Изотопы циркония

Изотопы циркония ( 40Zr ) 
Основные изотопы [1]Разлагаться
избытокпериод полураспада ( t 1/2 )режимпродукт
88 Зрсинт83,4 дн.ε88 лет
γ
89 Зрсинт78,4 ч.ε89 лет
β +89 лет
γ
90 Зр51,5%стабильный
91 Зр11.2%стабильный
92 Зр17.1%стабильный
93 Зрслед1,53 × 10 6  летβ 93 Нб
94 Зр17,4%стабильный
96 Зр2.80%2,34 × 10 19  летβ β 96 Мо
Стандартный атомный вес A r °(Zr)

Встречающийся в природе цирконий ( 40 Zr) состоит из четырех стабильных изотопов (один из которых в будущем может оказаться радиоактивным ) и одного очень долгоживущего радиоизотопа ( 96 Zr), первичного нуклида , который распадается посредством двойного бета-распада с наблюдаемым периодом полураспада 2,0×10 19 лет; [4] он также может подвергаться одинарному бета-распаду , который пока не наблюдается, но теоретически предсказанное значение t 1/2 составляет 2,4×10 20 лет. [5] Вторым по стабильности радиоизотопом является 93 Zr , период полураспада которого составляет 1,53 миллиона лет. Было обнаружено тридцать других радиоизотопов. Все они имеют период полураспада менее суток, за исключением 95 Zr (64,02 дня), 88 Zr (83,4 дня) и 89 Zr (78,41 часа). Основным режимом распада является захват электронов для изотопов легче 92Zr , а основным режимом для более тяжелых изотопов является бета-распад.

Список изотопов


Нуклид
[n 1]
ЗНИзотопная масса ( Da ) [n 2] [n 3]
Период полураспада
[n 4] [n 5]

Режим распада

Дочерний
изотоп

[n 6]
Спин и
четность
[n 7] [n 5]
Природная распространенность (мольная доля)
Энергия возбужденияНормальная пропорцияДиапазон вариаций
77 Зр403776.96608(43)#100# мкс3/2−#
78 Зр403877.95523(54)#50# мс
[>170 нс]
0+
79 Зр403978.94916(43)#56(30) мсβ + , п78 Ср5/2+#
β +79 лет
80 Зр404079.9404(16)4.6(6) сβ +80 лет0+
81 Зр404180.93721(18)5,5(4) сβ + (>99,9%)81 год(3/2−)#
β + , р (<.1%)80 Ср
82 Зр404281.93109(24)#32(5) сβ +82 года0+
83 Зр404382.92865(10)41,6(24) сβ + (>99,9%)83 года(1/2−)#
β + , р (<.1%)82 Ср
84 Зр404483.92325(21)#25,9(7) минβ +84 года0+
85 Зр404584.92147(11)7.86(4) минβ +85 лет7/2+
85м Зр292,2(3) кэВ10.9(3) сИТ (92%)85 Зр(1/2−)
β + (8%)85 лет
86 Зр404685.91647(3)16,5(1) чβ +86 лет0+
87 Зр404786.914816(9)1,68(1) чβ +87 лет(9/2)+
87м Зр335,84(19) кэВ14.0(2) сЭТО87 Зр(1/2)−
88 Зр [н 8]404887.910227(11)83.4(3) дЕС88 лет0+
89 Зр404988.908890(4)78.41(12) чβ +89 лет9/2+
89м Зр587,82(10) кэВ4.161(17) мин.ИТ (93,77%)89 Зр1/2−
β + (6,23%)89 лет
90 Зр [н 9]405089.9047044(25)Стабильный0+0,5145(40)
90м1 Зр2319.000(10) кэВ809.2(20) мсЭТО90 Зр5-
90м2 Зр3589,419(16) кэВ131(4) нс8+
91 Зр [н 9]405190.9056458(25)Стабильный5/2+0.1122(5)
91м Зр3167,3(4) кэВ4,35(14) мкс(21/2+)
92 Зр [н 9]405291.9050408(25)Стабильный0+0,1715(8)
93 Зр [н 10]405392.9064760(25)1,53(10)×10 6  летβ (73%)93м Нб5/2+
β (27%)93 Нб
94 Зр [н 9]405493.9063152(26)Наблюдаемо стабильный [n 11]0+0,1738(28)
95 Зр [н 9]405594.9080426(26)64.032(6) дβ 95 Нб5/2+
96 Зр [н 12] [н 9] [н 13]405695.9082734(30)2,0(4)×10 19  летβ β ​​[н 14]96 Мо0+0,0280(9)
97 Зр405796.9109531(30)16.744(11) чβ 97м Нб1/2+
98 Зр405897.912735(21)30,7(4) сβ 98 Нб0+
99 Зр405998.916512(22)2.1(1) сβ 99м Нб1/2+
100 Зр406099.91776(4)7.1(4) сβ 100 Нб0+
101 Зр4061100.92114(3)2.3(1) сβ 101 Нб3/2+
102 Зр4062101.92298(5)2.9(2) сβ 102 Нб0+
103 Зр4063102.92660(12)1.3(1) сβ 103 Нб(5/2−)
104 Зр4064103.92878(43)#1.2(3) сβ 104 Нб0+
105 Зр4065104.93305(43)#0,6(1) сβ (>99,9%)105 Нб
β , н (<.1%)104 Нб
106 Зр4066105.93591(54)#200# мс
[>300 нс]
β 106 Нб0+
107 Зр4067106.94075(32)#150# мс
[>300 нс]
β 107 Нб
108 Зр4068107.94396(64)#80# мс
[>300 нс]
β 108 Нб0+
109 Зр4069108.94924(54)#60# мс
[>300 нс]
110 Зр4070109.95287(86)#30# мс
[>300 нс]
0+
111 Зр [7]4071
112 Зр [7]40720+
113 Зр [8]4073
114 Зр [9]40740+
Заголовок и нижний колонтитул этой таблицы:
  1. ^ m Zr – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
  4. ^ Жирным шрифтом выделен период полураспада  – почти стабильный, период полураспада дольше возраста Вселенной .
  5. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ Второй по мощности известный поглотитель нейтронов.
  9. ^ abcdef Продукт деления
  10. ^ Долгоживущий продукт деления
  11. ^ Считается, что он распадается по механизму β β ​​до 94 Mo с периодом полураспада более 1,1×10 17 лет.
  12. ^ Первичный радионуклид
  13. ^ Предсказано, что он способен подвергаться тройному бета-распаду и четверному бета-распаду с очень длительными частичными периодами полураспада.
  14. ^ Теоретически также может претерпевать β - распад до 96Nb с частичным периодом полураспада более 2,4× 1019  лет [6]

