Радиогенный нуклид
| Ядерная физика |
|---|
 |
Радиогенный нуклид — это нуклид , образующийся в результате радиоактивного распада . Он сам по себе может быть радиоактивным ( радионуклид ) или стабильным ( стабильный нуклид ).
Радиогенные нуклиды (чаще называемые радиогенными изотопами ) являются одними из наиболее важных инструментов в геологии. Их используют 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 характеристики (например, 206 Пб/ 204 Пб). Этот метод обсуждается более подробно в разделе изотопной геохимии .
Примеры
[ редактировать ]Некоторые встречающиеся в природе изотопы полностью радиогенны, но все они являются радиоактивными изотопами, период полураспада которых слишком короток, чтобы они существовали изначально и существуют до сих пор. Таким образом, они присутствуют только как радиогенные дочери либо продолжающихся процессов распада, либо космогенных (индуцированных космическими лучами) процессов, которые производят их в природе в свежем виде. Некоторые другие образуются естественным путем в результате нуклеогенных процессов (естественных ядерных реакций других типов, таких как поглощение нейтронов).
Для радиогенных изотопов, которые распадаются достаточно медленно или являются стабильными изотопами , первичная фракция всегда присутствует, поскольку все достаточно долгоживущие и стабильные изотопы фактически встречаются в природе изначально. Дополнительная фракция некоторых из этих изотопов может также возникать радиогенным путем.
Свинец , пожалуй, лучший пример частично радиогенного вещества, поскольку все четыре его стабильных изотопа ( 204 Пб, 206 Пб, 207 Пб и 208 Pb) присутствуют изначально, в известных и фиксированных соотношениях. Однако, 204 Pb присутствует только изначально, тогда как остальные три изотопа могут также встречаться как продукты радиогенного распада урана и тория . Конкретно, 206 Pb образуется из 238 В, 207 Pb из 235 У, и 208 Pb из 232 Т.е. В породах, содержащих уран и торий, избыточное количество трех более тяжелых изотопов свинца позволяет «датировать» породы, обеспечивая тем самым оценку времени того, когда порода затвердела и минерал удержал соотношение изотопов фиксированным и на месте.
Другой известный радиогенный нуклид — аргон -40, образовавшийся из радиоактивного калия . Почти весь аргон в атмосфере Земли радиогенен, тогда как первичный аргон — это аргон-36.
Некоторая часть азота -14 радиогенна, образуясь в результате распада углерода-14 (период полураспада около 5700 лет), но углерод-14 образовался некоторое время назад из азота-14 под действием космических лучей.
Другими важными примерами радиогенных элементов являются радон и гелий , которые образуются при распаде более тяжелых элементов в коренных породах. Радон полностью радиогенен, поскольку у него слишком короткий период полураспада, чтобы он мог существовать в первозданном виде. Однако гелий изначально встречается в земной коре, поскольку и гелий-3 , и гелий-4 стабильны, и небольшие количества были задержаны в земной коре во время ее формирования. Гелий-3 почти полностью первичен (небольшое количество образуется в результате естественных ядерных реакций в земной коре). Гелий-3 также может быть получен как продукт распада трития ( 3 H) который является продуктом некоторых ядерных реакций, в том числе тройного деления . Глобальные запасы гелия (который встречается в газовых скважинах, а также в атмосфере) в основном (около 90–99%) радиогенны, о чем свидетельствует его обогащение радиогенным гелием-4 в 10–100 раз по сравнению с первоначальным соотношением. гелия-4 в гелий-3. Это последнее соотношение известно из внеземных источников, таких как некоторые лунные камни и метеориты, которые относительно свободны от материнских источников гелия-3 и гелия-4.
Как отмечалось в случае со свинцом-204, радиогенный нуклид часто не является радиоактивным. В этом случае, если период полураспада его предшественника-нуклида слишком короток, чтобы он мог выжить с первобытных времен, тогда родительский нуклид исчезнет и теперь будет известен исключительно благодаря относительному избытку своего стабильного дочернего элемента. На практике это происходит со всеми радионуклидами с периодом полураспада менее 50–100 миллионов лет. Такие нуклиды образуются в сверхновых , но известны как потухшие радионуклиды , поскольку сегодня их непосредственно на Земле не видно.
Примером вымершего радионуклида является 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 миллионов лет) где-то за относительно короткий период (вероятно, менее 20 миллионов лет) между образованием йода-129 в сверхновой. и образование Солнечной системы путем конденсации этой пыли. Захваченный йод-129 теперь выглядит как относительный избыток ксенона-129. Йод-129 был первым вымершим радионуклидом, о котором было сделано предположение в 1960 году. Другими являются алюминий-26 (также выведенный из дополнительного количества магния-26, обнаруженного в метеоритах) и железо-60.
