| Ядерная физика |
|---|
 |
| Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
Радиогенный нуклид является нуклид , который произведен в процессе радиоактивного распада . Сам он может быть радиоактивным ( радионуклид ) или стабильным ( стабильный нуклид ).
Радиогенные нуклиды (чаще называемые радиогенными изотопами ) являются одними из самых важных инструментов в геологии. Они используются двумя основными способами:
- По сравнению с количеством радиоактивного «родительского изотопа» в системе количество радиогенного «дочернего продукта» используется в качестве инструмента радиометрического датирования (например, уран-свинцовая геохронология ).
- По сравнению с количеством нерадиогенного изотопа того же элемента, количество радиогенного изотопа используется для определения его изотопной сигнатуры (например, 206 Pb / 204 Pb). Этот метод более подробно обсуждается в разделе изотопная геохимия .
Примеры [ править ]
Некоторые изотопы природного происхождения полностью радиогенны, но все они являются радиоактивными изотопами, период полураспада которых слишком короткий, чтобы возникать изначально. Таким образом, они присутствуют только в виде радиогенных дочерей либо продолжающихся процессов распада, либо космогенных (индуцированных космическими лучами) процессов, которые производят их в свежей природе. Некоторые другие естественным образом образуются в результате нуклеогенных процессов (естественные ядерные реакции других типов, такие как поглощение нейтронов).
Для радиогенных изотопов, которые распадаются достаточно медленно или которые являются стабильными изотопами , всегда присутствует первичная фракция, так как все достаточно долгоживущие и стабильные изотопы действительно встречаются в природе изначально. Дополнительная фракция некоторых из этих изотопов также может происходить радиогенно.
Свинец , пожалуй, лучший пример частично радиогенного вещества, поскольку все четыре его стабильных изотопа ( 204 Pb, 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb) изначально присутствуют в известных и фиксированных соотношениях. Однако 204 Pb присутствует только изначально, в то время как три других изотопа могут также встречаться в виде радиогенных продуктов распада урана и тория . В частности, 206 Pb образуется из 238 U, 207 Pb из 235 U и 208 Pb из 232Чт. В породах, содержащих уран и торий, избыточное количество трех более тяжелых изотопов свинца позволяет «датировать» породу или оценить время, с которого порода затвердела, а минерал сохранил соотношение изотопов фиксированным и неизменным.
Другими заметными нуклидами, которые частично являются радиогенными, являются аргон- 40, образованный из радиоактивного калия , и азот-14 , который образуется при распаде углерода-14 .
Другими важными примерами радиогенных элементов являются радон и гелий , которые образуются при распаде более тяжелых элементов в коренных породах. Радон полностью радиоген, поскольку у него слишком короткий период полураспада, чтобы возникать изначально. Однако гелий изначально присутствует в коре Земли, поскольку и гелий-3, и гелий-4стабильны, и небольшие количества были захвачены земной корой при ее формировании. Гелий-3 почти полностью первичен (небольшое количество образуется в результате естественных ядерных реакций в коре). Глобальные поставки гелия (который происходит в газовых скважинах и в атмосфере) почти полностью (около 90-99%) является радиогенным, о чем свидетельствует его обогащение в 10-100 раз радиогенным гелием-4 по сравнению с исходным соотношением из гелия-4 в гелий-3. Это последнее соотношение известно из внеземных источников, таких как некоторые лунные породы и метеориты, которые относительно свободны от исходных источников гелия-3 и гелия-4.
Как было отмечено в случае свинца-204, радиогенный нуклид часто не является радиоактивным. В этом случае, если его нуклид-предшественник демонстрирует период полураспада, слишком короткий для того, чтобы выжить с первобытных времен, то родительский нуклид исчезнет и теперь известен полностью благодаря относительному избытку его стабильного дочернего элемента. На практике это происходит для всех радионуклидов с периодом полураспада менее 50–100 миллионов лет. Такие нуклиды образуются в сверхновых звездах , но известны как потухшие радионуклиды , поскольку в настоящее время непосредственно на Земле не наблюдаются.
Пример потухшего радионуклида - йод-129; он распадается на ксенон-129, стабильный изотоп ксенона, который появляется в избытке по сравнению с другими изотопами ксенона. Он обнаружен в метеоритах, которые конденсировались из первичного пылевого облака Солнечной системы и захватили первичный йод-129 (период полураспада 15,7 миллиона лет) в какой-то момент относительно короткого периода (вероятно, менее 20 миллионов лет) между образованием йода-129 в сверхновая, и образование Солнечной системы путем конденсации этой пыли. Захваченный йод-129 теперь выглядит как относительный избыток ксенона-129. Йод-129 был первым вымершим радионуклидом, который был обнаружен в 1960 году. Другие - это алюминий-26 (также выведенный из дополнительного количества магния-26, обнаруженного в метеоритах) и железо-60.
