Распад цепи
| Ядерная физика |
|---|
 |
В ядерной науке цепочка распада относится к предсказуемой серии радиоактивных распадов, которым подвергаются ядра некоторых нестабильных химических элементов.
Радиоактивные изотопы обычно не распадаются непосредственно на стабильные изотопы , а скорее на другой радиоизотоп. Изотоп, полученный в результате этого радиоактивного излучения, затем распадается на другой, часто радиоактивный изотоп. Эта цепочка распадов всегда заканчивается стабильным изотопом , ядро которого больше не имеет избытка энергии, необходимого для создания другого излучения излучения. Такие стабильные изотопы затем называются имеющими ядра, которые достигли своих основных состояний .
Стадии или шаги в цепочке распада называются по их отношению к предыдущим или последующим стадиям. Следовательно, родительский изотоп - это тот, который распадается с образованием дочернего изотопа . Например, элемент 92, уран , имеет изотоп со 144 нейтронами ( 236 U ), и он распадается на изотоп элемента 90, тория , со 142 нейтронами ( 232 Th ). Дочерний изотоп может быть стабильным или он сам может распадаться с образованием другого дочернего изотопа. 232 Th делает это, когда распадается на радий-228 . Дочерний изотоп дочернего изотопа, такой как 228 Ra, иногда называют внучатым изотопом .
Время, необходимое для распада атома родительского изотопа на его дочерний элемент, принципиально непредсказуемо и сильно варьируется. Для отдельных ядер этот процесс, как известно, не имеет определяемых причин , и время, в которое он происходит, поэтому полностью случайно . Единственное предсказание, которое можно сделать, является статистическим и выражает среднюю скорость распада. Эту скорость можно представить, настроив кривую распадающегося экспоненциального распределения с константой распада ( λ ), специфичной для изотопа. При таком понимании радиоактивный распад начальной популяции нестабильных атомов с течением времени t следует кривой, заданной выражением e − λt .
Из этого анализа следует одно из важнейших свойств любого радиоактивного материала — его период полураспада . Это относится ко времени, необходимому для распада половины заданного числа радиоактивных атомов, и обратно пропорционально постоянной распада изотопа λ . Периоды полураспада были определены в лабораториях для многих радионуклидов и могут варьироваться от почти мгновенного — водород-5 распадается за меньшее время, чем требуется фотону, чтобы пройти от одного конца своего ядра до другого, — до на четырнадцать порядков больше возраста Вселенной : теллур-128 имеет период полураспада2,2 × 10 24 лет .
Уравнение Бейтмана предсказывает относительные количества всех изотопов, которые составляют данную цепочку распада, как только эта цепочка распада продолжается достаточно долго, чтобы некоторые из ее дочерних продуктов достигли стабильного (т. е. нерадиоактивного) конца цепочки. Цепочка распада, которая достигла этого состояния, что может потребовать миллиардов лет, называется равновесной . Образец радиоактивного материала в равновесии производит устойчивое и неуклонно уменьшающееся количество радиоактивности по мере того, как изотопы, которые его составляют, проходят цепочку распада. С другой стороны, если образец радиоактивного материала был изотопно обогащен, что означает, что радиоизотоп присутствует в больших количествах, чем существовало бы, если бы цепочка распада была единственной причиной его присутствия, то этот образец считается неравновесным . Неинтуитивным следствием этого неравновесия является то, что образец обогащенного материала может иногда увеличивать радиоактивность, поскольку накапливаются дочерние продукты, которые более радиоактивны, чем их родительские. Как обогащенный , так и обедненный уран являются примерами этого явления.
История
Химические элементы появились в два этапа. Первый начался вскоре после Большого взрыва . От десяти секунд до 20 минут после начала Вселенной самая ранняя конденсация легких атомов была ответственна за производство четырех самых легких элементов. Подавляющее большинство этого первичного производства состояло из трех самых легких изотопов водорода — протия , дейтерия и трития — и двух из девяти известных изотопов гелия — гелия-3 и гелия-4 . Следовые количества лития-7 и бериллия-7, вероятно, также были получены.
Насколько известно, все более тяжелые элементы появились примерно 100 миллионов лет спустя, во второй фазе нуклеосинтеза , которая началась с рождением первых звезд . [1] Ядерные печи, которые питают звездную эволюцию, были необходимы для создания больших количеств всех элементов тяжелее гелия, и r- и s-процессы захвата нейтронов, которые происходят в звездных ядрах, как полагают, создали все такие элементы вплоть до железа и никеля (атомные номера 26 и 28). Экстремальные условия , которые сопровождают взрывы сверхновых, способны создавать элементы между кислородом и рубидием (т. е. атомные номера от 8 до 37). Создание более тяжелых элементов, включая те, которые не имеют стабильных изотопов — все элементы с атомными номерами больше, чем у свинца, 82 — по-видимому, зависит от r-процесса нуклеосинтеза, действующего среди огромных концентраций свободных нейтронов, высвобождаемых во время слияний нейтронных звезд .
