Isotop zirkonium

Zirkonium (₄₀Zr) yang terbentuk secara alami terdiri dari empat isotop stabil (salah satunya mungkin ditemukan menjadi radioaktif di masa depan), dan satu radioisotop berumur sangat panjang (⁹⁶Zr), sebuah nuklida primordial yang meluruh melalui peluruhan beta ganda dengan waktu paruh 2,0×10¹⁹ tahun;^[3] ia juga dapat mengalami peluruhan beta tunggal, yang belum teramati, tetapi nilai prediksi teoritis dari t_1/2-nya adalah 2,4×10²⁰ tahun.^[4] Radioisotop paling stabil kedua adalah ⁹³Zr, yang memiliki waktu paruh 1,53 juta tahun. Tiga puluh radioisotop lainnya telah diamati. Semuanya memiliki waktu paruh kurang dari satu hari kecuali ⁹⁵Zr (64,02 hari), ⁸⁸Zr (83,4 hari), dan ⁸⁹Zr (78,41 jam). Mode peluruhan utama untuk isotop yang lebih ringan daripada ⁹²Zr adalah penangkapan elektron, sedangkan untuk isotop yang lebih berat adalah peluruhan beta.

Isotop utama zirkonium

Iso­top Peluruhan kelim­pahan waktu paruh (t1/2) mode pro­duk 88Zr sintetis 83,4 hri ε 88Y γ – 89Zr sintetis 78,4 jam ε 89Y β+ 89Y γ – 90Zr 51,45% stabil 91Zr 11,22% stabil 92Zr 17,15% stabil 93Zr renik 1,53×106 thn β− 93Nb 94Zr 17,38% stabil 96Zr 2,80% 2,0×1019 thn[1] β−β− 96Mo
Berat atom standar Ar°(Zr)	91,224±0,002 91,224±0,002 (diringkas)[2]
lihat bicara sunting

Daftar isotop

Nuklida [n 1]	Z	N	Massa isotop (Da) [n 2][n 3]	Waktu paruh [n 4][n 5]	Mode peluruhan	Isotop anak [n 6]	Spin dan paritas [n 7][n 5]	Kelimpahan alami (fraksi mol)
	Energi eksitasi							Proporsi normal	Rentang variasi
78Zr	40	38	77,95523(54)#	50# mdtk [>170 ndtk]			0+
79Zr	40	39	78,94916(43)#	56(30) mdtk	β+, p	78Sr	5/2+#
					β+	79Y
80Zr	40	40	79,9404(16)	4,6(6) dtk	β+	80Y	0+
81Zr	40	41	80,93721(18)	5,5(4) dtk	β+ (>99,9%)	81Y	(3/2−)#
					β+, p (<0,1%)	80Sr
82Zr	40	42	81,93109(24)#	32(5) dtk	β+	82Y	0+
83Zr	40	43	82,92865(10)	41,6(24) dtk	β+ (>99,9%)	83Y	(1/2−)#
					β+, p (<0,1%)	82Sr
84Zr	40	44	83,92325(21)#	25,9(7) mnt	β+	84Y	0+
85Zr	40	45	84,92147(11)	7,86(4) mnt	β+	85Y	7/2+
85mZr	292,2(3) keV			10,9(3) dtk	IT (92%)	85Zr	(1/2−)
					β+ (8%)	85Y
86Zr	40	46	85,91647(3)	16,5(1) jam	β+	86Y	0+
87Zr	40	47	86,914816(9)	1,68(1) jam	β+	87Y	(9/2)+
87mZr	335,84(19) keV			14,0(2) dtk	IT	87Zr	(1/2)−
88Zr[n 8]	40	48	87,910227(11)	83,4(3) hri	EC	88Y	0+
89Zr	40	49	88,908890(4)	78,41(12) jam	β+	89Y	9/2+
89mZr	587,82(10) keV			4,161(17) mnt	IT (93,77%)	89Zr	1/2−
					β+ (6,23%)	89Y
90Zr[n 9]	40	50	89,9047044(25)	Stabil			0+	0,5145(40)
90m1Zr	2319,000(10) keV			809,2(20) mdtk	IT	90Zr	5-
90m2Zr	3589,419(16) keV			131(4) ndtk			8+
91Zr[n 9]	40	51	90,9056458(25)	Stabil			5/2+	0,1122(5)
91mZr	3167,3(4) keV			4,35(14) μdtk			(21/2+)
92Zr[n 9]	40	52	91,9050408(25)	Stabil			0+	0,1715(8)
93Zr[n 10]	40	53	92,9064760(25)	1,53(10)×106 thn	β− (73%)	93mNb	5/2+
					β− (27%)	93Nb
94Zr[n 9]	40	54	93,9063152(26)	Stabil Secara Pengamatan[n 11]			0+	0,1738(28)
95Zr[n 9]	40	55	94,9080426(26)	64,032(6) hri	β−	95Nb	5/2+
96Zr[n 12][n 9]	40	56	95,9082734(30)	20(4)×1018 thn	β−β−[n 13]	96Mo	0+	0,0280(9)
97Zr	40	57	96,9109531(30)	16,744(11) jam	β−	97mNb	1/2+
98Zr	40	58	97,912735(21)	30,7(4) dtk	β−	98Nb	0+
99Zr	40	59	98,916512(22)	2,1(1) dtk	β−	99mNb	1/2+
100Zr	40	60	99,91776(4)	7,1(4) dtk	β−	100Nb	0+
101Zr	40	61	100,92114(3)	2,3(1) dtk	β−	101Nb	3/2+
102Zr	40	62	101,92298(5)	2,9(2) dtk	β−	102Nb	0+
103Zr	40	63	102,92660(12)	1,3(1) dtk	β−	103Nb	(5/2−)
104Zr	40	64	103,92878(43)#	1,2(3) dtk	β−	104Nb	0+
105Zr	40	65	104,93305(43)#	0,6(1) dtk	β− (>99,9%)	105Nb
					β−, n (<0,1%)	104Nb
106Zr	40	66	105,93591(54)#	200# mdtk [>300 ndtk]	β−	106Nb	0+
107Zr	40	67	106,94075(32)#	150# mdtk [>300 ndtk]	β−	107Nb
108Zr	40	68	107,94396(64)#	80# mdtk [>300 ndtk]	β−	108Nb	0+
109Zr	40	69	108,94924(54)#	60# mdtk [>300 ndtk]
110Zr	40	70	109,95287(86)#	30# mdtk [>300 ndtk]			0+
111Zr[6]	40	71
112Zr[6]	40	72					0+
113Zr[7]	40	73
114Zr[8]	40	74					0+
Header & footer tabel ini:  view

