Цепь распада
| Ядерная физика |
|---|
 |
В ядерной науке цепочкой распада называют серию радиоактивных распадов различных продуктов радиоактивного распада как последовательную серию превращений. Его еще называют «радиоактивным каскадом». Типичный радиоизотоп не распадается непосредственно до стабильного состояния, а распадается до другого радиоизотопа. Таким образом, обычно происходит серия распадов, пока атом не станет стабильным изотопом , что означает, что ядро атома достигло стабильного состояния.
Стадии распада обозначаются по их взаимосвязи с предыдущими или последующими стадиями. — Родительский изотоп это тот, который подвергается распаду с образованием дочернего изотопа . Одним из примеров этого является урана ( атомный номер распад 92) на торий (атомный номер 90). Дочерний изотоп может быть стабильным или может распадаться с образованием собственного дочернего изотопа. Дочь дочернего изотопа иногда называют внучатым изотопом . Обратите внимание, что родительский изотоп становится дочерним изотопом, в отличие от биологического родителя и дочери.
материала Время, необходимое родительскому атому для распада до дочерних ядер, может сильно различаться в зависимости от периода полураспада . Для отдельных ядер этот процесс ведет себя как случайный процесс Пуассона , поскольку распад каждого отдельного атома происходит спонтанно.
Распад первоначальной популяции идентичных атомов с течением времени t следует затухающему экспоненциальному распределению e −λt , где λ – константа распада . Важным свойством радиоактивного материала является период его полураспада , время, в течение которого можно статистически ожидать, что половина исходного числа идентичных родительских радиоизотопов распадется на своих дочерних элементов, что обратно пропорционально λ . Периоды полураспада были определены в лабораториях для многих радионуклидов и могут варьироваться от почти мгновенного (менее 10 −21 секунд) до более чем 10 19 годы.
В состоянии равновесия каждая промежуточная стадия цепочки распада испускает то же количество радиоактивности, что и исходный радиоизотоп (т. е. соотношение один к одному между количеством распадов на каждой последующей стадии). Однако каждая стадия может выделять разное количество энергии, поскольку энергия распада индивидуальна для каждого радионуклида. Если и когда равновесие достигнуто, присутствие каждого последующего дочернего изотопа прямо пропорционально его периоду полураспада; но поскольку его активность обратно пропорциональна периоду полураспада, каждый нуклид в цепочке распада вносит столько же индивидуальных преобразований, сколько и глава цепи. Например, уран-238 слаборадиоактивен, но настуран , урановая руда, в 13 раз более радиоактивен, чем чистый металлический уран, из-за присутствия короткоживущих продуктов распада, таких как радий и благородный газ радон . Породы, содержащие торий и/или уран (например, некоторые виды гранита), выделяют газ радон, который имеет тенденцию накапливаться в закрытых местах, таких как подвалы или подземные шахты, из-за своей высокой плотности. [1]
Количество изотопов в цепочках распада в определенный момент времени описывается уравнением Бейтмана . Из-за своих особенностей изотопно-обогащенные материалы, находящиеся вне равновесия с продуктами естественного распада, могут иногда увеличивать радиоактивность в течение определенного периода времени, вопреки распространенному мнению о радиоактивном распаде. [2] Обедненный уран является примером такого материала.
История
[ редактировать ]За исключением водорода-1, водорода-2 (дейтерия), гелия-3, гелия-4 и, возможно, следовых количеств стабильных изотопов лития и бериллия, которые были созданы в результате Большого взрыва , все элементы и изотопы, обнаруженные на Земле, были созданные в результате s-процесса или r-процесса в звездах или звездных столкновениях , и для того, чтобы они сегодня стали частью Земли, они должны были быть созданы не позднее 4,5 миллиардов лет назад . Все элементы, созданные 4,5 миллиарда лет назад или ранее, называются первичными , то есть они были созданы в результате звездных процессов во Вселенной. В то время, когда они были созданы, те, что были нестабильны, начали сразу же распадаться. Все изотопы, имеющие период полураспада менее 100 миллионов лет, сократились до 2,8 × 10. −14 или меньше того первоначального количества, которое было создано и захвачено в результате аккреции Земли; Сегодня они в незначительном количестве или вообще распались. Есть только два других метода создания изотопов: искусственно , внутри искусственного (или, возможно, природного ) реактора или путем распада родительских видов изотопов, процесс, известный как цепочка распада .