Большинство изотопов каждого химического элемента, присутствующего на Земле сегодня, были образованы такими процессами не позднее времени конденсации нашей планеты из солнечного протопланетного диска , около 4,5 миллиардов лет назад. Исключениями из этих так называемых первичных элементов являются те, которые возникли в результате радиоактивного распада нестабильных родительских ядер по мере их продвижения по одной из нескольких цепочек распада, каждая из которых заканчивается образованием одного из 251 известных стабильных изотопов. Помимо космического или звездного нуклеосинтеза и цепочек распада, единственные другие способы получения химического элемента полагаются на атомное оружие , ядерные реакторы ( естественные или искусственные ) или трудоемкую сборку ядер атом за атомом с помощью ускорителей частиц .
Нестабильные изотопы распадаются на свои дочерние продукты (которые иногда могут быть еще более нестабильными) с заданной скоростью; в конечном итоге, часто после серии распадов, достигается стабильный изотоп: во Вселенной существует 251 стабильный изотоп. В стабильных изотопах легкие элементы обычно имеют более низкое отношение нейтронов к протонам в своем ядре, чем более тяжелые элементы. Легкие элементы, такие как гелий-4, имеют близкое к 1:1 отношение нейтронов к протонам. Самые тяжелые элементы, такие как уран, имеют близкое к 1,5 нейтрона на протон (например, 1,587 в уране-238 ). Ни один нуклид тяжелее свинца-208 не является стабильным; эти более тяжелые элементы должны сбрасывать массу, чтобы достичь стабильности, в основном за счет альфа-распада . Другим распространенным способом распада изотопов с высоким отношением нейтронов к протонам (n/p) является бета-распад , при котором нуклид меняет элементную идентичность, сохраняя при этом то же массовое число и снижая свое отношение n/p. Для некоторых изотопов с относительно низким отношением n/p существует обратный бета-распад , при котором протон преобразуется в нейтрон, таким образом двигаясь к стабильному изотопу; однако, поскольку деление почти всегда производит продукты, которые являются тяжелыми нейтронами, эмиссия позитронов или захват электронов редки по сравнению с эмиссией электронов. Существует много относительно коротких цепочек бета-распада, по крайней мере две (тяжелый, бета-распад и легкий, позитронный распад) для каждого дискретного веса примерно до 207 и некоторые выше, но для элементов с большей массой (изотопы тяжелее свинца) существует только четыре пути, которые охватывают все цепочки распада. [ необходима цитата ] Это связано с тем, что существует всего два основных метода распада: альфа-излучение , которое уменьшает массу на 4 атомные единицы массы (а.е.м.), и бета-излучение, которое не изменяет массовое число (только атомный номер и отношение p/n). Четыре пути называются 4n, 4n + 1, 4n + 2 и 4n + 3; остаток от деления атомной массы на четыре дает цепочку, которую изотоп будет использовать для распада. Существуют и другие режимы распада, но они неизменно происходят с меньшей вероятностью, чем альфа- или бета-распад. (Не следует предполагать, что эти цепочки не имеют ответвлений: на схеме ниже показано несколько ответвлений цепочек, и на самом деле их гораздо больше, потому что возможных изотопов гораздо больше, чем показано на схеме.) Например, третий синтезированный атом нихония-278 претерпел шесть альфа-распадов до менделевия-254 [ 2], за которыми последовал захват электрона (форма бета-распада) до фермия-254 [2] , а затем седьмой альфа-распад до калифорния-250 [ 2]после чего он бы следовал цепочке 4n + 2 (ряд радия), как указано в этой статье. Однако самые тяжелые синтезированные сверхтяжелые нуклиды не достигают четырех цепочек распада, поскольку они достигают спонтанно делящегося нуклида после нескольких альфа-распадов, который завершает цепочку: это то, что произошло с первыми двумя синтезированными атомами нихония-278, [3] [4], а также со всеми произведенными более тяжелыми нуклидами.
Три из этих цепочек имеют долгоживущий изотоп (или нуклид) вблизи вершины; этот долгоживущий нуклид является узким местом в процессе, через который цепочка протекает очень медленно, и поддерживает цепочку под ними «живой» с течением. Три долгоживущих нуклида — это уран-238 (период полураспада 4,5 миллиарда лет), уран-235 (период полураспада 700 миллионов лет) и торий-232 (период полураспада 14 миллиардов лет). Четвертая цепочка не имеет такого долгоживущего нуклида-узкого места вблизи вершины, поэтому почти все нуклиды в этой цепочке давно распались до самого конца: висмута-209. Этот нуклид долгое время считался стабильным, но в 2003 году было обнаружено, что он нестабилен, с очень долгим периодом полураспада 20,1 миллиарда миллиардов лет; [5] это последний шаг в цепочке перед стабильным таллием-205. Поскольку это узкое место существует очень долго, было произведено очень малое количество конечного продукта распада, и для большинства практических целей конечным продуктом распада является висмут-209.
