Калий-40
| Общий | |
|---|---|
| Символ | 40 К |
| Имена | калий-40, 40К, К-40 |
| Протоны ( С ) | 19 |
| Нейтроны ( Н ) | 21 |
| Данные о нуклидах | |
| Природное изобилие | 0.0117(1)% |
| Период полураспада ( т 1/2 ) | 1.251(3) × 10 9 и |
| масса изотопа | 39.96399848(21) Да |
| Вращаться | 4 − |
| Избыточная энергия | −33 505 кэВ |
| Энергия связи | 341 523 кэВ |
| Родительские изотопы | Первозданный |
| Продукты распада | 40 Са (β − ) 40 Ar (EC, в; б + ) |
| Режимы затухания | |
| Режим затухания | Энергия распада ( МэВ ) |
| б − | 1.31109 |
| ЕС , γ | 1.5049 |
| Изотопы калия Полная таблица нуклидов | |
Калий-40 ( 40 K ) — радиоактивный изотоп калия , имеющий длительный период полураспада — 1,25 миллиарда лет. Он составляет около 0,012% (120 ppm ) от общего количества калия, встречающегося в природе.
Калий-40 подвергается трем типам радиоактивного распада . Примерно в 89,28% случаев он распадается до кальция-40 ( 40 Ca) с испусканием бета-частицы (β − , электрон ) с максимальной энергией 1,31 МэВ и антинейтрино . Примерно в 10,72% событий он распадается на аргон-40 ( 40 Ar) путем электронного захвата (EC) с испусканием нейтрино , энергией 1,460 МэВ а затем гамма-излучения с . [Примечание 1] Радиоактивный распад именно этого изотопа объясняет большое содержание аргона (около 1%) в атмосфере Земли , а также преобладание 40 Ar по сравнению с другими изотопами . Очень редко (0,001% событий) затухает до 40 Ar путем испускания позитрона (β + ) и нейтрино. [1]
Калий-аргоновое датирование
[ редактировать ]
Калий-40 особенно важен при датировании калием-аргоном (K-Ar). Аргон — газ, который обычно не соединяется с другими элементами. Итак, когда минерал образуется – будь то из расплавленной породы или из растворенных в воде веществ – он изначально не содержит аргона, даже если в жидкости есть некоторое количество аргона. Однако если в минерале содержится калий, то распад 40 Присутствующий изотоп K создаст свежий аргон-40, который останется запертым в минерале. Поскольку скорость, с которой происходит это превращение, известна, можно определить время, прошедшее с момента образования минерала, путем измерения соотношения 40 К и 40 В нем содержатся атомы Ar.
Содержание аргона в атмосфере Земли составляет 99,6%. 40 Ар; тогда как аргон на Солнце – и, предположительно, в первичном материале, который конденсировался в планеты – в основном состоит из 36 Ar , менее 15% 38 Ар. Отсюда следует, что большая часть земного аргона образуется из калия-40, который распался на аргон-40, который в конечном итоге улетел в атмосферу.
Вклад в естественную радиоактивность
[ редактировать ]
Радиоактивный распад 40 К в мантии Земли занимает третье место после 232 и 238 U , как источник радиогенного тепла . Ядро также, вероятно, содержит радиогенные источники, хотя их количество неясно. Было высказано предположение, что значительная радиоактивность активной зоны (1–2 ТВт) может быть вызвана высокими уровнями U, Th и K. [2] [3]
Калий-40 является крупнейшим источником естественной радиоактивности у животных, включая человека. В организме человека массой 70 кг содержится около 140 г калия, следовательно, около 140 г × 0,0117% ≈ 16,4 мг калия. 40 К; [4] при распаде которого образуется около 3850 [5] до 4300 распадов в секунду ( беккерель ) непрерывно на протяжении всей жизни человека. [Примечание 2] [6]
Банановый эквивалент дозы
[ редактировать ]Калий-40 известен тем, что используется в банановом эквиваленте дозы — неформальной единице измерения, которая в основном используется в общих образовательных учреждениях для сравнения радиоактивных доз с количеством, полученным при употреблении одного банана . Принято считать, что радиоактивная доза от употребления одного банана равна 10 −7 зиверт , или 0,1 микрозиверт, что составляет 1% от ежедневного поступления радиоактивных веществ среднестатистическим американцем. [7]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Этот фотон назывался бы рентгеновским лучом , если бы он испускался электроном. В ядерной физике принято называть фотоны в соответствии с их происхождением, а не с их энергией. Фотоны высокой энергии, образующиеся в результате электрических переходов, называются «рентгеновскими лучами», а фотоны, испускаемые атомными ядрами, называются « гамма-лучами », независимо от их энергии.
- ^ Число радиоактивных распадов в секунду в данной массе 40 K — число атомов в этой массе, деленное на среднее время жизни атома. 40 Атом К в секундах. Количество атомов в одном грамме 40 K — постоянная Авогадро 6,022 × 10. 23 моль −1 разделить на атомный вес калия-40 (39,96 г/моль), что составляет около 0,1507 × 10. 23 за грамм. Как и при любом экспоненциальном распаде , среднее время жизни равно периоду полураспада, делённому на натуральный логарифм 2, или примерно 56,82 × 10. 15 секунды.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Энгелькемейр, Д.В.; Флинн, К.Ф.; Гленденин, Л.Е. (1962). «Позитронная эмиссия при распаде K 40 ". Physical Review . 126 (5): 1818. Bibcode : 1962PhRv..126.1818E . doi : 10.1103/PhysRev.126.1818 .
- ^ Волерс, А.; Вуд, Би Джей (2015). «Похожий на Меркурий компонент ранней Земли дает уран в ядре и верхней мантии. 142 Nd» . Nature . 520 (7547): 337–340. : 2015Natur.520..337W . doi : 10.1038 /nature14350 . PMC 4413371. . PMID 25877203 Bibcode
- ^ Мурти, В. Рама; Ван Вестренен, Вим; Фей, Инвэй (2003). «Экспериментальные доказательства того, что калий является важным источником радиоактивного тепла в ядрах планет». Природа . 423 (6936): 163–5. Бибкод : 2003Natur.423..163M . дои : 10.1038/nature01560 . ПМИД 12736683 . S2CID 4430068 .
- ^ «Радиоактивное тело человека» . Демонстрации лекций по естественным наукам в Гарварде .
- ^ Коннор, Ник. «Что такое калий-40 – Характеристики – Период полураспада – Определение» . Радиационная дозиметрия .
- ^ Бин Самат, С.; Грин, С.; Беддоу, АХ (1997). " 40 K-активность одного грамма калия». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–13. Bibcode : 1997PMB....42..407S . doi : 10.1088/0031-9155/42/2/012 . ПМИД 9044422 . S2CID 250778838 .
- ^ Ник Коннор (14 декабря 2019 г.). «Что такое банановый эквивалент доза – BED – Определение» . Радиационная дозиметрия .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Таблица радиоактивных изотопов К-40
- Поиск ядерных данных Лунда/LBNL
- Раздел «Калий-40», радиологические и химические данные для поддержки анализа рисков для здоровья на загрязненных территориях