Радиогенные нуклиды, используемые в геологии [ править ]
В следующей таблице перечислены некоторые из наиболее важных радиогенных изотопных систем, используемых в геологии, в порядке уменьшения периода полураспада радиоактивного родительского изотопа. Значения, указанные для периода полураспада и постоянной распада, являются текущими согласованными значениями в сообществе геологов изотопов. [1] ** указывает конечный продукт распада ряда.
| Родительский нуклид | Дочерний нуклид | Константа распада (год −1 ) | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 190 Пт | 186 Ос | 1,477 × 10 −12 | 469,3 млрд лет * |
| 147 см | 143 Nd | 6,54 × 10 −12 | 106 млрд лет |
| 87 руб. | 87 Sr | 1,402 × 10 −11 | 49,44 млрд лет |
| 187 Re | 187 Ос | 1,666 × 10 −11 | 41,6 млрд лет |
| 176 Лю | 176 Hf | 1,867 × 10 −11 | 37,1 млрд лет |
| 232 Чт | 208 Пб ** | 4,9475 × 10 −11 | 14.01 млрд лет |
| 40 К | 40 Ar | 5,81 × 10 −11 | 11,93 млрд лет |
| 238 U | 206 Pb ** | 1,55125 × 10 −10 | 4,468 млрд лет |
| 40 К | 40 Ca | 4,962 × 10 −10 | 1,397 млрд лет |
| 235 U | 207 Pb ** | 9,8485 × 10 −10 | 0,7038 млрд лет |
| 129 Я | 129 Xe | 4,3 × 10 −8 | 16 млн. Лет |
| 10 Be | 10 млрд | 4,6 × 10 −7 | 1,5 млн лет |
| 26 Al | 26 мг | 9,9 × 10 −7 | 0,7 млн лет |
| 36 Cl | 36 Ar / S | 2,24 × 10 −6 | 310 тыс. Лет |
| 234 U | 230 Чт | 2,826 × 10 −6 | 245,25 тыс. Лет |
| 230 Чт | 226 Ra | 9,1577 × 10 −6 | 75,69 тыс. Лет |
| 231 Па | 227 Ас | 2,116 × 10 −5 | 32,76 тыс. Лет |
| 14 С | 14 с.ш. | 1,2097 × 10 −4 | 5730 г. |
| 226 Ra | 222 р- н | 4,33 × 10 −4 | 1600 лет |
- В этой таблице Гир = гига год = 10 9 лет, млн лет = мегег год = 10 6 лет, тысяч год = килог год = 10 3 года
Радиогенное отопление [ править ]
Радиогенный нагрев происходит в результате выделения тепловой энергии от радиоактивного распада [2] при производстве радиогенных нуклидов. Наряду с теплом от внешнего ядра Земли, радиогенное нагревание, происходящее в мантии, составляет два основных источника тепла в недрах Земли . [3] В большинстве случаев радиогенным нагрева в результатах Земли от распада дочерних ядер в цепочках распада на уран-238 и торий-232 и калий-40 . [4]
См. Также [ править ]
- Геонейтрино
- Радиометрическое датирование
- Стабильный нуклид
Ссылки [ править ]
- ^ Дикин, AP (2005). Геология радиогенных изотопов . Издательство Кембриджского университета.
- ^ Allaby, Алиса; Майкл Аллаби (1999). «радиогенное отопление» . Словарь наук о Земле . Проверено 24 ноября 2013 года .
- ↑ Mutter, John C. «Земля как тепловой двигатель» . Введение наук о Земле I . Колумбийский университет . п. 3.2. Мантийная конвекция . Проверено 23 ноября 2013 года .
- ^ Dume, Belle (27 июля 2005). «Дебют геонейтрино; Радиогенное тепло на Земле» . Мир физики . Институт физики . Проверено 23 ноября 2013 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Национальный центр разработки изотопов Государственные поставки радионуклидов; информация об изотопах; координация и управление производством, доступностью и распределением изотопов
- Разработка и производство изотопов для исследований и применений (IDPRA) Программа Министерства энергетики США по производству изотопов и производственным исследованиям и разработкам