В далеком прошлом, в течение первых нескольких миллионов лет истории Солнечной системы, существовало больше видов нестабильных массивных нуклидов, и четыре цепочки были длиннее, так как включали нуклиды, которые с тех пор распались. Примечательно, что 244 Pu, 237 Np и 247 Cm имеют периоды полураспада более миллиона лет и тогда были бы меньшими узкими местами в верхних цепочках 4n, 4n+1 и 4n+3 соответственно. [6] (Нет ни одного нуклида с периодом полураспада более миллиона лет выше 238 U в цепочке 4n+2.) Сегодня некоторые из этих ранее исчезнувших изотопов снова существуют, поскольку они были изготовлены. Таким образом, они снова занимают свои места в цепочке: плутоний-239, используемый в ядерном оружии, является основным примером, распадающимся до урана-235 посредством альфа-излучения с периодом полураспада 24 500 лет. Также было осуществлено крупномасштабное производство нептуния-237, который возродил доселе неактивированную четвертую цепь. [7] Таким образом, в таблицах ниже четыре цепи распада начинаются с изотопов калифорния с массовыми числами от 249 до 252.
| Название серии | Торий | Нептуний | Уран | Актиний |
| Массовые числа | 4 н | 4 н +1 | 4 н +2 | 4 н +3 |
| Долгоживущий нуклид | 232Th ( 244Pu ) | 209 Би ( 237 Нп) | 238 У | 235 U ( 247 См) |
| Период полураспада (миллиарды лет) | 14 (0,08) | 20 100 000 000 (0,00214) | 4.5 | 0,7 (0,0156) |
| Конец цепочки | 208 свинца | 205 Тл | 206 Pb | 207 Pb |
Эти четыре цепочки обобщены в таблице в следующем разделе.
Виды распада
Четыре наиболее распространенных способа радиоактивного распада: альфа-распад, бета-распад, обратный бета-распад (рассматриваемый как испускание позитронов и захват электронов) и изомерный переход . Из этих процессов распада только альфа-распад (деление ядра гелия-4 ) изменяет атомное массовое число ( A ) ядра и всегда уменьшает его на четыре. Из-за этого почти любой распад приведет к ядру, атомное массовое число которого имеет тот же остаток mod 4. Это делит список нуклидов на четыре класса. Все члены любой возможной цепочки распада должны быть взяты полностью из одного из этих классов.
В природе наблюдаются три основные цепочки распада (или семейства). Их обычно называют ториевой серией, радиевой или урановой серией и актиниевой серией, представляющими три из этих четырех классов и заканчивающимися тремя различными стабильными изотопами свинца . Массовое число каждого изотопа в этих цепочках можно представить как A = 4 n , A = 4 n + 2 и A = 4 n + 3 соответственно. Долгоживущие начальные изотопы этих трех изотопов, соответственно торий-232 , уран-238 и уран-235 , существовали с момента образования Земли, игнорируя искусственные изотопы и их распады, созданные с 1940-х годов.
Из-за относительно короткого периода полураспада его начального изотопа нептуния-237 (2,14 миллиона лет), четвертая цепь, серия нептуния с A = 4 n + 1, уже вымерла в природе, за исключением конечной стадии, ограничивающей скорость, распада висмута -209 . Следы 237 Np и продуктов его распада встречаются в природе, однако в результате захвата нейтронов в урановой руде. [8] Конечным изотопом этой цепи теперь, как известно, является таллий-205 . Некоторые старые источники называют конечный изотоп висмутом-209, но в 2003 году было обнаружено, что он очень слабо радиоактивен, с периодом полураспада2,01 × 10 19 лет . [9]
Существуют также нетрансурановые цепочки распада нестабильных изотопов легких элементов, например, магния-28 и хлора-39 . На Земле большинство исходных изотопов этих цепочек до 1945 года были получены под действием космической радиации . С 1945 года испытания и применение ядерного оружия также привели к выбросу многочисленных радиоактивных продуктов деления . Почти все такие изотопы распадаются либо по типу β −, либо по типу β + , переходя от одного элемента к другому без изменения атомной массы. Эти более поздние дочерние продукты, будучи ближе к стабильности, обычно имеют более длительные периоды полураспада, пока они окончательно не распадутся на стабильность.
