 Те | 126 Te ← 126 Xe | 127 I | 128 Те → 128 Хе |
| 129 Xe | 130 Te → 130 Xe ← 130 Ba | 131 Xe | 132 Xe ← 132 Ba | 133 Cs | 134 Xe → 134 Ba | 135 Ba | 136 Xe → 136 Ba ← 136 Ce |
| 137 Ba | 138 Ba ← 138 Ce | 139 Ла | 140 CE | 141 пр | 142 Ce → 142 Nd | 143 Nd | 144 Nd (α) ← 144 Sm |
| 145 Nd | 146 Nd → 146 Sm (α) | 147 См (α) | 148 Nd → 148 Sm (α) ← 148 Gd (α) | 149 см | 150 Nd → 150 Sm ← 150 Gd (α) | 151 Eu (α) | 152 См ← 152 Гд |
| 153 Eu | 154 Sm → 154 Gd ← 154 Dy (α) | 155 Gd | 156 Gd ← 156 Dy | 157 Gd | 158 Гд ← 158 Дн | 159 Тб | 160 Gd → 160 Dy |
| 161 Dy | 162 Dy ← 162 Er | 163 Dy | 164 Dy ← 164 Er | 165 Ho | 166 Er | 167 Er | 168 Er ← 168 Yb |
| 169 тм | 170 Er → 170 Yb | 171 Yb | 172 Yb | 173 Yb | 174 Yb ← 174 Hf (α) | 175 Лю | 176 Yb → 176 Hf |
| 177 Hf | 178 Hf | 179 Hf | 180 Hf ← 180 Вт (α) | 181 Та | 182 Вт | 183 Вт | 184 Вт ← 184 Ос |
| 185 Re | 186 Вт → 186 Ос (α) | 187 Ос | 188 Ос | 189 Ос | 190 Os ← 190 Pt (α) | 191 Ir | 192 Os → 192 Pt |
| 193 Ir | 194 Пт | 195 Пт | 196 Pt ← 196 Hg | 197 Au | 198 Pt → 198 Hg | 199 рт. | 200 рт. Ст. |
| 201 рт. | 202 рт. | 203 тл | 204 Hg → 204 Pb | 205 Тл | 206 Пб | 207 Пб | 208 Пб |
| 209 Bi (α) | 210 По (α) | 211 По (α) | 212 Po (α) ← 212 Rn (α) | 213 По (α) | 214 Po (α) ← 214 Rn (α) | 215 Ат (α) | 216 Po (α) → 216 Rn (α) |
| 217 Rn (α) | 218 Rn (α) ← 218 Ra (α) | 219 Fr (α) | 220 Rn (α) → 220 Ra (α) | 221 Ra (α) | 222 Ra [c] (α) | 223 Ra (α) | 224 Ra (α) ← 224 Th (α) |
| 225 Ас (α) | 226 Ra (α) → 226 Th (α) | 227 Th (α) | 228 Th (α) | 229 Th (α) | 230 Th (α) ← 230 U (α) | 231 Па (α) | 232 Th (α) → 232 U (α) |
| 233 U (α) | 234 U (α) | 235 U (α) | 236 U (α) ← 236 Pu (α) | 237 Np (α) | 238 U (α) → 238 Pu (α) | 239 Pu (α) | 240 Pu (α) |
| 241 Am (α) | 242 Pu (α) ← 242 См (α) | 243 Am (α) | 244 Pu (α) → 244 См (α) | 245 см (α) | 246 см (α) | 247 Бк (α) | 248 См (α) → 248 Cf (α) |
| 249 Cf (α) | 250 Cf (α) | 251 Cf (α) | 252 Cf (α) ← 252 Fm (α) | 253 Es (α) | 254 Cf (SF) → 254 Fm (α) | 255 Фм (α) | 256 Cf (SF) → 256 Fm (SF) |
| 257 Фм (α) | 258 Fm (SF) ← 258 Нет (SF) | 259 Md (SF) | 260 Fm (SF) → 260 Нет (SF) | 262 Нет (SF) |
Было обнаружено, что все стабильные нуклиды с бета-распадом с A ≥ 209 распадаются путем альфа-распада, за исключением некоторых, где преобладает спонтанное деление. За исключением 262 No, ни один из нуклидов с A ≥ 260 не был окончательно идентифицирован как бета-стабильный, хотя 260 Fm и 262 No не подтверждены. [4]
Ожидается, что общие закономерности бета-стабильности продолжатся в области сверхтяжелых элементов , хотя точное местоположение центра долины стабильности зависит от модели. Широко распространено мнение, что остров стабильности существует вдоль линии бета-стабильности для изотопов элементов вокруг копернициума , которые стабилизируются закрытием оболочки в этом регионе; такие изотопы будут распадаться в основном за счет альфа-распада или спонтанного деления. [9]Помимо островка стабильности, различные модели, которые правильно предсказывают известные бета-стабильные изотопы, предсказывают аномалии в линии бета-стабильности, которые не наблюдаются в каких-либо известных нуклидах, такие как существование двух бета-стабильных нуклидов с одинаковым нечетным массовым числом. [8] [10] Это является следствием того факта, что полуэмпирическая формула массы должна учитывать поправку на оболочку и ядерную деформацию, которые становятся гораздо более выраженными для тяжелых нуклидов. [10] [11]
Бета-распад к минимальной массе [ править ]
Бета-распад обычно вызывает распад изотопов в сторону изобары с наименьшей массой (которая часто, но не всегда, имеет наибольшую энергию связи) с тем же массовым числом, которые не выделены курсивом в таблице выше. Таким образом, те, у кого более низкий атомный номер и большее количество нейтронов, чем изобара с минимальной массой, подвергаются бета-отрицательному распаду , в то время как те, у которых более высокий атомный номер и меньшее количество нейтронов подвергаются бета-распаду или захвату электронов . Однако есть четыре нуклида, которые являются исключением, поскольку большинство их распадов происходит в противоположном направлении:
| Хлор-36 | 35.96830698 | Калий-40 | 39.96399848 | Серебро-108 | 107,905956 | Прометий-146 | 145,914696 |