Цирконий-88

88 Zr — радиоизотоп циркония с периодом полураспада 83,4 дня. В январе 2019 года было обнаружено, что этот изотоп имеет сечение захвата нейтронов приблизительно 861 000 барн; это на несколько порядков больше, чем прогнозировалось, и больше, чем у любого другого нуклида, за исключением ксенона -135 . [10]

Цирконий-89

89 Zr — радиоизотоп циркония с периодом полураспада 78,41 часа. Он производится путем протонного облучения природного иттрия-89. Его наиболее заметный гамма-фотон имеет энергию 909 кэВ.

Цирконий-89 используется в специализированных диагностических приложениях с использованием позитронно-эмиссионной томографии [11] , например, с использованием антител, меченых цирконием-89 (иммуно-ПЭТ). [12] Таблицу распада см. в Maria Vosjan. "Цирконий-89 (89Zr)". Cyclotron.nl.

Цирконий-93

Выход , % на деление [13]
ТермальныйБыстрый14 МэВ
232 Тысячане делящийся6,70 ± 0,405,58 ± 0,16
233 У6,979 ± 0,0986,94 ± 0,075,38 ± 0,32
235 У6,346 ± 0,0446,25 ± 0,045,19 ± 0,31
238 Уне делящийся4,913 ± 0,0984,53 ± 0,13
239 Pu3,80 ± 0,033,82 ± 0,033,0 ± 0,3
241 Pu2,98 ± 0,042,98 ± 0,33?
Нуклидт 12УрожайВ [а 1]βγ
( Ма )(%) [а 2]( кэВ )
99 Тс0,2116.1385294β
126 Сн0.2300,10844050 [а 3]β γ
79 Сэ0,3270,0447151β
135 Сс1.336.9110 [а 4]269β
93 Зр1.535.457591βγ
107 Пд6.5  1.249933β
129 Я16.14  0,8410194βγ
  1. ^ Энергия распада делится между β , нейтрино и γ, если таковые имеются.
  2. ^ На 65 делений тепловыми нейтронами 235 U и 35 делений 239 Pu .
  3. ^ Имеет энергию распада 380 кэВ, но продукт его распада 126Sb имеет энергию распада 3,67 МэВ.
  4. ^ Ниже в тепловых реакторах, поскольку 135Xe , его предшественник, легко поглощает нейтроны .

93 Zr радиоизотоп цирконияс периодом полураспада 1,53 миллиона лет, распадающийся посредством испускания низкоэнергетической бета-частицы . 73% распадов заселяют возбужденное состояние ниобия - 93 , который распадается с периодом полураспада 14 лет и низкоэнергетическим гамма-излучением до стабильного основного состояния 93 Nb , в то время как оставшиеся 27% распадов напрямую заселяют основное состояние. [14] Это один из всего лишь 7 долгоживущих продуктов деления . Низкая удельная активность и низкая энергия его излучений ограничивают радиоактивную опасность этого изотопа.

Ядерное деление производит его с выходом деления 6,3% (деление тепловыми нейтронами 235 U), наравне с другими наиболее распространенными продуктами деления. Ядерные реакторы обычно содержат большое количество циркония в качестве оболочки топливных стержней (см. циркалой ), а нейтронное облучение 92 Zr также производит некоторое количество 93 Zr, хотя это ограничено низким сечением захвата нейтронов 92 Zr, равным 0,22 барн . Действительно, одной из основных причин использования циркония в оболочке топливных стержней является его низкое сечение.

