Prvobitni nuklid

Prvobitni nuklidi, znani tudi kot prvobitni izotopi, so v geokemiji, geofiziki in jedrski fiziki nuklidi, ki jih najdemo na Zemlji in obstajajo v sedanji obliki že od nastanka Zemlje. Prvobitni nuklidi so bili prisotni v medzvezdnem mediju, iz katerega je nastal sončni sistem in so nastali v ali po prapoku z nukleosintezo v zvezdah in supernovah. Obstajajo stabilni nuklidi in dolgoživi radionuklidi, ki so preživeli v predsončevi meglici do danes. Znanih je le 286 takih nuklidov.

Relativna številčnost kemičnih elementov v zgornji skorji celinske Zemlje na osnovi atoma

Stabilnost

Vsi znani 252 stabilni nuklidi in še 34 nuklidov, ki imajo razpolovno dobo dovolj dolgo, da so preživeli od nastanka Zemlje, so prvobitni nuklidi. Teh 34 prvobitnih radionuklidov predstavlja izotope 28-tih elementov. Kadmij, telur, ksenon, neodim, samarij in uran imajo po dva prvobitna radioizotopa (¹¹³
Cd
, ¹¹⁶
Cd
; ¹²⁸
Te
, ¹³⁰
Te
; ¹²⁴
Xe
, ¹³⁶
Xe
; ¹⁴⁴
Nd
, ¹⁵⁰
Nd
; ¹⁴⁷
Sm
, ¹⁴⁸
Sm
; in ²³⁵
U
, ²³⁸
U
).

Starost Zemlje znaša 4,58×10⁹ let (4,6 milijarde let), zato mora iz praktičnih razlogov razpolovni čas podanih nuklidov biti večji od približno 10⁸ let (100 milijonov let). Na primer. za nuklid z razpolovno dobo 6×10⁷ let (60 milijonov let) to pomeni, da je razpolovni čas 77 potekel, kar pomeni, da za vsak mol (6,02×10²³ atomov) tega nuklida, ki je bil prisoten pri nastanku Zemlje, danes ostanejo le še 4 atomi.

Štirje najmanj kratkoživi prvobitni nuklidi (tj. nuklidi z najkrajšim razpolovnim časom), ki so bili neizpodbitno eksperimentalno preverjeni, so ²³²
Th
(1,4 x 10¹⁰ let), ²³⁸
U
(4,5 x 10⁹ let), ⁴⁰
K
(1,25 x 10⁹ let) in ²³⁵
U
(7,0 x 10⁸ let).

To so 4 nuklidi z razpolovnimi časi, ki so primerljivi ali nekoliko manjši od ocenjene starosti vesolja. (²³²
Th
ima razpolovno dobo nekoliko daljšo od starosti vesolja.) Za celoten seznam 34 znanih prvobitnih radionuklidov, vključno s sledečimi 30-timi z razpolovnimi časi, ki so precej daljši od starosti vesolja, glej celotni seznam spodaj. Za praktične namene lahko nuklide z razpolovnimi časi, ki so veliko daljši od starosti vesolja, obravnavamo kot stabilne. ²³²
Th
in ²³⁸
U
imata razpolovni čas dovolj dolg, da je njihovo propadanje omejeno v geoloških časovnih skalah; ⁴⁰
K
in ²³⁵
U
imata krajšo razpolovno dobo, vendar še vedno dovolj dolgoživa, da lahko se v naravi še nahajata.