Цепи альфа-распада актинидов
| Актиниды [10] по цепочке распада | Диапазон периода полураспада ( а ) | Продукты деления 235 U по выходу [ 11] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 н | 4 н + 1 | 4 н + 2 | 4 н + 3 | 4,5–7% | 0,04–1,25% | <0,001% | ||
| 228 Ра№ | 4–6 утра | 155 Euþ | ||||||
| 248 Бк[12] | > 9 утра | |||||||
| 244 смƒ | 241 Puƒ | 250 Кф | 227 Ак№ | 10–29 утра | 90 Ср | 85 Кр | 113m Кдþ | |
| 232 Uƒ | 238 Puƒ | 243 смƒ | 29–97 а | 137С | 151 Смþ | 121м Сн | ||
| 249 Кфƒ | 242m Amƒ | 141–351 а | Ни один из продуктов деления не имеет периода полураспада | |||||
| 241 Амƒ | 251 Кфƒ[13] | 430–900 а | ||||||
| 226 Ра№ | 247 Бк | 1,3–1,6 тыс. лет назад | ||||||
| 240 Пу | 229 Тыс | 246 смƒ | 243 Амƒ | 4,7–7,4 тыс. лет назад | ||||
| 245 смƒ | 250 см | 8,3–8,5 тыс. лет назад | ||||||
| 239 Puƒ | 24,1 тыс. лет назад | |||||||
| 230 Тыс№ | 231 Па№ | 32–76 тыс. лет назад | ||||||
| 236 Нпƒ | 233 Uƒ | 234 У№ | 150–250 тыс. лет назад | 99 тк₡ | 126 Сн | |||
| 248 см | 242 Pu | 327–375 тыс. лет назад | 79 се₡ | |||||
| 1,33 млн лет назад | 135 Cs₡ | |||||||
| 237 Нпƒ | 1,61–6,5 млн лет назад | 93 Зр | 107 Пд | |||||
| 236 У | 247 смƒ | 15–24 млн лет назад | 129 Я₡ | |||||
| 244 Pu | 80 млн лет назад | ... и не более 15,7 млн лет назад [14] | ||||||
| 232 Т№ | 238 У№ | 235 Uƒ№ | 0,7–14,1 млрд лет | |||||
| ||||||||
В четырех таблицах ниже незначительные ветви распада (с вероятностью ветвления менее 0,0001%) опущены. Выделяющаяся энергия включает в себя полную кинетическую энергию всех испущенных частиц ( электронов , альфа-частиц , гамма-квантов , нейтрино , оже-электронов и рентгеновских лучей ) и ядра отдачи, предполагая, что исходное ядро находилось в состоянии покоя. Буква «a» обозначает год (от латинского annus ).
В таблицах ниже (кроме нептуния) также даны исторические названия природных нуклидов. Эти названия использовались в то время, когда цепочки распада были впервые обнаружены и исследованы. По этим историческим названиям можно найти конкретную цепочку, к которой принадлежит нуклид, и заменить ее современным названием.
Три природных актиноидных альфа-распада цепочек, представленных ниже — тория, урана/радия (из урана-238) и актиния (из урана-235) — каждая заканчивается своим собственным специфическим изотопом свинца (свинец-208, свинец-206 и свинец-207 соответственно). Все эти изотопы стабильны и также присутствуют в природе в качестве первичных нуклидов , но их избыточные количества по сравнению со свинцом-204 (который имеет только первичное происхождение) могут быть использованы в технике уран-свинцового датирования для датирования пород.
Ториевая серия
Цепочку 4n тория-232 обычно называют «ториевым рядом» или «ториевым каскадом». Начиная с природного тория-232, этот ряд включает следующие элементы: актиний , висмут , свинец, полоний , радий, радон и таллий . Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом природном образце, содержащем торий, будь то металл, соединение или минерал. Ряд заканчивается свинцом-208.
Плутоний-244 (который находится на несколько ступеней выше тория-232 в этой цепочке, если расширить ее до трансурановых элементов) присутствовал в ранней Солнечной системе [6] и является достаточно долгоживущим, чтобы он все еще мог существовать в следовых количествах сегодня [15] , хотя неизвестно, был ли он обнаружен. [16]
Общая энергия, выделяемая торием-232 в свинец-208, включая энергию, потерянную на нейтрино, составляет 42,6 МэВ.