Нестабильные изотопы распадаются на дочерние продукты (которые иногда могут быть еще более нестабильными) с заданной скоростью; в конце концов, часто после серии распадов, достигается стабильный изотоп: во Вселенной существует 251 стабильный изотоп. В стабильных изотопах легкие элементы обычно имеют более низкое соотношение нейтронов и протонов в ядре, чем более тяжелые элементы. Легкие элементы, такие как гелий-4, имеют соотношение нейтрон:протон около 1:1. Самые тяжелые элементы, такие как свинец, содержат около 1,5 нейтронов на протон (например, 1,536 в свинце-208 ). Ни один нуклид тяжелее свинца-208 не является стабильным; этим более тяжелым элементам приходится терять массу, чтобы достичь стабильности, в основном за счет альфа-распада . Другим распространенным способом распада изотопов с высоким соотношением нейтронов к протонам (n/p) является бета-распад , при котором нуклид меняет элементную идентичность, сохраняя при этом то же массовое число и снижая соотношение n/p. Для некоторых изотопов с относительно низким соотношением n/p происходит обратный бета-распад , в результате которого протон превращается в нейтрон, двигаясь таким образом к стабильному изотопу; однако, поскольку в результате деления почти всегда образуются нейтронно-тяжелые продукты, 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 некоторых выше, но для элементов с более высокой массой (изотопов тяжелее свинца) существуют Это всего лишь четыре пути, которые охватывают все цепочки распада. [ нужна ссылка ] 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 меняет 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 всегда происходят с меньшей вероятностью, чем альфа- или бета-распад. (Не следует полагать, что эти цепочки не имеют ответвлений: на схеме ниже показано несколько ответвлений цепей, а на самом деле их гораздо больше, поскольку возможных изотопов гораздо больше, чем показано на схеме.) Например, третий атом синтезированного нихония-278 претерпел шесть альфа-распадов до менделевия-254 , [3] с последующим захватом электрона (форма бета-распада) до фермия-254 , [3] а затем седьмая альфа до калифорния-250 , [3] после чего он следовал бы цепочке 4n + 2, как указано в этой статье. Однако самые тяжелые синтезированные сверхтяжелые нуклиды не доходят до четырех цепочек распада, поскольку они достигают спонтанно делящегося нуклида: именно это произошло с первыми двумя синтезированными атомами нихония-278, после нескольких альфа-распадов, завершающих цепочку, [4] [5] а также ко всем образующимся более тяжелым нуклидам.
Три из этих цепочек имеют долгоживущий изотоп (или нуклид) вверху; этот долгоживущий нуклид является узким местом в процессе, через который цепь течет очень медленно, и сохраняет цепь под ними «живой» потоком. Тремя долгоживущими нуклидами являются уран-238 (период полураспада 4,5 миллиарда лет), уран-235 (период полураспада 700 миллионов лет) и торий-232 (период полураспада 14 миллиардов лет). В четвертой цепочке нет такого долгоживущего узкого нуклида в верхней части, поэтому почти все нуклиды в этой цепочке уже давно распались до самого конца: висмута-209. Долгое время этот нуклид считался стабильным, но в 2003 году было обнаружено, что он нестабильен с очень длительным периодом полураспада - 20,1 миллиарда миллиардов лет; [6] это последний шаг в цепочке перед стабильным таллием-205. Поскольку это узкое место очень долговечно, образуются очень небольшие количества 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 нуклидов большой массы, и четыре цепочки были длиннее, поскольку они включали нуклиды, которые с тех пор распались. Примечательно, 244 Мог, 237 Нп и 247 Период полураспада Cm превышает миллион лет, и тогда он был бы меньшим узким местом в цепях 4n, 4n+1 и 4n+3 соответственно. [7] (Нет нуклида с периодом полураспада более миллиона лет выше 238 U в цепи 4n+2.) Сегодня некоторые из этих ранее вымерших изотопов снова существуют, поскольку они были произведены. Таким образом, они снова занимают свои места в цепочке: основным примером является плутоний-239, используемый в ядерном оружии, который распадается на уран-235 посредством альфа-излучения с периодом полураспада 24 500 лет. Также имело место крупномасштабное производство нептуния-237, который возродил до сих пор вымершую четвертую цепь. [8] Таким образом, таблицы ниже начинают четыре цепочки распада изотопов калифорния с массовыми числами от 249 до 252.