93 Zr также имеет низкое сечение захвата нейтронов 0,7 барн. [15] [16] Большая часть делящегося циркония состоит из других изотопов; другой изотоп со значительным сечением поглощения нейтронов - 91 Zr с сечением 1,24 барн. 93 Zr является менее привлекательным кандидатом для утилизации путем ядерной трансмутации , чем 99 Tc и 129 I. Подвижность в почве относительно низкая, поэтому геологическое захоронение может быть адекватным решением. В качестве альтернативы, если влияние на нейтронную экономику93
Более высокое поперечное сечение Zr
считается приемлемым, облученная оболочка и продукт деления цирконий (которые смешиваются в большинстве современных методов ядерной переработки ) могут быть использованы для формирования новой оболочки из цирколоя. После того, как оболочка окажется внутри реактора, относительно низкий уровень радиоактивности может быть допустим, но транспортировка и производство могут потребовать особых мер предосторожности.

Ссылки

  1. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ «Стандартные атомные веса: цирконий». CIAAW . 2024.
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ «Список принятых значений двойного бета-распада (ββ)». Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория.
  5. ^ H Heiskanen; MT Mustonen; J Suhonen (30 марта 2007 г.). «Теоретический период полураспада для бета-распада 96Zr». Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 34 (5): 837–843. doi :10.1088/0954-3899/34/5/005.
  6. ^ Finch, SW; Tornow, W. (2016). «Поиск β-распада 96Zr». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 806 : 70–74. Bibcode : 2016NIMPA.806...70F. doi : 10.1016/j.nima.2015.09.098 .
  7. ^ ab Ohnishi, Tetsuya; Kubo, Toshiyuki; Kusaka, Kensuke; et al. (2010). "Identification of 45 New Neutron-Rich Isotopes Produced by In-Flight Fission of a 238U Beam at 345 MeV/nucleon". J. Phys. Soc. Jpn . 79 (7). Physical Society of Japan: 073201. arXiv : 1006.0305 . Bibcode : 2010JPSJ...79g3201T. doi : 10.1143/JPSJ.79.073201 .
  8. ^ Симидзу, Йохей и др. (2018). «Наблюдение новых нейтронно-богатых изотопов среди фрагментов деления от деления на лету 345 МэВ=нуклон 238U: поиск новых изотопов, проводимый одновременно с кампаниями по измерению распада». Журнал Физического общества Японии . 87 (1): 014203. Bibcode : 2018JPSJ...87a4203S. doi : 10.7566/JPSJ.87.014203 .
  9. ^ Сумикама, Т.; и др. (2021). «Наблюдение новых нейтронно-богатых изотопов в окрестностях Zr110». Physical Review C. 103 ( 1): 014614. Bibcode : 2021PhRvC.103a4614S. doi : 10.1103/PhysRevC.103.014614. hdl : 10261/260248 . S2CID  234019083.
  10. ^ Шустерман, JA; Счиелзо, ND; Томас, KJ; Норман, EB; Лапи, SE; Лавлесс, CS; Питерс, NJ; Робертсон, JD; Шонесси, DA; Тончев, AP (2019). «Удивительно большое сечение захвата нейтронов 88Zr». Nature . 565 (7739): 328–330. Bibcode :2019Natur.565..328S. doi :10.1038/s41586-018-0838-z. OSTI  1512575. PMID  30617314. S2CID  57574387.
  11. ^ Дилворт, Джонатан Р.; Паску, София И. (2018). «Химия ПЭТ-визуализации с цирконием-89». Chemical Society Reviews . 47 (8): 2554–2571. doi :10.1039/C7CS00014F. PMID  29557435.
  12. ^ Ван Донген, GA; Восян, MJ (август 2010 г.). «Иммунопозитронно-эмиссионная томография: проливает свет на клиническую терапию антителами». Биотерапия рака и радиофармацевтика . 25 (4): 375–85. doi :10.1089/cbr.2010.0812. PMID  20707716.
  13. ^ MB Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Ядерные данные для науки и технологий: поперечные сечения, ковариации, выходы продуктов деления и данные о распаде", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (доступно по адресу www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  14. ^ Кассетт, П.; Шартье, Ф.; Иснар, Х.; Фрешу, К.; Ласзак, И.; Дегрос, Ж. П.; Бе, М. М.; Лепи, М. К.; Тартес, И. (2010). «Определение схемы распада и периода полураспада 93Zr». Applied Radiation and Isotopes . 68 (1): 122–130. doi :10.1016/j.apradiso.2009.08.011. PMID  19734052.
  15. ^ "ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)". Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория. 2011-12-22. Архивировано из оригинала 2009-07-20 . Получено 2014-11-20 .
  16. ^ S. Nakamura; et al. (2007). "Сечения захвата тепловых нейтронов цирконием-91 и цирконием-93 с помощью гамма-спектроскопии". Журнал ядерной науки и технологий . 44 (1): 21–28. Bibcode : 2007JNST...44...21N. doi : 10.1080/18811248.2007.9711252. S2CID  96087661.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Изотопы_циркония&oldid=1250436300"