| Ядерная физика |
|---|
 |
| Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
В геохимии , геофизике и ядерной физике , изначальные нуклиды , также известная как изначальные изотопы , являются радионуклиды , обнаруженные на Земле , которые существовали в их нынешнем виде , так как прежде , чем образовались Земля . Первичные нуклиды присутствовали в межзвездной среде, из которой была сформирована Солнечная система, и были образованы во время Большого взрыва или после него в результате нуклеосинтеза в звездах и сверхновых с последующим выбросом массы в результате расщепления космических лучей.и, возможно, из других процессов. Это стабильные нуклиды плюс долгоживущая фракция радионуклидов, выживших в первичной солнечной туманности в результате аккреции планет до настоящего времени. Известно двести восемьдесят шесть таких нуклидов.
Стабильность [ править ]
Все известные 252 стабильных нуклида плюс еще 34 нуклида с периодом полураспада, достаточным для того, чтобы выжить с момента образования Земли, встречаются как первичные нуклиды. Эти 34 первичных радионуклида представляют собой изотопы 28 отдельных элементов . Кадмий , теллур , ксенон , неодим , самарий и уран имеют по два первичных радиоизотопа (113CD, 116CD; 128Te, 130Te; 124Xe, 136Xe; 144Nd, 150Nd; 147См, 148См; и235U, 238U).
Поскольку возраст Земли составляет4,58 × 10 9 лет (4,6 миллиарда лет), период полураспада данных нуклидов должен быть больше примерно10 8 лет (100 миллионов лет) для практических соображений. Например, для нуклида с периодом полураспада6 × 10 7 лет (60 миллионов лет), это означает, что прошло 77 периодов полураспада, что означает, что для каждого моль (6,02 × 10 23 атома ) того нуклида, присутствующего при формировании Земли, сегодня осталось только 4 атома.
Четыре кратчайшего жили первобытные нуклиды (т.е. нуклиды с кратчайшими периодами полураспада) были неоспоримо экспериментально проверены являются 232Чт(1,4 х 10 10 лет),238U(4,5 х 10 9 лет),40K(1,25 x 10 9 лет), и235U(7,0 х 10 8 лет).
Это 4 нуклида с периодом полураспада, сопоставимым или несколько меньшим предполагаемого возраста Вселенной . ( 232 Th немного больше имеет период полураспада , чем возраст Вселенной.) Для получения полного списка из 34 известных первобытных радионуклидов , в том числе и на следующий 30 с периодом полураспада гораздо больше , чем возраст Вселенной, увидеть полный список ниже . Для практических целей нуклиды с периодом полураспада, намного превышающим возраст Вселенной, можно рассматривать как стабильные. 232 Th и 238 U имеют достаточно длительный период полураспада, поэтому их распад ограничен геологическими временными масштабами; 40 К и 235U имеют более короткий период полураспада и, следовательно, сильно истощены, но все же достаточно долгоживущие, чтобы в значительной степени сохраняться в природе.
Следующим по величине долгоживущим нуклидом после конца списка, приведенного в таблице, является 244Пу, с периодом полураспада 8.08 × 10 7 лет . Сообщалось, что он существует в природе как первичный нуклид [1], хотя более позднее исследование не обнаружило его. [2] Вторым по величине долгоживущим изотопом, первичный не доказанный [3] [4], является146См, который имеет период полураспада 6,8 × 10 7 лет , что примерно вдвое больше, чем у третьего по продолжительности жизни такого изотопа.92Nb (3,5 × 10 7 лет ). [5] Учитывая, что все эти нуклиды должны существовать не менее4,6 × 10 9 лет , 244 Pu должен пережить 57 периодов полураспада (и, следовательно, его количество сократится в 2 57 ≈ 1,4 × 10 17 ), 146 Sm должно пережить 67 (и уменьшиться на 2 67 ≈ 1,5 × 10 20 ), а 92 Nb должны выжить на 130 (и уменьшиться на 2130 ≈ 1,4 × 10 39 ). С математической точки зрения, с учетом вероятного начального содержания этих нуклидов, первичные 244 Pu и 146 Sm должны сохраняться где-то на Земле сегодня, даже если они не поддаются идентификации в относительно небольшой части земной коры, доступной для человеческих анализов, тогда как 92 Nb и все короткоживущих нуклидов не должно. Нуклиды, такие как 92 Nb, которые присутствовали в первичной солнечной туманности, но давно уже полностью распались, называются вымершими радионуклидами, если у них нет других средств регенерации. [6]
Поскольку первичные химические элементы часто состоят из более чем одного первичного изотопа, существует только 83 отдельных первичных химических элемента . Из них 80 имеют по крайней мере один стабильный изотоп, а три дополнительных первичных элемента содержат только радиоактивные изотопы ( висмут , торий и уран).