| Название серии | Торий | Нептун | Уран | актиний |
| Массовые числа | 4 n | 4 n +1 | 4 n +2 | 4 n +3 |
| Долгоживущий нуклид | 232 че ( 244 Мог) | 209 С ( 237 Например) | 238 В | 235 В ( 247 См) |
| Период полураспада (миллиарды лет) | 14 (0.08) | 20 100 000 000 (0.00214) | 4.5 | 0.7 (0.0156) |
| Конец цепочки | 208 Pb | 205 Тл | 206 Pb | 207 Pb |
Эти четыре цепочки обобщены на диаграмме в следующем разделе.
Виды распада
[ редактировать ]
Четырьмя наиболее распространенными режимами радиоактивного распада являются: 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 ( А ) ядра и всегда уменьшает его на четыре. Из-за этого почти любой распад приведет к образованию ядра, атомное массовое число которого имеет тот же остаток по модулю 4. Это делит список нуклидов на четыре класса. Все члены любой возможной цепочки распада должны полностью принадлежать одному из этих классов.
В природе наблюдаются три основные цепочки (или семейства) распада. Их обычно называют ториевой серией, радиевой или урановой серией и актиниевой серией, представляющей три из этих четырех классов и заканчивающейся 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 исходные изотопы этих трех изотопов, соответственно торий-232 , уран-238 и уран-235 , существуют с момента образования Земли, игнорируя искусственные изотопы и их распады, созданные с 1940-х годов.
Из-за относительно короткого периода полураспада исходного изотопа нептуния-237 (2,14 млн лет) четвертая цепочка, ряд нептуния с А = 4 n + 1, уже вымерла в природе, за исключением финальной лимитирующей стадии. , распад висмута-209 . Следы 237 Однако Np и продукты его распада встречаются в природе в результате захвата нейтронов в урановой руде. [9] Сейчас известно, что конечным изотопом этой цепочки является таллий-205 . В некоторых старых источниках конечный изотоп указан как висмут-209, но в 2003 году было обнаружено, что он очень малорадиоактивен, с периодом полураспада 2,01 × 10. 19 годы . [10]
Существуют также нетрансурановые цепи распада нестабильных изотопов легких элементов, например магния -28 и хлора-39 . На Земле большая часть стартовых изотопов этих цепочек до 1945 года была образована космическим излучением . С 1945 года испытания и применение ядерного оружия также привели к выбросу многочисленных радиоактивных продуктов деления . Почти все такие изотопы распадаются либо на β − или β + режимы распада, переход от одного элемента к другому без изменения атомной массы. Эти более поздние дочерние продукты, будучи ближе к стабильности, обычно имеют более длительный период полураспада, пока они окончательно не распадутся до стабильности.
Цепи альфа-распада актинида
[ редактировать ]| Актиниды [11] по цепочке распада | Период полураспада диапазон ( а ) | деления Продукты 235 U по доходности [12] | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 4 n | 4 n + 1 | 4 n + 2 | 4 n + 3 | 4.5–7% | 0.04–1.25% | <0,001% | ||
| 228 Солнце № | 4–6 а | 155 Евросоюз то есть | ||||||
| 244 См ƒ | 241 Мог ƒ | 250 См. | 227 И № | 10–29 а | 90 старший | 85 НОК | 113 м компакт-диск то есть | |
| 232 В ƒ | 238 Мог ƒ | 243 См ƒ | 29–97 а | 137 Cs | 151 см то есть | 121 м Сн | ||
| 248 Бк [13] | 249 См. ƒ | 242 м Являюсь ƒ | 141–351 а | Никакие продукты деления не имеют периода полураспада. | ||||
| 241 Являюсь ƒ | 251 См. ƒ [14] | 430–900 а | ||||||
| 226 Солнце № | 247 Бк | 1,3–1,6 тыс. лет назад | ||||||
| 240 Мог | 229 че | 246 См ƒ | 243 Являюсь ƒ | 4,7–7,4 тыс. лет назад | ||||
| 245 См ƒ | 250 См | 8,3–8,5 тыс. лет назад | ||||||
| 239 Мог ƒ | 24,1 раза | |||||||
| 230 че № | 231 Хорошо № | 32–76 лет | ||||||
| 236 Например ƒ | 233 В ƒ | 234 В № | 150–250 тыс. лет назад | 99 Тс ₡ | 126 Сн | |||
| 248 См | 242 Мог | 327–375 г. | 79 Се ₡ | |||||
| 1,53 млн лет назад | 93 Зр | |||||||
| 237 Например ƒ | 2,1–6,5 млн лет назад | 135 Cs ₡ | 107 ПД | |||||
| 236 В | 247 См ƒ | 15-24 млн лет назад | 129 я ₡ | |||||
| 244 Мог | 80 млн лет назад | ... не более 15,7 млн лет назад [15] | ||||||
| 232 че № | 238 В № | 235 В ƒНет | 0,7–14,1 млрд лет назад | |||||
| ||||||||
В четырех таблицах ниже минорные ветви распада (с вероятностью ветвления менее 0,0001%) опущены. В энерговыделение входит суммарная кинетическая энергия всех испущенных частиц ( электронов , альфа-частиц , гамма-квантов , нейтрино , оже-электронов и рентгеновских лучей ) и ядра отдачи, если предположить, что исходное ядро находилось в состоянии покоя. Буква «а» обозначает год (от латинского annus ).
