Первичный нуклид
В геохимии , геофизике и ядерной физике первичные нуклиды , также известные как первичные изотопы , представляют собой нуклиды , обнаруженные на Земле , которые существовали в их нынешнем виде еще до образования Земли . Первичные нуклиды присутствовали в межзвездной среде, из которой образовалась Солнечная система, и образовались во время или после Большого взрыва в результате нуклеосинтеза в звездах и сверхновых с последующим выбросом массы в результате расщепления космическими лучами.и, возможно, от других процессов. Это стабильные нуклиды плюс долгоживущая фракция радионуклидов, сохранившихся в первичной солнечной туманности в результате аккреции планет до настоящего времени; Известно 286 таких нуклидов.
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 (113
Компакт диск
,116
Компакт диск
;128
Те
,130
Те
;124
Хе
,136
Хе
;144
Нд
,150
Нд
;147
см
,148
см
; а также235
U
,238
U
).
Потому что возраст Земли4,58 × 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, то есть для каждого моля (6,02 × 10 23 атомов ) этого нуклида присутствовали при образовании Земли, сегодня осталось только 4 атома.
Четыре самых короткоживущих первичных нуклида ( т . е . нуклиды с самым коротким периодом полураспада), которые были бесспорно подтверждены экспериментально:232
Чт
(1,4 × 10 10 лет ),238
U
(4,5 × 10 9 лет ),40
К
(1,25 × 10 9 лет ), и235
U
(7,0 × 10 8 лет ).
Это 4 нуклида с периодами полураспада, сравнимыми или несколько меньшими, чем предполагаемый возраст Вселенной . ( Период полураспада 232 Th немного превышает возраст Вселенной.) Полный список 34 известных первичных радионуклидов, включая следующие 30 с периодами полураспада, намного превышающими возраст Вселенной, см. в полном списке ниже. . Для практических целей нуклиды с периодом полураспада, намного превышающим возраст Вселенной, можно рассматривать как стабильные. Периоды полураспада 232 Th и 238 U достаточно велики, поэтому их распад ограничен геологическими временными масштабами; 40 К и 235U имеет более короткий период полураспада и, следовательно, сильно истощен, но все еще достаточно долгоживущий, чтобы значительно сохраняться в природе.
Следующим долгоживущим нуклидом после них является244
Пу
, с периодом полураспада8,08 × 10 7 лет . Сообщалось, что он существует в природе как первичный нуклид [1] , хотя более поздние исследования не обнаружили его. [2] Вторым по продолжительности жизни изотопом, первичность которого не доказана [3] [4] , является146
см
, период полураспада которого6,8 × 10 7 лет , что примерно вдвое больше, чем у третьего по продолжительности жизни такого изотопа.92
Nb
(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, уменьшиться в 2 57 раз ≈ 1,4 × 10 17 ), 146 Sm должны пережить 67 (и уменьшиться на 2 67 ≈ 1,5 × 10 20 ), а 92 Nb должен пережить 130 (и уменьшиться на 2 130 ≈ 1,4 × 10 39 ). Математически, принимая во внимание вероятное начальное содержание этих нуклидов, первичные 244 Pu и 146 Sm должны сохраняться где-то в пределах Земли сегодня, даже если их невозможно идентифицировать в относительно небольшой части земной коры, доступной для анализа человеком, в то время как 92 Nb и все короткоживущие нуклиды не должны. Нуклиды, такие как 92 Nb, которые присутствовали в первичной солнечной туманности, но давно полностью распались, называются вымершими радионуклидами , если у них нет других способов регенерации. [6]