Нуклиды природного происхождения, не являющиеся первичными [ править ]
Некоторые нестабильные изотопы, встречающиеся в природе (например, 14C, 3ЧАС, и 239Пу) не являются изначальными, так как они должны постоянно возрождаться. Это происходит под действием космического излучения (в случае космогенных нуклидов, таких как14
C
и 3
ЧАС
) или (реже) такими процессами, как геоядерная трансмутация ( нейтронный захват урана в случае237
Np
и 239
Пу
). Другими примерами обычных природных, но не первичных нуклидов являются изотопы радона , полония и радия , которые являются дочерними радиогенными нуклидами распада урана и обнаруживаются в урановых рудах. Стабильный изотоп аргона 40 Ar на самом деле более распространен как радиогенный нуклид, чем как первичный нуклид, составляя почти 1% земной атмосферы , которая восстанавливается в результате бета-распада чрезвычайно долгоживущего радиоактивного первичного изотопа 40 K, период полураспада которого составляет порядка миллиарда лет, и поэтому аргон генерировался с самого начала существования Земли. (В первичном аргоне преобладает нуклид альфа-процесса 36 Ar, который значительно реже, чем 40 Ar на Земле.)
Аналогичный радиогенный ряд происходит от долгоживущего радиоактивного первичного нуклида 232 Th . Эти нуклиды описываются как геогенные , что означает, что они являются продуктами распада или деления урана или других актинидов в подземных породах. [7] Все такие нуклиды имеют более короткий период полураспада, чем их исходные радиоактивные первичные нуклиды. Некоторые другие геогенных нуклиды не встречаются в цепочках распада из 232 Th, 235 U или 238 U , но все еще мимолетно встречаются в природе в виде продуктов спонтанного деления одного из этих трех долгоживущих нуклидов, такие как 126 Sn , что делает около 10−14 всего натурального олова . [8]
Первобытные элементы [ править ]
Существует 252 стабильных первичных нуклида и 34 радиоактивных первичных нуклида, но только 80 первичных стабильных элементов (с 1 по 82, т.е. водород через свинец, исключая 43 и 61, технеций и прометий соответственно) и три радиоактивных первичных элемента (висмут, торий и уран). Период полураспада висмута настолько велик, что его часто относят к 80 первичным стабильным элементам, поскольку его радиоактивность не вызывает серьезных опасений. Количество элементов меньше, чем количество нуклидов, потому что многие из первичных элементов представлены несколькими изотопами . См. Химический элемент для получения дополнительной информации.
Стабильные нуклиды природного происхождения [ править ]
Как уже отмечалось, их насчитывается около 252. Список см. В статье « Список элементов по стабильности изотопов» . Полный список с указанием того, какие из «стабильных» 252 нуклидов могут быть в некотором отношении нестабильными, см. В списке нуклидов и стабильных нуклидах . Эти вопросы не влияют на вопрос о том, является ли нуклид первичным, поскольку все «почти стабильные» нуклиды с периодом полураспада, превышающим возраст Вселенной, также являются первичными.
Радиоактивные первичные нуклиды [ править ]
Хотя по оценкам около 34 первичных нуклидов являются радиоактивными (список ниже), становится очень трудно определить точное общее количество радиоактивных первичных нуклидов, поскольку общее количество стабильных нуклидов является неопределенным. Существует много чрезвычайно долгоживущих нуклидов, период полураспада которых до сих пор неизвестен. Например, теоретически предсказано, что все изотопы вольфрама , включая те изотопы , которые указаны даже самыми современными эмпирическими методами как стабильные, должны быть радиоактивными и могут распадаться за счет альфа-излучения , но с 2013 года [Обновить]это можно было измерить только экспериментально для180W. [9] Аналогичным образом ожидается , что все четыре первичных изотопа свинца распадутся до ртути , но прогнозируемые периоды полураспада настолько велики (некоторые превышают 10 100 лет), что вряд ли можно будет наблюдать в ближайшем будущем. Тем не менее, количество нуклидов с таким длительным периодом полураспада, что их невозможно измерить с помощью существующих инструментов - и с этой точки зрения они считаются стабильными нуклидами - ограничено. Даже когда «стабильный» нуклид оказывается радиоактивным, он просто перемещается из стойла в нестабильный.список первичных нуклидов, а общее количество первичных нуклидов остается неизменным. Для практических целей эти нуклиды могут считаться стабильными для всех целей вне специализированных исследований. [ необходима цитата ]
Список 34 радиоактивных первичных нуклидов и измеренных периодов полураспада [ править ]
Эти 34 первичных нуклида представляют собой радиоизотопы 28 различных химических элементов (кадмий, неодим, самарий, теллур, уран и ксенон, каждый из которых имеет по два первичных радиоизотопа). Радионуклиды перечислены в порядке стабильности, начиная с самого длинного периода полураспада в начале списка. Эти радионуклиды во многих случаях настолько стабильны, что конкурируют за содержание стабильных изотопов соответствующих элементов. Для трех химических элементов, индия , теллура и рения , очень долгоживущий радиоактивный первичный нуклид обнаружен в большем количестве, чем стабильный нуклид.