В таблицах ниже (кроме нептуния) также приведены исторические названия встречающихся в природе нуклидов. Эти названия использовались в то время, когда впервые были открыты и исследованы цепочки распада. По этим историческим названиям можно определить конкретную цепочку, к которой принадлежит нуклид, и заменить ее современным названием.
Приведенные ниже три встречающиеся в природе цепи альфа-распада актинидов — торий, уран/радий (из урана-238) и актиний (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 виде первичных нуклидов , но их избыточные количества по сравнению со свинцом-204 (имеющим лишь первичное происхождение) могут быть использованы в технике уран-свинцового датирования для датировки горных пород.
Ториевая серия
[ редактировать ]
Цепочку 4n тория-232 обычно называют «ториевой серией» или «ториевым каскадом». Начиная с встречающегося в природе тория-232, в этот ряд входят следующие элементы: актиний , висмут , свинец, полоний , радий, радон и таллий . Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом природном торийсодержащем образце, будь то металл, соединение или минерал. Серия заканчивается свинцом-208.
Плутоний-244 (который в этой цепочке появляется на несколько ступеней выше тория-232, если распространить ее на трансурановые соединения) присутствовал в ранней Солнечной системе. [7] и он достаточно долгоживущий, чтобы до сих пор сохраняться в следовых количествах, [16] хотя неясно, был ли он обнаружен. [17]
Полная энергия, выделяющаяся из тория-232 в свинец-208, включая энергию, потерянную нейтрино, составляет 42,6 МэВ.
| Нуклид | Исторические имена | Режим затухания | Период полураспада ( а = годы) | Высвобожденная энергия МэВ | Разлагаться продукт | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 252 См. | а | 2,645 а | 6.1181 | 248 См | ||
| 248 См | а | 3.4 × 10 5 а | 5.162 | 244 Мог | ||
| 244 Мог | а | 8 × 10 7 а | 4.589 | 240 В | ||
| 240 В | б − | 14,1 ч. | 0.39 | 240 Например | ||
| 240 Например | б − | 1,032 ч. | 2.2 | 240 Мог | ||
| 240 Мог | а | 6561 а | 5.1683 | 236 В | ||
| 236 В | Торураний [18] | а | 2.3 × 10 7 а | 4.494 | 232 че | |
| 232 че | че | Торий | а | 1.405 × 10 10 а | 4.081 | 228 Солнце |
| 228 Солнце | МсГ 1 | Мезоторий 1 | б − | 5,75 а | 0.046 | 228 И |
| 228 И | МГТ 2 | Мезоторий 2 | б − | 6.25 ч. | 2.124 | 228 че |
| 228 че | РдТ | Радиоторий | а | 1,9116 а | 5.520 | 224 Солнце |
| 224 Солнце | Спасибо | Торий X | а | 3,6319 д | 5.789 | 220 Рн |
| 220 Рн | Тн | Торон, Ториевая эманация | а | 55,6 с | 6.404 | 216 Po |
| 216 Po | Есть | Торий А | а | 0,145 с | 6.906 | 212 Pb |
| 212 Pb | ТБ | Торий Б | б − | 10.64 ч. | 0.570 | 212 С |
| 212 С | ТХ | Торий С | б − 64.06% 35,94% | 60,55 мин. | 2.252 6.208 | 212 Po 208 Тл |
| 212 Po | ТХ' | Торий С' | а | 294,4 нс [19] | 8.954 [20] | 208 Pb |
| 208 Тл | ТК″ | Торий С″ | б − | 3.053 мин. | 1.803 [21] | 208 Pb |
| 208 Pb | ТД | Торий Д | стабильный | — | — | — |
Серия Нептуниум
[ редактировать ]