1. ^mZr – Isomer nuklir tereksitasi.
2. ( ) – Ketidakpastian (1σ) diberikan dalam bentuk ringkas dalam tanda kurung setelah digit terakhir yang sesuai.
3. # – Massa atom bertanda #: nilai dan ketidakpastian yang diperoleh bukan dari data eksperimen murni, tetapi setidaknya sebagian dari tren dari Permukaan Massa (trends from the Mass Surface, TMS).
4. Waktu paruh tebal – hampir stabil, waktu paruh lebih lama dari umur alam semesta.
5. # – Nilai yang ditandai # tidak murni berasal dari data eksperimen, tetapi setidaknya sebagian dari tren nuklida tetangga (trends of neighboring nuclides, TNN).
6. Simbol tebal sebagai anak – Produk anak stabil.
7. ( ) nilai spin – Menunjukkan spin dengan argumen penempatan yang lemah.
8. Penyerap neutron paling kuat kedua yang diketahui
9. Produk fisi
10. Produk fisi berumur panjang
11. Diyakini meluruh melalui β⁻β⁻ menjadi ⁹⁴Mo dengan waktu paruh lebih dari 1,1×10¹⁷ tahun
12. Radionuklida primordial
13. Diteorikan juga mengalami peluruhan β⁻ menjadi ⁹⁶Nb dengan waktu paruh parsial lebih besar dari 2,4×10¹⁹ tahun^[5]

Zirkonium-88

Zirkonium-88 adalah sebuah radioisotop zirkonium dengan waktu paruh 83,4 hari. Pada Januari 2019, isotop ini ditemukan memiliki penampang tangkapan neutron sekitar 861.000 barn; ini beberapa kali lipat lebih besar dari yang diperkirakan, dan lebih besar dari nuklida lainnya kecuali ¹³⁵Xe.^[9]

Zirkonium-89

Zirkonium-89 adalah sebuah radioisotop zirkonium dengan waktu paruh 78,41 jam. Ia diproduksi oleh iradiasi proton dari ⁸⁹Y alami. Foton gamanya yang paling menonjol memiliki energi 909 keV.