| Нуклид | Исторические названия | Режим распада | Период полураспада ( a = годы) | Выделяемая энергия МэВ | Продукт распада | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 252 Кф | α | 2.645 а | 6.1181 | 248 см | ||
| 248 см | α | 3,4 × 105 а | 5.162 | 244 Pu | ||
| 244 Pu | α | 8 × 107 а | 4.589 | 240 У | ||
| 240 У | β − | 14,1 ч. | 0,39 | 240 Нп | ||
| 240 Нп | β − | 1.032 ч. | 2.2 | 240 Пу | ||
| 240 Пу | α | 6561 а | 5.1683 | 236 У | ||
| 236 У | Торуран [17] | α | 2,3 × 107 а | 4.494 | 232 Тысяча | |
| 232 Тысяча | Чт | Торий | α | 1,405 × 1010 утра | 4.081 | 228 Ра |
| 228 Ра | МсТ 1 | Мезоторий 1 | β − | 5.75 а | 0,046 | 228 Ас |
| 228 Ас | МсТ 2 | Мезоторий 2 | β − | 6.25 ч. | 2.124 | 228 Тыс |
| 228 Тыс | РдТх | Радиоторий | α | 1,9116 а | 5.520 | 224 Ра |
| 224 Ра | Спасибо | Торий X | α | 3,6319 д | 5.789 | 220 Рн |
| 220 Рн | Тн | Торон, эманация тория | α | 55,6 с | 6.404 | 216 По |
| 216 По | ТХА | Торий А | α | 0,145 с | 6.906 | 212 Pb |
| 212 Pb | ThB | Торий Б | β − | 10.64 ч. | 0,570 | 212 Би |
| 212 Би | ТКС | Торий С | β − 64,06% α 35,94% | 60,55 мин. | 2.252 6.208 | 212 По 208 Тл |
| 212 По | ThC′ | Торий C′ | α | 294,4 нс [18] | 8.954 [19] | 208 свинца |
| 208 Тл | ThC″ | Торий С″ | β − | 3.053 мин. | 1.803 [20] | 208 свинца |
| 208 свинца | ThD | Торий Д | стабильный | — | — | — |
Серия Нептуний
.svg/1280px-Decay_Chain(4n+1,_Neptunium_Series).svg.png)
Цепочку 4n + 1 нептуния-237 обычно называют «серией нептуния» или «каскадом нептуния». В этой серии только два из участвующих изотопа встречаются в природе в значительных количествах, а именно последние два: висмут-209 и таллий-205. Некоторые из других изотопов были обнаружены в природе, происходящие от следовых количеств 237 Np, полученных в результате реакции выбивания (n,2n) в первичном 238 U. [8] Детектор дыма , содержащий ионизационную камеру с америцием-241, накапливает значительное количество нептуния -237 по мере распада америция. В ней также присутствуют, по крайней мере временно, следующие элементы как продукты распада нептуния: актиний, астат , висмут, франций , свинец, полоний, протактиний , радий, радон, таллий, торий и уран . Поскольку эта серия была открыта и изучена только в 1947–1948 годах, [21] ее нуклиды не имеют исторических названий. Одной из уникальных особенностей этой цепочки распада является то, что благородный газ радон образуется только в редкой ветви (не показанной на иллюстрации), но не в основной последовательности распада; таким образом, радон из этой цепочки распада не мигрирует через породу почти так же сильно, как из трех других. Еще одной уникальной особенностью этой последовательности распада является то, что она заканчивается таллием (практически говоря, висмутом), а не свинцом. Эта серия заканчивается стабильным изотопом таллием-205.
Общая энергия, выделившаяся из калифорния-249 в таллий-205, включая энергию, потерянную на нейтрино , составляет 66,8 МэВ.
| Нуклид | Режим распада | Период полураспада ( a = годы) | Выделяемая энергия МэВ | Продукт распада |
|---|---|---|---|---|
| 249 Кф | α | 351 а | 5.813+.388 | 245 см |
| 245 см | α | 8500 а | 5.362+.175 | 241 Pu |
| 241 Pu | β − | 14.4 а | 0,021 | 241 Ам |
| 241 Ам | α | 432,7 а | 5.638 | 237 Нп |
| 237 Нп | α | 2,14×10 6 а | 4.959 | 233 Па |
| 233 Па | β − | 27,0 дн. | 0,571 | 233 У |
| 233 У | α | 1,592×10 5 а | 4.909 | 229 Тыс |
| 229 Тыс | α | 7340 а | 5.168 | 225 Ра |
| 225 Ра | β − 99,998% α 0,002% | 14,9 дн. | 0,36 5,097 | 225 Ас 221 Рн |
| 225 Ац | α | 10,0 дн. | 5.935 | 221 Пт |
| 221 Рн | β − 78% α 22% | 25,7 мин. | 1.194 6.163 | 221 Пт 217 По |
| 221 Пт | α 99,9952% β − 0,0048% | 4,8 мин. | 6,458 0,314 | 217 В 221 Ра |
| 221 Ра | α | 28 сек. | 6.880 | 217 Рн |
| 217 По | α 97,5% β − 2,5% | 1,53 с | 6.662 1.488 | 213 Pb 217 В |
| 217 В | α 99,992% β − 0,008% | 32 мс | 7.201 0.737 | 213 Би 217 Рн |
| 217 Рн | α | 540 мкс | 7.887 | 213 По |
| 213 свинца | β − | 10.2 мин. | 2.028 | 213 Би |
| 213 Би | β − 97,80% α 2,20% | 46,5 мин. | 1.423 5.87 | 213 По 209 Тл |
| 213 По | α | 3,72 мкс | 8.536 | 209 свинца |
| 209 Тл | β − | 2.2 мин. | 3.99 | 209 свинца |
| 209 свинца | β − | 3.25 ч. | 0,644 | 209 Би |
| 209 Би | α | 2,01×10 19 а | 3.137 | 205 Тл |
| 205 Тл | . | стабильный | . | . |
Урановая серия
.svg/1280px-Decay_chain(4n+2,_Uranium_series).svg.png)
Цепочка 4n+2 урана-238 называется «урановым рядом» или «радиевым рядом». Начиная с природного урана-238, этот ряд включает следующие элементы: астат, висмут, свинец , ртуть , полоний, протактиний , радий , радон , таллий и торий. Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом образце, содержащем природный уран, будь то металл, соединение или минерал. Ряд заканчивается свинцом-206.
