Калий-40

Калий-40, ⁴⁰ К
Общий
Символ	⁴⁰ К
Имена	калий-40, К-40
Протоны	19
Нейтронов	21 год
Данные о нуклидах
Природное изобилие	0,0117 (1)%
Период полураспада	1,251 (3) × 10 ⁹ лет
Родительские изотопы	Первозданный
Продукты распада	⁴⁰ Ca (β ^- ) ⁴⁰ Ar (EC, γ; β ⁺ )
Изотопная масса	39.96399848 (21) u
Вращение	4 ^-
Избыточная энергия	−33 505 кэВ
Связующая энергия	341 523 кэВ
Режимы распада
Режим распада	Энергия распада ( МэВ )
β ^-	1,31109
EC , γ	1,5049
Изотопы калия Полная таблица нуклидов

Калий-40 ( ⁴⁰ К ) представляет собой радиоактивный изотоп из калия , который имеет длительный период полураспада от 1,251 × 10 ⁹ лет. Он составляет 0,012% (120 частей на миллион ) от общего количества калия, содержащегося в природе.

Калий-40 - редкий пример изотопа, который претерпевает оба типа бета-распада . Примерно в 89,28% случаев он распадается до кальция-40 ( ⁴⁰ Ca) с испусканием бета-частицы (β ^- , электрон ) с максимальной энергией 1,31 МэВ и антинейтрино . Примерно в 10,72% случаев он распадается до аргона-40 ( ⁴⁰ Ar) за счет электронного захвата (EC) с испусканием нейтрино, а затем гамма-лучами 1,460 МэВ . ^[1]Радиоактивный распад этого конкретного изотопа объясняет большое количество аргона (почти 1%) в атмосфере Земли , а также преобладание ⁴⁰ Ar над другими изотопами . Очень редко (0,001% событий) он распадается до ⁴⁰ Ar, испуская позитрон (β ⁺ ) и нейтрино. ^[2]

Калийно-аргоновое датирование [ править ]

Схема распада

Калий-40 особенно важен при датировании калий-аргон (K-Ar). Аргон - это газ, который обычно не соединяется с другими элементами. Итак, когда минерал образуется - будь то из расплавленной породы или из веществ, растворенных в воде, - он изначально не будет содержать аргона, даже если в жидкости есть некоторое количество аргона. Однако, если минерал содержит какой-либо калий, то при распаде присутствующего изотопа ⁴⁰ K будет образовываться свежий аргон-40, который останется заблокированным в минерале. Поскольку скорость, с которой происходит это преобразование, известна, можно определить время, прошедшее с момента образования минерала, путем измерения соотношения ⁴⁰ K и ⁴⁰ атомов Ar, содержащихся в нем.

Содержание аргона в атмосфере Земли составляет 99,6% ⁴⁰ Ar; в то время как аргон на Солнце - и, предположительно, в первичном материале, который конденсировался в планеты, - состоит в основном из 36 Ar и менее 15% из ³⁸ Ar. Отсюда следует, что большая часть земного аргона происходит из калия-40, который распался на аргон-40, который в конечном итоге ушел в атмосферу.

Вклад в естественную радиоактивность [ править ]

Эволюция радиогенного теплового потока мантии Земли с течением времени: вклад ⁴⁰ К, выделенный желтым цветом.

Радиоактивный распад ⁴⁰ K в мантии Земли занимает третье место после 232 Th и 238 U как источник радиогенного тепла . В активной зоне, вероятно, также присутствуют радиогенные источники, хотя их количество неизвестно. Было высказано предположение, что значительная радиоактивность активной зоны (1-2 ТВт) может быть вызвана высокими уровнями U, Th и K. ^[3]^[4]

Калий-40 является крупнейшим источником естественной радиоактивности у животных, включая человека. В теле человека весом 70 кг содержится около 140 граммов калия, следовательно, около 0,000117 × 140 = 0,0164 грамма ⁴⁰ K; распад которого вызывает около 4300 распадов в секунду ( беккерель ) непрерывно на протяжении всей жизни тела. ^[5]^[6]

Эквивалентная доза банана [ править ]

Калий-40 известен тем, что он используется в эквивалентной дозе банана , неформальной единице измерения, в основном используемой в общих образовательных учреждениях, для сравнения радиоактивных доз с количеством, полученным при употреблении одного банана . Радиоактивная доза от потребления одного банана обычно составляет ^10-7 зивертов, или 0,1 микрозиверта, что составляет 1% от ежедневного потребления радиоактивных веществ в среднем американцем. ^[7]

См. Также [ править ]

Фоновое излучение
Изотопы калия

Заметки [ править ]