Радиогенные нуклиды, используемые в геологии
[ редактировать ]В следующей таблице перечислены некоторые из наиболее важных систем радиогенных изотопов, используемых в геологии, в порядке убывания периода полураспада исходного радиоактивного изотопа. Значения периода полураспада и константы распада являются текущими консенсусными значениями в сообществе изотопной геологии. [1]
** обозначает конечный продукт распада ряда.
Единицы измерения, используемые в этой таблице
Гир = гигагод = 10 9 годы
Мир = мегагод = 10 6 годы
кир = килогод = 10 3 годы
| Родительский нуклид | Дочерний нуклид | Константа распада (год −1 ) | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 190 Пт | 186 Ты | 1.477 ×10 −12 | 483 млрд.р. [2] |
| 147 см | 143 Нд | 6.54 ×10 −12 | 106 млрд. лет |
| 87 руб. | 87 старший | 1.402 ×10 −11 | 49,44 млрд лет |
| 187 Ре | 187 Ты | 1.666 ×10 −11 | 41,6 млрд лет |
| 176 Лу | 176 хф | 1.867 ×10 −11 | 37,1 млрд лет |
| 232 че | 208 Пб** | 4.9475 ×10 −11 | 14.01 млрд лет |
| 40 К | 40 С | 5.81 ×10 −11 | 11,93 млрд лет [3] |
| 238 В | 206 Пб** | 1.55125 ×10 −10 | 4,468 млрд лет |
| 40 К | 40 Что | 4.962 ×10 −10 | 1,397 млрд лет |
| 235 В | 207 Пб** | 9.8485 ×10 −10 | 0,7038 млрд лет |
| 129 я | 129 Машина | 4.3 ×10 −8 | 16 млн лет |
| 10 Быть | 10 Б | 4.6 ×10 −7 | 1,5 млн лет |
| 26 Ал | 26 мг | 9.9 ×10 −7 | 0,70 млн лет |
| 36 кл. | 36 С (98%) 36 С (2%) | 2.24 ×10 −6 | 310 тыс.р. |
| 234 В | 230 че | 2.826 ×10 −6 | 245,25 тыс. лет |
| 230 че | 226 Солнце | 9.1577 ×10 −6 | 75,69 тыс. лет |
| 231 Хорошо | 227 И | 2.116 ×10 −5 | 32,76 тыс. лет |
| 14 С | 14 Н | 1.2097 ×10 −4 | 5730 в год |
| 226 Солнце | 222 Рн | 4.33 ×10 −4 | 1600 лет |
Радиогенный нагрев
[ редактировать ]Радиогенный нагрев происходит в результате выделения тепловой энергии при радиоактивном распаде. [4] при производстве радиогенных нуклидов. Наряду с теплом Первичного тепла (образующегося в результате планетарной аккреции), радиогенное нагревание, происходящее в мантии и коре , составляет два основных источника тепла в недрах Земли . [5] Большая часть радиогенного нагрева Земли возникает в результате распада дочерних ядер в цепочках распада урана -238 , тория-232 и калия-40 . [6]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дикин, АП (2018). Радиогенно-изотопная геология . Издательство Кембриджского университета. дои : 10.1017/9781316163009 .
- ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
- ^ Примечание: это не период полураспада 40 K, а скорее период полураспада, который соответствовал бы константе распада до 40 Ар. Около 89% 40 K распадается на 40 Что.
- ^ Аллаби, Алиса; Майкл Аллаби (1999). «Радиогенный нагрев» . Словарь наук о Земле . Проверено 24 ноября 2013 г.
- ^ Муттер, Джон К. «Земля как тепловая машина» . Введение в науки о Земле I. Колумбийский университет . п. 3.2. Мантийная конвекция . Проверено 23 ноября 2013 г.
- ^ Дюме, Белль (27 июля 2005 г.). «Дебют геонейтрино; Радиогенное тепло на Земле» . Мир физики . Институт физики . Проверено 23 ноября 2013 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Национальный центр разработки изотопов. Государственные поставки радионуклидов; информация об изотопах; координация и управление производством, наличием и распространением изотопов
- Разработка и производство изотопов для исследований и применений (IDPRA) Программа Министерства энергетики США по производству изотопов, а также производственным исследованиям и разработкам.