Общая энергия, выделяемая ураном-238 в свинец-206, включая энергию, потерянную на нейтрино, составляет 51,7 МэВ.
| Родительский нуклид | Историческое название [22] | Режим затухания [RS 1] | Период полураспада ( a = годы) | Выделяемая энергия МэВ [RS 1] | Продукт распада [RS 1] | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 250 Кф | α | 13.08 а | 6.12844 | 246 см | ||
| 246 см | α | 4800 а | 5.47513 | 242 Pu | ||
| 242 Pu | α | 3,8×10 5 а | 4.98453 | 238 У | ||
| 238 У | У Я | Уран I | α | 4,468×10 9 а | 4.26975 | 234 Тысяча |
| 234 Тысяча | UX 1 | Уран X 1 | β − | 24.10 дн. | 0,273088 | 234мПа |
| 234мПа | UX 2 , Бв | Уран X 2 Бревиум | ИТ , 0,16% β − , 99,84% | 1.159 мин. | 0,07392 2,268205 | 234 Па 234 U |
| 234 Па | УЗ | Уран Z | β − | 6.70 ч. | 2.194285 | 234 У |
| 234 У | У II | Уран II | α | 2,45×10 5 а | 4.8698 | 230 Тыс |
| 230 Тыс | Ио | Ионий | α | 7,54×10 4 а | 4.76975 | 226 Ра |
| 226 Ра | Ра | Радий | α | 1600 а | 4.87062 | 222 Рн |
| 222 Рн | Рн | Радон, эманация радия | α | 3,8235 д | 5.59031 | 218 По |
| 218 По | РаА | Радий А | α , 99,980% β − , 0,020% | 3.098 мин. | 6,11468 0,259913 | 214 Pb 218 В |
| 218 В | α , 99,9% β − , 0,1% | 1,5 с | 6.874 2.881314 | 214 Би 218 Рн | ||
| 218 Рн | α | 35 мс | 7.26254 | 214 По | ||
| 214 свинца | РаБ | Радий Б | β − | 26,8 мин. | 1.019237 | 214 Би |
| 214 Би | РаЦ | Радий С | β − , 99,979% α , 0,021% | 19,9 мин. | 3,269857 5,62119 | 214 По 210 Тл |
| 214 По | РаЦ' | Радий С' | α | 164,3 мкс | 7.83346 | 210 Пб |
| 210 Тл | РаЦ" | Радий С" | β − | 1,3 мин. | 5.48213 | 210 Пб |
| 210 Пб | РаД | Радий Д | β − , 100 % α , 1,9×10 −6 % | 22.20 утра | 0,063487 3,7923 | 210Bi 206Hg |
| 210 Би | РаЭ | Радий Е | β − , 100 % α , 1,32×10 −4 % | 5.012 дн. | 1,161234 5,03647 | 210 По 206 Тл |
| 210 По | РаФ | Радий F | α | 138.376 дн. | 5.03647 | 206 Pb |
| 206 рт.ст. | β − | 8.32 мин. | 1.307649 | 206 Тл | ||
| 206 Тл | β − | 4.202 мин. | 1.5322211 | 206 Pb | ||
| 206 Pb | РаГ [23] | Радий G | стабильный | - | - | - |
- ^ abc "Файл данных по оцененной структуре ядра". Национальный центр ядерных данных.
Серия актиний
Цепочку 4n+3 урана-235 обычно называют «актиниевым рядом» или «актиниевым каскадом». Начиная с природного изотопа урана-235, этот ряд распада включает следующие элементы: актиний, астат , висмут , франций , свинец , полоний , протактиний , радий, радон, таллий и торий . Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом образце, содержащем уран-235, будь то металл, соединение, руда или минерал. Этот ряд заканчивается стабильным изотопом свинец-207 .