Цепь 4n+1 нептуния-237 обычно называют «серией нептуния» или «каскадом нептуния». В этой серии только два из задействованных изотопов встречаются в природе в значительных количествах, а именно два последних: висмут-209 и таллий-205. Некоторые другие изотопы были обнаружены в природе и происходят из следовых количеств 237 Np, образующийся в результате реакции нокаута (n,2n) в первичных 238 В. [9] Детектор дыма , содержащий ионизационную камеру америция-241, накапливает значительное количество нептуния -237 по мере распада его америция. В нем также присутствуют, хотя бы кратковременно, 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 гг., [22] его 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 рисунке), но не в основной последовательности распада; таким образом, радон из этой цепочки распада не мигрирует через горные породы почти так же сильно, как из трех других. Еще одна уникальная особенность этой последовательности распада состоит в том, что она заканчивается таллием, а не свинцом. Этот ряд завершается стабильным изотопом таллием-205.
Полная энергия, выделяющаяся при переходе от калифорния-249 к таллию-205, включая энергию, потерянную нейтрино , составляет 66,8 МэВ.
| Нуклид | Режим затухания | Период полураспада ( а = годы) | Высвобожденная энергия МэВ | Продукт распада |
|---|---|---|---|---|
| 249 См. | а | 351 а | 5.813+.388 | 245 См |
| 245 См | а | 8500 а | 5.362+.175 | 241 Мог |
| 241 Мог | б − | 14,4 а | 0.021 | 241 Являюсь |
| 241 Являюсь | а | 432,7 а | 5.638 | 237 Например |
| 237 Например | а | 2.14×10 6 а | 4.959 | 233 Хорошо |
| 233 Хорошо | б − | 27,0 д | 0.571 | 233 В |
| 233 В | а | 1.592×10 5 а | 4.909 | 229 че |
| 229 че | а | 7340 а | 5.168 | 225 Солнце |
| 225 Солнце | б − 99.998% 0,002% | 14,9 д. | 0.36 5.097 | 225 И 221 Рн |
| 225 И | а | 10,0 д | 5.935 | 221 Пт |
| 221 Рн | б − 78% 22% | 25,7 мин. | 1.194 6.163 | 221 Пт 217 Po |
| 221 Пт | 99,9952% б − 0.0048% | 4,8 мин. | 6.458 0.314 | 217 В 221 Солнце |
| 221 Солнце | а | 28 с | 6.880 | 217 Рн |
| 217 Po | 97,5% б − 2.5% | 1,53 с | 6.662 1.488 | 213 Pb 217 В |
| 217 В | 99,992% б − 0.008% | 32 мс | 7.201 0.737 | 213 С 217 Рн |
| 217 Рн | а | 540 мкс | 7.887 | 213 Po |
| 213 Pb | б − | 10,2 мин. | 2.028 | 213 С |
| 213 С | б − 97.80% 2,20% | 46,5 мин. | 1.423 5.87 | 213 Po 209 Тл |
| 213 Po | а | 3,72 мкс | 8.536 | 209 Pb |
| 209 Тл | б − | 2,2 мин. | 3.99 | 209 Pb |
| 209 Pb | б − | 3,25 ч. | 0.644 | 209 С |
| 209 С | а | 2.01×10 19 а | 3.137 | 205 Тл |
| 205 Тл | . | стабильный | . | . |
Урановая серия
[ редактировать ]
Цепочка урана-238 4n+2 называется «урановым рядом» или «радиевым рядом». Начиная с встречающегося в природе урана-238, в этот ряд входят следующие элементы: астат, висмут, свинец , ртуть, полоний, протактиний , радий , радон , таллий и торий. Все они присутствуют, по крайней мере временно, в любом природном урансодержащем образце, будь то металл, соединение или минерал. Серия заканчивается свинцом-206.