Самый долгоживущий радионуклид имеет период полураспада 2,2 × 10 24 года , что в 160 триллионов раз больше возраста Вселенной . Только четыре из этих 34 нуклидов имеют период полураспада меньше или равный возрасту Вселенной. Большинство из оставшихся 30 имеют период полураспада намного дольше. Самый короткоживущий первичный изотоп, 235 U, имеет период полураспада 703,8 миллиона лет, что составляет примерно одну шестую возраста Земли и Солнечной системы .
| Нет. | Нуклид | Энергия | Период полураспада (лет) | Режим распада | Энергия распада (МэВ) | Прибл. отношение периода полураспада к возрасту Вселенной |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 253 | 128 Те | 8,743261 | 2,2 × 10 24 | 2 β - | 2,530 | 160 трлн |
| 254 | 124 Xe | 8,778264 | 1,8 × 10 22 | KK | 2,864 | 1 триллион |
| 255 | 78 кр | 9.022349 | 9,2 × 10 21 | KK | 2,846 | 670 миллиардов |
| 256 | 136 Xe | 8,706805 | 2,165 × 10 21 | 2 β - | 2,462 | 150 миллиардов |
| 257 | 76 Гэ | 9,034656 | 1,8 × 10 21 | 2 β - | 2,039 | 130 миллиардов |
| 258 | 130 Ba | 8,742574 | 1,2 × 10 21 | KK | 2,620 | 90 миллиардов |
| 259 | 82 Se | 9,017596 | 1,1 × 10 20 | 2 β - | 2,995 | 8 миллиардов |
| 260 | 116 кд | 8,836146 | 3,102 × 10 19 | 2 β - | 2,809 | 2000000000 |
| 261 | 48 Ca | 8,992452 | 2,301 × 10 19 | 2 β - | 4,274, 0,0058 | 2000000000 |
| 262 | 209 Би | 8,158689 | 2,01 × 10 19 | α | 3,137 | 1000000000 |
| 263 | 96 Zr | 8,961359 | 2,0 × 10 19 | 2 β - | 3,4 | 1000000000 |
| 264 | 130 Те | 8,766578 | 8,806 × 10 18 | 2 β - | 0,868 | 600 миллионов |
| 265 | 150 Nd | 8,562594 | 7,905 × 10 18 | 2 β - | 3,367 | 600 миллионов |
| 266 | 100 мес. | 8,933167 | 7,804 × 10 18 | 2 β - | 3,035 | 600 миллионов |
| 267 | 151 Eu | 8,565759 | 5,004 × 10 18 | α | 1,9644 | 300000000 |
| 268 | 180 Вт | 8,347127 | 1,801 × 10 18 | α | 2,509 | 100 миллионов |
| 269 | 50 В | 9,055759 | 1,4 × 10 17 | β + или β - | 2,205, 1,038 | 10 миллионов |
| 270 | 113 кд | 8,859372 | 7,7 × 10 15 | β - | .321 | 600 000 |
| 271 | 148 см | 8,607423 | 7,005 × 10 15 | α | 1,986 | 500 000 |
| 272 | 144 Nd | 8,652947 | 2,292 × 10 15 | α | 1,905 | 200 000 |
| 273 | 186 Ос | 8.302508 | 2,002 × 10 15 | α | 2,823 | 100 000 |
| 274 | 174 Hf | 8,392287 | 2,002 × 10 15 | α | 2,497 | 100 000 |
| 275 | 115 В | 8,849910 | 4,4 × 10 14 | β - | 0,499 | 30 000 |
| 276 | 152 Gd | 8,562868 | 1,1 × 10 14 | α | 2,203 | 8000 |
| 277 | 190 Пт | 8,267764 | 6,5 × 10 11 | α | 3,252 | 47 |
| 278 | 147 см | 8,610593 | 1,061 × 10 11 | α | 2.310 | 7,7 |
| 279 | 138 Ла | 8,698320 | 1,021 × 10 11 | К или β - | 1,737, 1,044 | 7,4 |
| 280 | 87 руб. | 9,043718 | 4,972 × 10 10 | β - | .283 | 3,6 |
| 281 | 187 Re | 8,291732 | 4,122 × 10 10 | β - | 0,0026 | 3 |
| 282 | 176 Лю | 8,374665 | 3,764 × 10 10 | β - | 1,193 | 2,7 |
| 283 | 232 Чт | 7,918533 | 1,405 × 10 10 | α или SF | 4,083 | 1 |
| 284 | 238 U | 7,872551 | 4,468 × 10 9 | α или SF или 2 β - | 4,270 | 0,3 |
| 285 | 40 К | 8,909707 | 1,251 × 10 9 | β - или К или β + | 1,311, 1,505, 1,505 | 0,09 |
| 286 | 235 U | 7,897198 | 7,038 × 10 8 | α или SF | 4,679 | 0,05 |
Список легенд [ править ]
- № (номер)
- Текущее положительное целое число для справки. Эти числа могут немного измениться в будущем, так как 162 нуклида теперь классифицируются как стабильные, но теоретически предсказываются как нестабильные (см. Стабильный нуклид § Все еще ненаблюдаемый распад ), так что будущие эксперименты могут показать, что некоторые из них на самом деле нестабильны. Номер начинается с 253, что соответствует 252 (по наблюдениям) стабильным нуклидам.