⁸⁹Zr digunakan dalam aplikasi diagnostik khusus menggunakan pencitraan tomografi emisi positron^[10], misalnya, dengan antibodi berlabel zirkonium-89 (immuno-PET).^[11][12]

Zirkonium-93

Hasil, % per fisi^[13]

	Termal	Cepat	14 MeV
232Th	tidak fisil	6,70 ± 0,40	5,58 ± 0,16
233U	6,979 ± 0,098	6,94 ± 0,07	5,38 ± 0,32
235U	6,346 ± 0,044	6,25 ± 0,04	5,19 ± 0,31
238U	tidak fisil	4,913 ± 0,098	4,53 ± 0,13
239Pu	3,80 ± 0,03	3,82 ± 0,03	3,0 ± 0,3
241Pu	2,98 ± 0,04	2,98 ± 0,33	?

Produk fisi berumur panjang

• l
• b
• s

Nuklida	t½	Hasil	Q[a 1]	βγ
	(Ma)	(%)[a 2]	(keV)
99Tc	0,211	6,1385	294	β
126Sn	0,230	0,1084	4050[a 3]	βγ
79Se	0,327	0,0447	151	β
93Zr	1,53	5,4575	91	βγ
135Cs	2,3	6,9110[a 4]	269	β
107Pd	6,5	1,2499	33	β
129I	15,7	0,8410	194	βγ
Energi peluruhan dibagi antara β, neutrino, dan γ jika ada. Per 65 fisi neutron termal dari 235U dan 35 dari 239Pu. Memiliki energi peluruhan 380 keV, tetapi produk peluruhannya, 126Sb memiliki energi peluruhan 3,67 MeV. Lebih rendah di reaktor termal karena 135Xe, pendahulunya, mudah menyerap neutron.

Zirkonium-93 adalah sebuah radioisotop zirkonium dengan waktu paruh 1,53 juta tahun, meluruh melalui emisi partikel beta berenergi rendah. 73% dari total peluruhan mengisi keadaan tereksitasi ⁹³Nb, yang meluruh dengan waktu paruh 14 tahun dan sinar gama berenergi rendah ke keadaan dasar ⁹³Nb yang stabil, sedangkan 27% sisa peluruhan langsung mengisi keadaan dasar.^[14] Ia adalah salah satu dari hanya 7 produk fisi berumur panjang. Aktivitas spesifik yang rendah dan energi radiasi yang rendah membatasi bahaya radioaktif dari isotop ini.

Fisi nuklir menghasilkannya pada hasil fisi 6,3% (fisi neutron termal ²³⁵U), setara dengan produk fisi paling melimpah lainnya. Reaktor nuklir biasanya mengandung sejumlah besar zirkonium sebagai kelongsong batang bahan bakar (lihat Zircaloy), dan iradiasi neutron ⁹²Zr juga menghasilkan beberapa ⁹³Zr, meskipun hal ini dibatasi oleh penampang tangkapan neutron ⁹²Zr yang rendah sebesar 0,22 barn. Memang salah satu alasan utama untuk menggunakan zirkonium dalam kelongsong batang bahan bakar adalah penampangnya yang rendah.

⁹³Zr juga memiliki penampang tangkapan neutron rendah sebesar 0,7 barn.^[15][16] Sebagian besar zirkonium fisi terdiri dari isotop lain; isotop lain dengan penampang penyerapan neutron yang signifikan adalah ⁹¹Zr dengan penampang sebesar 1,24 barn. ⁹³adalah kandidat yang kurang menarik untuk dibuang melalui transmutasi nuklir dibandingkan dengan ⁹⁹Tc dan ¹²⁹I. Mobilitas dalam tanah relatif rendah, sehingga pembuangan secara geologis dapat menjadi solusi yang memadai. Sebagai alternatif, jika efek pada ekonomi neutron dari penampang ⁹³Zr yang lebih tinggi dianggap dapat diterima, kelongsong yang diiradiasi dan produk fisi zirkonium (yang dicampur bersama dalam sebagian besar metode pemrosesan ulang nuklir saat ini) dapat digunakan untuk membentuk kelongsong Zircaloy baru. Setelah kelongsong berada di dalam reaktor, tingkat radioaktivitas yang relatif rendah dapat ditoleransi, tetapi transportasi dan manufaktur mungkin memerlukan tindakan pencegahan khusus.