Полная энергия, выделяемая ураном-238 в свинец-206, включая энергию, потерянную нейтрино, составляет 51,7 МэВ.
| Родитель нуклид | Историческое название [23] | Режим затухания [РС 1] | Период полураспада ( а = годы) | Высвобожденная энергия МэВ [РС 1] | Разлагаться продукт [РС 1] | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 250 См. | а | 13.08 а | 6.12844 | 246 См | ||
| 246 См | а | 4800 а | 5.47513 | 242 Мог | ||
| 242 Мог | а | 3.8×10 5 а | 4.98453 | 238 В | ||
| 238 В | ты я | Уран I | а | 4.468×10 9 а | 4.26975 | 234 че |
| 234 че | UX 1 | Уран х 1 | б − | 24.10 д | 0.273088 | 234 м Хорошо |
| 234 м Хорошо | УХ 2 , Бв | Уран Х 2 Кратко | ИТ , 0,16% б − , 99.84% | 1.159 мин. | 0.07392 2.268205 | 234 Хорошо 234 В |
| 234 Хорошо | К | Уран З | б − | 6.70 ч. | 2.194285 | 234 В |
| 234 В | У II | Уран II | а | 2.45×10 5 а | 4.8698 | 230 че |
| 230 че | Этот | Ионический | а | 7.54×10 4 а | 4.76975 | 226 Солнце |
| 226 Солнце | Солнце | Радий | а | 1600 а | 4.87062 | 222 Рн |
| 222 Рн | Рн | Радон, Эманация радия | а | 3,8235 д | 5.59031 | 218 Po |
| 218 Po | РаА | Радий А | а , 99,980% б − , 0.020% | 3.098 мин. | 6.11468 0.259913 | 214 Pb 218 В |
| 218 В | а , 99,9% б − , 0.1% | 1,5 с | 6.874 2.881314 | 214 С 218 Рн | ||
| 218 Рн | а | 35 мс | 7.26254 | 214 Po | ||
| 214 Pb | РаБ | Радий Б | б − | 26,8 мин. | 1.019237 | 214 С |
| 214 С | РаК | Радий С | б − , 99.979% а , 0,021% | 19,9 мин. | 3.269857 5.62119 | 214 Po 210 Тл |
| 214 Po | РаК' | Радий С' | а | 164,3 мкс | 7.83346 | 210 Pb |
| 210 Тл | РаЦ" | Радий С" | б − | 1,3 мин. | 5.48213 | 210 Pb |
| 210 Pb | Рад | Радий Д | б − , 100% а , 1,9×10 −6 % | 22.20 а | 0.063487 3.7923 | 210 С 206 ртуть |
| 210 С | РаЭ | Радий Е | б − , 100% а , 1,32×10 −4 % | 5,012 д | 1.161234 5.03647 | 210 Po 206 Тл |
| 210 Po | РаФ | Радий Ф | а | 138,376 д | 5.03647 | 206 Pb |
| 206 ртуть | б − | 8,32 мин. | 1.307649 | 206 Тл | ||
| 206 Тл | б − | 4.202 мин. | 1.5322211 | 206 Pb | ||
| 206 Pb | РаГ [24] | Радий Г | стабильный | - | - | - |
- ^ Jump up to: а б с «Файл данных оцененной ядерной структуры» . Национальный центр ядерных данных.
Серия актиния
[ редактировать ]Цепочку 4n+3 урана-235 обычно называют «актиниевой серией» или «актиниевым каскадом». Начиная с встречающегося в природе 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 завершается стабильным изотопом свинца-207 .
В ранней Солнечной системе эта цепочка восходит к 247 См. Сегодня это проявляется в вариациях 235 В/ 238 Отношения U, поскольку кюрий и уран имеют заметно разный химический состав и разделились бы по-разному. [7] [25]
Полная энергия, выделяемая ураном-235 в свинец-207, включая энергию, потерянную нейтрино, составляет 46,4 МэВ.