- Нуклид
- Идентификаторы нуклидов даются их массовым числом A и символом соответствующего химического элемента (подразумевает уникальное число протона ).
- Энергия
- Масса в среднем нуклон этого нуклида по отношению к массе нейтрона (так что все нуклиды получить положительное значение) в МэВ / с 2 , формально: м п - м нуклид / .
- Период полураспада
- Все времена указаны в годах.
- Режим распада
α α распад β - β - распад K захват электронов KK двойной захват электронов β + β + распад SF спонтанное деление 2 β - двойной β - распад 2 β + двойной β + распад я изомерный переход п испускание протона п нейтронное излучение - Энергия распада
- Множественные значения (максимальной) энергии распада в МэВ отображаются на моды распада в их порядке.
См. Также [ править ]
- Альфа-нуклид
- Таблица нуклидов, отсортированных по периодам полураспада
- Таблица нуклидов
- Изотопная геохимия
- Радионуклид
- Мононуклидный элемент
- Моноизотопный элемент
- Стабильный изотоп
- Список нуклидов
- Список элементов по стабильности изотопов
- Нуклеосинтез Большого взрыва
Ссылки [ править ]
- ^ Хоффман, округ Колумбия; Лоуренс, ФО; Mewherter, JL; Рурк, FM (1971). «Обнаружение плутония-244 в природе». Природа . 234 (5325): 132–134. Bibcode : 1971Natur.234..132H . DOI : 10.1038 / 234132a0 . S2CID 4283169 .
- ^ Lachner, J .; и другие. (2012). «Попытка обнаружить на Земле изначальный 244 Pu». Physical Review C . 85 (1): 015801. Bibcode : 2012PhRvC..85a5801L . DOI : 10.1103 / PhysRevC.85.015801 .
- ^ Самир Маджи; и другие. (2006). «Разделение самария и неодима: предпосылка для получения сигналов ядерного синтеза». Аналитик . 131 (12): 1332–1334. Bibcode : 2006Ana ... 131.1332M . DOI : 10.1039 / b608157f . PMID 17124541 .
- ^ Киношита, N .; Пол, М .; Кашив Ю.А. Collon, P .; Дейбель, СМ; DiGiovine, B .; Грин, JP; Хендерсон, диджей; Цзян, CL; Марли, ST; Наканиши, Т .; Пардо, RC; Rehm, KE; Робертсон, Д .; Scott, R .; Schmitt, C .; Тан, XD; Vondrasek, R .; Ёкояма, А. (30 марта 2012 г.). «Более короткий период полураспада 146Sm, измеренный и последствия для хронологии 146Sm-142Nd в Солнечной системе». Наука . 335 (6076): 1614–1617. arXiv : 1109.4805 . Bibcode : 2012Sci ... 335.1614K . DOI : 10.1126 / science.1215510 . ISSN 0036-8075 . PMID 22461609 . S2CID 206538240 .
- ^ С. Маджи; С. Лахири; Б. Верчинский; Г. Корщинек (2006). «Разделение самария и неодима: предпосылка для получения сигналов ядерного синтеза». Аналитик . 131 (12): 1332–1334. Bibcode : 2006Ana ... 131.1332M . DOI : 10.1039 / b608157f . PMID 17124541 .
- ^ PK Курода (1979). «Происхождение элементов: предфермиевский реактор и плутоний-244 в природе». Счета химических исследований . 12 (2): 73–78. DOI : 10.1021 / ar50134a005 .
- ^ Кларк, Ян (2015). Геохимия и изотопы подземных вод . CRC Press. п. 118. ISBN 9781466591745. Проверено 13 июля 2020 .
- ^ Х.-Т. Шен; и другие. «Исследования по измерению 126 Sn с помощью AMS» (PDF) . Accelconf.web.cern.ch .
- ^ «Интерактивная карта нуклидов (Nudat2.5)» . Национальный центр ядерных данных . Проверено 22 июня 2009 .