Naslednji nabolj dolgoživi nuklid je ²⁴⁴
Pu
z razpolovno dobo 8,08×10⁷ let. Poročali so, da v naravi obstaja kot prvobitni nuklid^[1], čeprav ga kasnejše raziskave niso odkrile.^[2] Drugi najbolj dolgoživi izotop, za katerega ni dokazano, da je prvobiten^[3][4] je ¹⁴⁶
Sm
, ki ima razpolovno dobo 6,8×10⁷ let, približno dvakrat večjo kot tretji najbolj dolgoživi tak izotop ⁹²
Nb
(3,5×10⁷ let).^[5] Ob upoštevanju, da morajo vsi ti nuklidi obstajati najmanj 4,6×10⁹ let. mora ²⁴⁴
Pu
obstati 57 razpolovnih časov (in se zato zmanjša za faktor 2⁵⁷ ≈ 1,4×10¹⁷), ¹⁴⁶
Sm
mora obstati 67 (in se zmanjša za 2⁶⁷ ≈ 1,5×10²⁰), ⁹²
Nb
pa mora obstati 130 (in se zmanjša za 2 ¹³⁰ ≈ 1,4×10³⁹). Matematično bi bilo treba ob upoštevanju verjetne začetne pogostosti teh nuklidov prvobitna ²⁴⁴
Pu
in ¹⁴⁶
Sm
obstajati nekje znotraj Zemlje, četudi jih ni mogoče identificirati v sorazmerno majhnem delu Zemljine skorje, ki je na voljo človeškim testom, medtem ko⁹²
Nb
in vsi kratkoživi nuklidi ne bi smeli obstajati. Nukleide, kot je ⁹²
Nb
, ki so bili v prvotni sončni meglici, ampak so že davno popolnoma izginili, imenujemo izumrli radionuklidi, če nimajo drugega načina za regeneracijo.^[6]

Ker so prvobitni kemični elementi pogosto sestavljeni iz več kot enega prvobitnega izotopa, obstaja samo 83 različnih prvobitnih kemičnih elementov.

Prvobitni elementi

Obstaja 252 stabilnih in 34 radioaktivnih prvobitnih nuklidov, vendar le 80 prvobitnih stabilnih elementov (1 do 82, tj. od vodika do svinca, razen 43 in 61, tehnecij in prometij) in trije radioaktivni prvobitni elementi (bizmut, torij in uran). Bizmutov razpolovni čas je tako dolg, da ga pogosto uvrščamo med 80 prvobitnih stabilnih elementov, saj njegova radioaktivnost ni zaskrbljujoča. Število elementov je manjše od števila nuklidov, ker je veliko prvobitnih elementov predstavljenih z več izotopi.

Radioaktivni prvobitni nuklidi

Št.	Nuklid	Energija	Razpolovni- čas (leta)	Tip razpada	Razpadna energija (MeV)	Približno razmerje razp.čas do starosti vesolja
253	128 Te	8,743261	2,2×1024	2 β−	2,530	160 bilijonov
254	124 Xe	8,778264	1,8×1022	KK	2,864	1 bilijon
255	78 Kr	9,022349	9,2×1021	KK	2,846	670 milijard
256	136 Xe	8,706805	2,165×1021	2 β−	2,462	150 milijard
257	76 Ge	9,034656	1,8×1021	2 β−	2,039	130 milijard
258	data-sort-value="130,5"	130 Ba	8,742574	1,2×1021	KK	2,620	90 milijard
259	82 Se	9,017596	1,1×1020	2 β−	2,995	8 milijard
260	116 Cd	8,836146	3,102×1019	2 β−	2,809	2 milijardi
261	48 Ca	8,992452	2,301×1019	2 β−	4,274; 0,0058	2 milijardi
262	209 Bi	8,158689	2,01×1019	α	3,137	1 milijarda
263	96 Zr	8,961359	2,0×1019	2 β−	3,4	1 milijarda
264	130 Te	8,766578	8,806×1018	2 β−	0,868	600 milijonov
265	150 Nd	8,562594	7,905×1018	2 β−	3,367	600 milijonov
266	100 Mo	8,933167	7,804×1018	2 β−	3,035	600 milijonov
267	151 Eu	8,565759	5,004×1018	α	1,9644	300 milijonov
268	180 W	8,347127	1,801×1018	α	2,509	100 milijonov
269	50 V	9,055759	1,4×1017	β+ ali β−	2,205; 1,038	10 milijonov
270	113 Cd	8,859372	7,7×1015	β−	0,321	600.000
271	148 Sm	8,607423	7,005×1015	α	1,986	500.000
272	144 Nd	8,652947	2,292×1015	α	1,905	200.000
273	186 Os	8,302508	2,002×1015	α	2,823	100.000
274	174 Hf	8,392287	2,002×1015	α	2,497	100,000
275	115 In	8,849910	4,4×1014	β−	0,499	30.000
276	152 Gd	8,562868	1,1×1014	α	2,203	8000
277	190 Pt	8,267764	6,5×1011	α	3,252	47
278	147 Sm	8,610593	1,061×1011	α	2,310	7,7
279	138 La	8,698320	1,021×1011	K ali β−	1,737; 1,044	7,4
280	87 Rb	9,043718	4,972×1010	β−	0,283	3,6
281	187 Re	8,291732	4,122×1010	β−	0,0026	3
282	176 Lu	8,374665	3,764×1010	β−	1,193	2,7
283	232 Th	7,918533	1,405×1010	α ali SF	4,083	1
284	238 U	7,872551	4,468×109	α ali SF ali 2 β−	4,270	0,3
285	40 K	8,909707	1,251×109	β− ali K ali β+	1,311; 1,505; 1,505	0,09
286	235 U	7,897198	7,038×108	α ali SF	4,679	0,05