| Нуклид | Историческое название | Режим затухания | Период полураспада ( а = годы) | Высвобожденная энергия МэВ | Разлагаться продукт | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Короткий | Длинный | |||||
| 251 См. | а | 900,6 а | 6.176 | 247 См | ||
| 247 См | а | 1.56×10 7 а | 5.353 | 243 Мог | ||
| 243 Мог | б − | 4,95556 ч. | 0.579 | 243 Являюсь | ||
| 243 Являюсь | а | 7388 а | 5.439 | 239 Например | ||
| 239 Например | б − | 2,3565 д | 0.723 | 239 Мог | ||
| 239 Мог | а | 2.41×10 4 а | 5.244 | 235 В | ||
| 235 В | AcU | Актин Уран | а | 7.04×10 8 а | 4.678 | 231 че |
| 231 че | УЙ | Уран Y | б − | 25.52 ч. | 0.391 | 231 Хорошо |
| 231 Хорошо | Хорошо | Протактиний | а | 32760 а | 5.150 | 227 И |
| 227 И | И | актиний | б − 98.62% 1,38% | 21,772 а | 0.045 5.042 | 227 че 223 Пт |
| 227 че | РДАК | Радиоактиний | а | 18.68 д. | 6.147 | 223 Солнце |
| 223 Пт | Подтверждение | Актиний К | б − 99.994% 0,006% | 22.00 мин. | 1.149 5.340 | 223 Солнце 219 В |
| 223 Солнце | AcX | Актиний X | а | 11.43 д. | 5.979 | 219 Рн |
| 219 В | 97,00% б − 3.00% | 56 с | 6.275 1.700 | 215 С 219 Рн | ||
| 219 Рн | Ан | Актинон, Актиниевая эманация | а | 3,96 с | 6.946 | 215 Po |
| 215 С | б − | 7,6 мин. | 2.250 | 215 Po | ||
| 215 Po | АсА | Актиний А | 99,99977% б − 0.00023% | 1,781 мс | 7.527 0.715 | 211 Pb 215 В |
| 215 В | а | 0,1 мс | 8.178 | 211 С | ||
| 211 Pb | АкБ | Актиний Б | б − | 36,1 мин. | 1.367 | 211 С |
| 211 С | АкС | Актиний С | 99,724% б − 0.276% | 2,14 мин. | 6.751 0.575 | 207 Тл 211 Po |
| 211 Po | АкС' | Актиний С' | а | 516 мс | 7.595 | 207 Pb |
| 207 Тл | АкС" | Актиний С" | б − | 4,77 мин. | 1.418 | 207 Pb |
| 207 Pb | АкД | Актиний Д | . | стабильный | . | . |
См. также
[ редактировать ]- Ядерная физика
- Радиоактивный распад
- Долина стабильности
- Продукт распада
- Радиоизотопы ( радионуклиды )
- Радиометрическое датирование
Примечания
[ редактировать ]- ^ «Радон | Качество воздуха в помещении | Воздух | Агентство по охране окружающей среды США» . Архивировано из оригинала 20 сентября 2008 г. Проверено 26 июня 2008 г.
- ^ «Радиационные свойства урана» . Урановый проект WISE . 26 января 2024 г. Проверено 20 июня 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с К. Моримото, Кадзи, Хаба, Озэки, Кадзута, Юки; Вакабаяси, Ясуо; Танака, Кенго и др. в производстве и распаде изотопа, 278 113, 113-го элемента». Журнал Физического общества Японии . 81 (10): 103201. arXiv : 1209.6431 . Бибкод : 2012JPSJ...81j3201M . doi : 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 113-го элемента в реакции 209 С( 70 Зн, н) 278 113». Журнал Физического общества Японии . 73 (10): 2593–2596. Бибкод : 2004JPSJ...73.2593M . doi : 10.1143/JPSJ.73.2593 .
- ^ Барбер, Роберт С.; Карол, Пол Дж; Накахара, Хиромичи; Вардачи, Эмануэле; Фогт, Эрих В. (2011). «Открытие элементов с атомными номерами больше или равными 113 (Технический отчет ИЮПАК)» . Чистая и прикладная химия . 83 (7): 1485. doi : 10.1351/PAC-REP-10-05-01 .
- ^ Дж. В. Биман; и др. (2012). «Первое измерение частичных ширин 209 Распад Bi на основное место и в первые возбужденные состояния». Physical Review Letters . 108 (6): 062501. arXiv : 1110.3138 . doi : /PhysRevLett.108.062501 . PMID 22401058. 10.1103 S2CID 118686992 .
- ^ Jump up to: а б с Дэвис, Эндрю М. (2022). «Короткоживущие нуклиды в ранней Солнечной системе: распространенность, происхождение и применение» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 72 : 339–363. doi : 10.1146/annurev-nucl-010722-074615 . Проверено 23 ноября 2023 г.