^ Этот фотон был бы назван рентгеновским, если бы он испускался электроном. В ядерной физике принято называть фотоны в соответствии с их происхождением, а не их энергией, фотоны высокой энергии, производимые электрическими переходами, называются «рентгеновскими лучами», а те, которые испускаются атомными ядрами, называются « гамма-лучами » независимо от их энергии.
^ Engelkemeir, DW; Флинн, KF; Гленденин, Л.Е. (1962). «Излучение позитронов при распаде K ⁴⁰ ». Физический обзор . 126 (5): 1818. Bibcode : 1962PhRv..126.1818E . DOI : 10.1103 / PhysRev.126.1818 .
^ Wohlers, A .; Вуд, Би Джей (2015). «Ртуть-подобный компонент ранней Земли дает уран в ядре и высокой мантии 142 Nd» . Природа . 520 (7547): 337–340. Bibcode : 2015Natur.520..337W . DOI : 10,1038 / природа14350 . PMC 4413371 . PMID 25877203 .
^ Мурти, В. Рама; Ван Вестренен, Вим; Фэй, Инвэй (2003). «Экспериментальные доказательства того, что калий является значительным радиоактивным источником тепла в ядрах планет». Природа . 423 (6936): 163–5. Bibcode : 2003Natur.423..163M . DOI : 10,1038 / природа01560 . PMID 12736683 .
^ Число радиоактивных распадов в секунду при данной массе⁴⁰ К - это количество атомов в этой массе, деленное на среднее время жизниатома⁴⁰ К в секундах. Число атомов в одном грамме⁴⁰ K равно числу Авогадро 6,022 × 10²³ (количество атомов на моль ), деленному на атомную массу калия-40 (39,96 грамма на моль), что составляет примерно 0,1507 × 10²³ на грамм. . Как и в любом экспоненциальном распаде , среднее время жизни - это период полураспада, деленный на натуральный логарифм 2, или примерно 56,82 × 10.¹⁵ секунд.
^ Бин Самат, S .; Green, S .; Беддо, AH (1997). « Активность ⁴⁰ К одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–13. Bibcode : 1997PMB .... 42..407S . DOI : 10.1088 / 0031-9155 / 42/2/012 . PMID 9044422 .
^ https://www.radiation-dosimetry.org/what-is-banana-equivalent-dose-bed-definition/

Ссылки [ править ]

Таблица радиоактивных изотопов, К-40
Поиск ядерных данных Lund / LBNL

Внешние ссылки [ править ]

Раздел по калию-40, Радиологические и химические информационные бюллетени для поддержки анализа рисков для здоровья на загрязненных территориях

Зажигалка: калий-39	Калий-40 является изотопом из калия	Тяжелее: калий-41
Продукт распада : -	Цепочка распада калия-40	Разлагается на: аргон-40 , кальций-40 , стабильный

[1] Этот фотон был бы назван рентгеновским, если бы он испускался электроном. В ядерной физике принято называть фотоны в соответствии с их происхождением, а не их энергией, фотоны высокой энергии, производимые электрическими переходами, называются «рентгеновскими лучами», а те, которые испускаются атомными ядрами, называются « гамма-лучами » независимо от их энергии.

[Engelkemeir-2] Engelkemeir, DW; Флинн, KF; Гленденин, Л.Е. (1962). «Излучение позитронов при распаде K ⁴⁰ ». Физический обзор . 126 (5): 1818. Bibcode : 1962PhRv..126.1818E . DOI : 10.1103 / PhysRev.126.1818 .

[WohlersWood2015-3] Wohlers, A .; Вуд, Би Джей (2015). «Ртуть-подобный компонент ранней Земли дает уран в ядре и высокой мантии 142 Nd» . Природа . 520 (7547): 337–340. Bibcode : 2015Natur.520..337W . DOI : 10,1038 / природа14350 . PMC 4413371 . PMID 25877203 .

[MurthyWestrenenFei2003-4] Мурти, В. Рама; Ван Вестренен, Вим; Фэй, Инвэй (2003). «Экспериментальные доказательства того, что калий является значительным радиоактивным источником тепла в ядрах планет». Природа . 423 (6936): 163–5. Bibcode : 2003Natur.423..163M . DOI : 10,1038 / природа01560 . PMID 12736683 .

[5] Число радиоактивных распадов в секунду при данной массе⁴⁰ К - это количество атомов в этой массе, деленное на среднее время жизниатома⁴⁰ К в секундах. Число атомов в одном грамме⁴⁰ K равно числу Авогадро 6,022 × 10²³ (количество атомов на моль ), деленному на атомную массу калия-40 (39,96 грамма на моль), что составляет примерно 0,1507 × 10²³ на грамм. . Как и в любом экспоненциальном распаде , среднее время жизни - это период полураспада, деленный на натуральный логарифм 2, или примерно 56,82 × 10.¹⁵ секунд.

[Samat-6] Бин Самат, S .; Green, S .; Беддо, AH (1997). « Активность ⁴⁰ К одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–13. Bibcode : 1997PMB .... 42..407S . DOI : 10.1088 / 0031-9155 / 42/2/012 . PMID 9044422 .

[7] ttps://www.radiation-dosimetry.org/what-is-banana-equivalent-dose-bed-definition/

[1]