Referensi

1. Pritychenko, Boris; Tretyak, V. "Adopted Double Beta Decay Data". National Nuclear Data Center. Diakses tanggal 6 Juli 2022.
2. Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure Appl. Chem. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
3. "List of Adopted Double Beta (ββ) Decay Values". National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory.
4. H Heiskanen; M T Mustonen; J Suhonen (30 Maret 2007). "Theoretical half-life for beta decay of ⁹⁶Zr". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 34 (5): 837–843. doi:10.1088/0954-3899/34/5/005.
5. Finch, S.W.; Tornow, W. (2016). "Search for the β decay of ⁹⁶Zr". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 806: 70–74. Bibcode:2016NIMPA.806...70F. doi:10.1016/j.nima.2015.09.098 .
6. 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. Physical Society of Japan. 79 (7): 073201. doi:10.1143/JPSJ.79.073201 .
7. Shimizu, Yohei; et al. (2018). "Observation of New Neutron-rich Isotopes among Fission Fragments from In-flight Fission of 345MeV=nucleon 238U: Search for New Isotopes Conducted Concurrently with Decay Measurement Campaigns". Journal of the Physical Society of Japan. 87: 014203. doi:10.7566/JPSJ.87.014203.
8. Sumikama, T.; et al. (2021). "Observation of new neutron-rich isotopes in the vicinity of Zr110". Physical Review C. 103. doi:10.1103/PhysRevC.103.014614. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
9. Shusterman, J.A.; Scielzo, N.D.; Thomas, K.J.; Norman, E.B.; Lapi, S.E.; Loveless, C.S.; Peters, N.J.; Robertson, J.D.; Shaughnessy, D.A.; Tonchev, A.P. (2019). "The surprisingly large neutron capture cross-section of ⁸⁸Zr". Nature. 565 (7739): 328–330. Bibcode:2019Natur.565..328S. doi:10.1038/s41586-018-0838-z. OSTI 1512575. PMID 30617314. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
10. Dilworth, Jonathan R.; Pascu, Sofia I. (2018). "The chemistry of PET imaging with zirconium-89". Chemical Society Reviews. 47 (8): 2554–2571. doi:10.1039/C7CS00014F. PMID 29557435.
11. Van Dongen, GA; Vosjan, MJ (August 2010). "Immuno-positron emission tomography: shedding light on clinical antibody therapy". Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals. 25 (4): 375–85. doi:10.1089/cbr.2010.0812. PMID 20707716.
12. Untuk tabel peluruhan, lihat Maria Vosjan. "Zirconium-89 (⁸⁹Zr)". Cyclotron.nl.
13. M. B. Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (accessed at www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
14. Cassette, P.; Chartier, F.; Isnard, H.; Fréchou, C.; Laszak, I.; Degros, J.P.; Bé, M.M.; Lépy, M.C.; Tartes, I. (2010). "Determination of ⁹³Zr decay scheme and half-life". 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)". National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. 22 Desember 2011. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-07-20. Diakses tanggal 6 Juli 2022.
16. S. Nakamura; et al. (2007). "Thermal neutron capture cross-sections of Zirconium-91 and Zirconium-93 by prompt gamma-ray spectroscopy". Journal of Nuclear Science and Technology. 44 (1): 21–28. doi:10.1080/18811248.2007.9711252. Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)

• Massa isotop dari:
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
• Komposisi isotop dan massa atom standar dari:
  • de Laeter, John Robert; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin J. R.; Taylor, Philip D. P. (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683 .
  • Wieser, Michael E. (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051 .
• "News & Notices: Standard Atomic Weights Revised". International Union of Pure and Applied Chemistry. 19 Oktober 2005.
• Data waktu paruh, spin, dan isomer dipilih dari sumber-sumber berikut.
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties", Nuclear Physics A, 729: 3–128, Bibcode:2003NuPhA.729....3A, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.x database". Laboratorium Nasional Brookhaven.
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Table of the Isotopes". Dalam Lide, David R. CRC Handbook of Chemistry and Physics (edisi ke-85). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9.