| 2% к Сере-36 | 35.96708076 | 11,2% до аргона-40 | 39.9623831225 | 3% в Палладий-108 | 107,903892 | 37% в Самарий-146 | 145.913041 |
| 98% до аргона-36 | 35.967545106 | 89% к кальцию-40 | 39.96259098 | 97% до кадмия-108 | 107,904184 | 63% к неодиму-146 | 145.9131169 |
Заметки [ править ]
- ^ Этот изотоп теоретически способен к бета-распаду до 48 Sc, что делает его не бета-стабильным нуклидом. Однако такой процесс никогда не наблюдался, поскольку его частичный период полураспада превышает 1,1.+0,8
-0,6× 10 21 год, больше, чем период полураспада его двойного бета-распада, что означает, что двойной бета-распад обычно происходит первым. [5] - ^ Этот изотоп теоретически способен к бета-распаду до 96 Nb, что делает его не бета-стабильным нуклидом. Однако такой процесс никогда не наблюдался, поскольку его частичный период полураспада превышает 2,4 × 10 19 лет, что превышает период полураспада его двойного бета-распада, а это означает, что двойной бета-распад обычно происходит первым. [6]
- ^ В то время как оценка атомной массы AME2016 дает 222 Rn более низкую массу, чем 222 Fr [4], подразумевая бета-стабильность, предсказывается, что одиночный бета-распад 222 Rn энергетически возможен (хотя и с очень низкой энергией распада ) [7] и он находится в пределах погрешности, указанной в AME2016. [4] Следовательно, 222 Rn, вероятно, не является бета-стабильным, хотя экспериментально известен только режим альфа-распада для этого нуклида, и поиск бета-распада дал более низкий предел частичного полураспада в 8 лет. [7]
Ссылки [ править ]
- ^ Proc. Int. Симпозиум о том, почему и как мы должны исследовать нуклиды вдали от линии стабильности », Lysekil, Швеция, август 1966 г., редакторы W. Forsling, CJ Herrlander и H. Ryde, Stockholm, Almqvist & Wiksell, 1967
- Перейти ↑ Hansen, PG (1979). «Ядра, далекие от линии бета-стабильности: исследования разделения масс в режиме онлайн» . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 29 : 69–119. Bibcode : 1979ARNPS..29 ... 69H . DOI : 10.1146 / annurev.ns.29.120179.000441 .
- ^ Интерактивная карта нуклидов (Брукхейвенская национальная лаборатория)
- ^ a b c d Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
- ^ Aunola, M .; Suhonen, J .; Сийсконен, Т. (1999). "Оболочечное исследование сильно запрещенного бета-распада 48 Ca → 48 Sc". EPL . 46 (5): 577. Bibcode : 1999EL ..... 46..577A . DOI : 10,1209 / EPL / i1999-00301-2 .
- ^ Финч, ЮЗ; Торнов, В. (2016). «Поиски β-распада 96 Zr» . Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование . 806 : 70–74. Bibcode : 2016NIMPA.806 ... 70F . DOI : 10.1016 / j.nima.2015.09.098 .
- ^ a b Belli, P .; Bernabei, R .; Cappella, C .; Caracciolo, V .; Cerulli, R .; Даневич Ф.А.; Ди Марко, А .; Incicchitti, A .; Пода, ДВ; Полищук, О.Г .; Третьяк, В.И. (2014). «Исследование редких ядерных распадов с использованием кристаллического сцинтиллятора BaF 2, загрязненного радием». Европейский физический журнал . 50 (9): 134–143. arXiv : 1407.5844 . Bibcode : 2014EPJA ... 50..134B . DOI : 10.1140 / epja / i2014-14134-6 . S2CID 118513731 .
- ^ а б Коура, Х. (2011). Режимы распада и предел существования ядер в области сверхтяжелых масс (PDF) . 4-я Международная конференция по химии и физике трансактинидных элементов . Проверено 18 ноября 2018 .
- ^ Загребаев Валерий; Карпов Александр; Грейнер, Уолтер (2013). «Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра могут быть синтезированы в ближайшие несколько лет?» (PDF) . Журнал физики . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Bibcode : 2013JPhCS.420a2001Z . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 420/1/012001 . S2CID 55434734 .
- ^ a b Möller, P .; Sierk, AJ; Итикава, Т .; Сагава, Х. (2016). "Ядерные массы и деформации в основном состоянии: FRDM (2012)". Атомные данные и таблицы ядерных данных . 109–110: 1–204. arXiv : 1508.06294 . Bibcode : 2016ADNDT.109 .... 1M . DOI : 10.1016 / j.adt.2015.10.002 . S2CID 118707897 .
- Перейти ↑ Möller, P. (2016). «Пределы ядерной карты, установленные делением и альфа-распадом» (PDF) . Сеть конференций EPJ . 131 : 03002: 1–8. Bibcode : 2016EPJWC.13103002M . DOI : 10.1051 / epjconf / 201613103002 .
Внешние ссылки [ править ]
- Цепи распада https://www-nds.iaea.org/relnsd/NdsEnsdf/masschain.html
- (Русский) Бета-распад стабильных нуклидов до Z = 118