В ранней Солнечной системе эта цепочка восходила к 247 Cm. Сегодня это проявляется в виде изменений в соотношениях 235 U/ 238 U, поскольку кюрий и уран имеют заметно различную химию и разделились бы по-разному. [6] [24]
Общая энергия, выделяемая при превращении урана-235 в свинец-207, включая энергию, потерянную на нейтрино, составляет 46,4 МэВ.
| Нуклид | Историческое название | Режим распада | Период полураспада ( a = годы) | Выделяемая энергия МэВ | Продукт распада | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 251 Кф | α | 900,6 а | 6.176 | 247 см | ||
| 247 см | α | 1,56×10 7 а | 5.353 | 243 Pu | ||
| 243 Pu | β − | 4.95556 ч | 0,579 | 243 Ам | ||
| 243 Ам | α | 7388 а | 5.439 | 239 Нп | ||
| 239 Нп | β − | 2.3565 д | 0,723 | 239 Pu | ||
| 239 Pu | α | 2,41×10 4 а | 5.244 | 235 У | ||
| 235 У | АКУ | Актиновый уран | α | 7,04×10 8 а | 4.678 | 231 Тысяча |
| 231 Тысяча | УЙ | Уран Y | β − | 25.52 ч. | 0,391 | 231 Па |
| 231 Па | Па | Протактиний | α | 32760 а | 5.150 | 227 Ас |
| 227 Ас | Ас | Актиний | β − 98,62% α 1,38% | 21.772 а | 0,045 5,042 | 227 Чт 223 Пт |
| 227 Тыс | РдАц | Радиоактиний | α | 18.68 дн. | 6.147 | 223 Ра |
| 223 Пт | АкК | Актиний К | β − 99,994% α 0,006% | 22.00 мин. | 1.149 5.340 | 223 Ра 219 Ат |
| 223 Ра | AcX | Актиний X | α | 11.43 дн. | 5.979 | 219 Рн |
| 219 В | α 97,00% β − 3,00% | 56 с | 6.275 1.700 | 215 Би 219 Рн | ||
| 219 Рн | Ан | Актинон, эманация актиния | α | 3,96 с | 6.946 | 215 По |
| 215 Би | β − | 7,6 мин. | 2.250 | 215 По | ||
| 215 По | АцА | Актиний А | α 99,99977% β − 0,00023% | 1,781 мс | 7,527 0,715 | 211 Pb 215 В |
| 215 В | α | 0,1 мс | 8.178 | 211 Би | ||
| 211 свинец | АцБ | Актиний Б | β − | 36,1 мин. | 1.367 | 211 Би |
| 211 Би | АкС | Актиний С | α 99,724% β − 0,276% | 2.14 мин. | 6,751 0,575 | 207 Тл 211 По |
| 211 По | АкС' | Актиний С' | α | 516 мс | 7.595 | 207 Pb |
| 207 Тл | АкС" | Актиний С" | β − | 4.77 мин. | 1.418 | 207 Pb |
| 207 Pb | АцД | Актиний Д | . | стабильный | . | . |
Смотрите также
- Ядерная физика
- Радиоактивный распад
- Долина стабильности
- Продукт распада
- Радиоизотопы ( радионуклиды )
- Радиометрическое датирование
Примечания
- ^ Бромм, Ричард Б. Ларсон, Фолькер. «Первые звезды во Вселенной». Scientific American . Получено 29 сентября 2024 г.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) - ^ abc К. Морита; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Хаба, Хиромицу; Озэки, Кадзутака; Кудо, Юки; Сумита, Такаюки; Вакабаяси, Ясуо; Йонеда, Акира; Танака, Кенго; и др. (2012). «Новые результаты образования и распада изотопа 278 113 113-го элемента». Журнал Физического общества Японии . 81 (10): 103201. arXiv : 1209.6431 . Бибкод : 2012JPSJ...81j3201M. дои : 10.1143/JPSJ.81.103201. S2CID 119217928.
- ^ Морита, Косуке; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Акияма, Такахиро; Гото, Син-Ичи; Хаба, Хиромицу; Идегути, Эйдзи; Канунго, Ритупарна; и др. (2004). «Опыт по синтезу элемента 113 в реакции 209 Bi( 70 Zn, n) 278 113». Журнал Физического общества Японии . 73 (10): 2593–2596 . Бибкод : 2004JPSJ...73.2593M. дои : 10.1143/JPSJ.73.2593.
- ^ Барбер, Роберт К.; Кароль, Пол Дж.; Накахара, Хиромичи; Вардачи, Эмануэле; Фогт, Эрих В. (2011). «Открытие элементов с атомными номерами, большими или равными 113 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 83 (7): 1485. doi : 10.1351/PAC-REP-10-05-01 .