Legenda

Št. (število)

Tekoče pozitivno število za namene sklicevanja. V prihodnosti se te številke lahko rahlo spremenijo, ker je danes klasificiranih 162 nuklidov kot stabilnih, ki pa so lahko teoretično nestabilni. Število se začne pri 253, ki sledi 252 stabilnim nuklidom.

Nuklid

Identifikator nuklida je podan z masnim številom A in simbolom kemijskega elementa.

Energija

Masa povprečnega nukleona tega nukleida ralativno na maso nevtrona (zato imajo vsi nuklidi imajo pozitivno vrednost) v MeV/c², formalno: m_n − m_nuklid / A.

Razpolovni čas

Vsi časi so podani v letih.

tip razpada

α	α razpad
β−	β− razpad
K	zajetje elektrona
KK	dvojno zajetje elektrona
β+	β+ razpad
SF	spontana jedrska cepitev
2 β−	dvojni β− razpad
2 β+	dvojni β+ razpad
I	izomerski prehod
p	emisija protona
n	emisija nevtrona

Razpadna energija

Več vrednosti za (maksimalno) razpadno energijo v MeV so označene v vrstnem redu glede na tip razpada.

Glej tudi

• Radioaktivni izotop

Sklici

1. Hoffman, D. C.; Lawrence, F. O.; Mewherter, J. L.; Rourke, F. M. (1971). »Detection of Plutonium-244 in Nature«. Nature. 234 (5325): 132–134. Bibcode:1971Natur.234..132H. doi:10.1038/234132a0.
2. Lachner, J.; in sod. (2012). »Attempt to detect primordial ²⁴⁴Pu on Earth«. Physical Review C. 85 (1): 015801. Bibcode:2012PhRvC..85a5801L. doi:10.1103/PhysRevC.85.015801.
3. Samir Maji; in sod. (2006). »Separation of samarium and neodymium: a prerequisite for getting signals from nuclear synthesis«. Analyst. 131 (12): 1332–1334. Bibcode:2006Ana...131.1332M. doi:10.1039/b608157f. PMID 17124541.
4. Kinoshita, N.; Paul, M.; Kashiv, Y.; Collon, P.; Deibel, C. M.; DiGiovine, B.; Greene, J. P.; Henderson, D. J.; Jiang, C. L.; Marley, S. T.; Nakanishi, T. (30. marec 2012). »A Shorter 146Sm Half-Life Measured and Implications for 146Sm-142Nd Chronology in the Solar System«. Science (v angleščini). 335 (6076): 1614–1617. arXiv:1109.4805. Bibcode:2012Sci...335.1614K. doi:10.1126/science.1215510. ISSN 0036-8075. PMID 22461609.
5. S. Maji; S. Lahiri; B. Wierczinski; G. Korschinek (2006). »Separation of samarium and neodymium: a prerequisite for getting signals from nuclear synthesis«. Analyst. 131 (12): 1332–1334. Bibcode:2006Ana...131.1332M. doi:10.1039/b608157f. PMID 17124541.
6. P. K. Kuroda (1979). »Origin of the elements: pre-Fermi reactor and plutonium-244 in nature«. Accounts of Chemical Research. 12 (2): 73–78. doi:10.1021/ar50134a005.