- ^ Кох, Лотар (2000). Трансурановые элементы, в Энциклопедии промышленной химии Ульмана . Уайли. дои : 10.1002/14356007.a27_167 .
- ^ Jump up to: а б Пеппард, Д.Ф.; Мейсон, GW; Грей, PR; Мех, Дж. Ф. (1952). «Возникновение ряда (4n + 1) в природе» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 74 (23): 6081–6084. дои : 10.1021/ja01143a074 .
- ^ Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A . дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 .
- ^ Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле это субактинид, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным интервалом нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет период полураспада, по крайней мере, четыре года (самый долгоживущий нуклид в пробеле - радон-222 с периодом полураспада менее четырех суток ). Таким образом, самый долгоживущий изотоп радия, имеющий возраст 1600 лет, заслуживает включения этого элемента в этот список.
- ^ В частности, в результате тепловыми нейтронами деления урана-235 , например, в типичном ядерном реакторе .
- ^ Милстед, Дж.; Фридман, AM; Стивенс, CM (1965). «Альфа-период полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248». Ядерная физика . 71 (2): 299. Бибкод : 1965NucPh..71..299M . дои : 10.1016/0029-5582(65)90719-4 .
«Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, анализированных в течение примерно 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk. 248 с периодом полураспада более 9 [лет]. Нет роста Cf 248 был обнаружен, и нижний предел для β − период полураспада можно установить примерно на уровне 10 4 [годы]. Никакой альфа-активности, приписываемой новому изомеру, обнаружено не было; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет]». - ^ Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
- ^ За исключением « классически стабильных » нуклидов с периодом полураспада, значительно превышающим 232 чё; например, пока 113 м Период полураспада Cd составляет всего четырнадцать лет, а у 113 Cd составляет восемь квадриллионов лет.
- ^ Хоффман, округ Колумбия; Лоуренс, ФО; Мьюхертер, Дж.Л.; Рурк, FM (1971). «Обнаружение плутония-244 в природе». Природа . 234 (5325): 132–134. Бибкод : 1971Natur.234..132H . дои : 10.1038/234132a0 . S2CID 4283169 .
- ^ Лакнер, Дж.; и др. (2012). «Попытка обнаружить первобытное 244 Pu на Земле». Physical Review C. 85 ( 1): 015801. Bibcode : 2012PhRvC..85a5801L . doi : 10.1103/PhysRevC.85.015801 .
- ^ Тренн, Таддеус Дж. (1978). «Торураний (U-236) как вымерший природный родитель тория: преждевременная фальсификация по существу правильной теории». Анналы науки . 35 (6): 581–97. дои : 10.1080/00033797800200441 .
- ^ 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 .
- ^ Национальный центр ядерных данных . «База данных NuDat 3.0» . Брукхейвенская национальная лаборатория . Проверено 19 февраля 2022 г.
- ^ «Ядерные данные» . Nucleardata.nuclear.lu.se .
- ^ Тённессен, М. (2016). Открытие изотопов: полный сборник . Спрингер. п. 20. дои : 10.1007/978-3-319-31763-2 . ISBN 978-3-319-31761-8 . LCCN 2016935977 .
- ^ Тённессен, М. (2016). Открытие изотопов: полный сборник . Спрингер. п. 19. дои : 10.1007/978-3-319-31763-2 . ISBN 978-3-319-31761-8 . LCCN 2016935977 .
- ^ Кун, В. (1929). «LXVIII. Рассеяние γ-излучения тория C радием G и обычным свинцом» . The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 8 (52): 628. doi : 10.1080/14786441108564923 . ISSN 1941-5982 .
- ^ Цалетка, Р.; Лапицкий А. В. (1960). «Присутствие трансурановых элементов в природе» . Российское химическое обозрение . 29 (12): 684–689 . Проверено 20 января 2024 г.
Ссылки
[ редактировать ]- К.М. Ледерер; Дж. М. Холландер; И. Перлман (1968). Таблица изотопов (6-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Портал ядерной науки Nucleonica
- Decay Engine от Nucleonica для профессиональных онлайн-расчетов распада.
- EPA – Радиоактивный распад
- Правительственный веб-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 – Живая карта нуклидов (с цепочками распада) - Поиск цепи распада