- ^ JW Beeman; et al. (2012). "Первое измерение частичных ширин распада 209 Bi на основное и первое возбужденное состояния". Physical Review Letters . 108 (6): 062501. arXiv : 1110.3138 . doi :10.1103/PhysRevLett.108.062501. PMID 22401058. S2CID 118686992.
- ^ abc Davis, Andrew M. (2022). «Короткоживущие нуклиды в ранней Солнечной системе: распространенность, происхождение и применение». Annual Review of Nuclear and Particle Science . 72 : 339–363 . doi : 10.1146/annurev-nucl-010722-074615 . Получено 23 ноября 2023 г.
- ^ Кох, Лотар (2000). Трансурановые элементы, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Wiley. doi :10.1002/14356007.a27_167.
- ^ ab Peppard, DF; Mason, GW; Gray, PR; Mech, JF (1952). "Встреча ряда (4n + 1) в природе" (PDF) . Журнал Американского химического общества . 74 (23): 6081– 6084. doi :10.1021/ja01143a074.
- ^ Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Оценка ядерных свойств с помощью NUBASE2016" (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
- ^ Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным промежутком нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет периода полураспада не менее четырех лет (самый долгоживущий нуклид в промежутке — радон-222 с периодом полураспада менее четырех дней ). Самый долгоживущий изотоп радия, с периодом полураспада 1600 лет, таким образом, заслуживает включения элемента сюда.
- ^ В частности, из деления урана-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
- ^ Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). "Период альфа-полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248". Nuclear Physics . 71 (2): 299. Bibcode : 1965NucPh..71..299M. doi : 10.1016/0029-5582(65)90719-4.
«Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, проанализированных в течение периода около 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk 248 с периодом полураспада более 9 [лет]. Роста Cf 248 обнаружено не было, а нижний предел для периода полураспада β − можно установить на уровне около 10 4 [лет]. Альфа-активности, приписываемой новому изомеру, не обнаружено; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет]». - ^ Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
- ^ Исключая « классически стабильные » нуклиды с периодами полураспада, значительно превышающими период полураспада 232Th ; например, в то время как период полураспада 113mCd составляет всего четырнадцать лет, период полураспада 113Cd составляет восемь квадриллионов лет.
- ^ Хоффман, DC; Лоуренс, FO; Мьюхертер, JL; Рурк, FM (1971). «Обнаружение плутония-244 в природе». Nature . 234 (5325): 132– 134. Bibcode :1971Natur.234..132H. doi :10.1038/234132a0. S2CID 4283169.
- ^ Lachner, J.; et al. (2012). "Попытка обнаружить первичный 244 Pu на Земле". Physical Review C. 85 ( 1): 015801. Bibcode :2012PhRvC..85a5801L. doi :10.1103/PhysRevC.85.015801.
- ^ Тренн, Таддеус Дж. (1978). «Торуран (U-236) как вымерший естественный родитель тория: преждевременная фальсификация по существу правильной теории». Annals of Science . 35 (6): 581–97 . doi :10.1080/00033797800200441.
- ^ 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.
- ^ Национальный центр ядерных данных . "База данных NuDat 3.0". Брукхейвенская национальная лаборатория . Получено 19 февраля 2022 г.
- ^ "Nuclear Data". nucleardata.nuclear.lu.se . Архивировано из оригинала 2018-12-28 . Получено 2023-03-21 .
- ^ Thoennessen, M. (2016). Открытие изотопов: Полная компиляция . Springer. стр. 20. doi :10.1007/978-3-319-31763-2. ISBN 978-3-319-31761-8. LCCN 2016935977.
- ^ Thoennessen, M. (2016). Открытие изотопов: Полная компиляция . Springer. стр. 19. doi :10.1007/978-3-319-31763-2. ISBN 978-3-319-31761-8. LCCN 2016935977.
- ^ Kuhn, W. (1929). "LXVIII. Рассеяние γ-излучения тория C радием G и обычным свинцом". Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 8 (52): 628. doi :10.1080/14786441108564923. ISSN 1941-5982.
- ^ Цалетка, Р.; Лапицкий, А.В. ( 1960 ). «Распространение трансурановых элементов в природе». Журнал «Обзоры химии » . 29 (12): 684–689 . Получено 20 января 2024 г.
Ссылки
- CM Lederer; JM Hollander; I. Perlman (1968). Таблица изотопов (6-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons .
Внешние ссылки
- Nucleonica портал ядерной науки
- Nucleonica's Decay Engine для профессиональных онлайн-расчетов распада
- EPA – Радиоактивный распад
- Правительственный сайт со списком изотопов и энергий распада
- Национальный центр ядерных данных – свободно доступные базы данных, которые можно использовать для проверки или построения цепочек распада.
МАГАТЭ – Текущая карта нуклидов (с цепочками распада)- Поисковик цепочек распада
.svg){kind=link}
.svg){kind=link}
