Loading AI tools
З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Природний азот (7N) складається з двох стабільних ізотопів: переважна більшість (99,6%) природного азоту – це азот-14, решта – азот-15. Також відомо тринадцять радіоізотопів з атомними масами в діапазоні від 9 до 23 разом із трьома ядерними ізомерами. Усі ці радіоізотопи є короткоживучими, найдовше живучим є азот-13 з періодом напіврозпаду 9.965(4) хв. Усі інші мають період напіврозпаду менше 7,15 секунди, причому більшість із них менше 620 мілісекунд. Більшість ізотопів з атомними масовими числами нижче 14 розпадаються на ізотопи вуглецю, тоді як більшість ізотопів з масами понад 15 розпадаються на ізотопи кисню. Найбільш короткоживучим відомим ізотопом є азот-10 з періодом напіврозпаду 143(36) йоктосекунд, хоча період напіврозпаду азоту-9 не виміряли точно.
Нуклід | Z | N | Масса ізотопа (а.о.м.)[1] | Період напіврозпаду[2] | Спосіб розпаду[2] | Дочірній ізотоп[2] | Спін і парність[2] | Ізотопна поширеність | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Енергія збудження | Частка | Можливе відхилення | |||||||
9N[3] | 7 | 2 | <1 ас[3] | 5p[n 1] | 4He | ||||
10N | 7 | 3 | 10.04165(43) | 143(36) йс | p ?[n 2] | 9C ? | 1−, 2− | ||
11N | 7 | 4 | 11.026158(5) | 585(7) йс [780.0(9.3) кеВ] |
p | 10C | 1/2+ | ||
11mN | 740(60) кеВ | 690(80) йс | p | 1/2− | |||||
12N | 7 | 5 | 12.0186132(11) | 11.000(16) мс | β+ (98.07(4)%) | 12C | 1+ | ||
β+α (1.93(4)%) | 8Be[n 3] | ||||||||
13N[n 4] | 7 | 6 | 13.00573861(29) | 9.965(4) хв | β+ | 13C | 1/2− | ||
14N[n 5] | 7 | 7 | 14.003074004251(241) | Стабільний | 1+ | [0.99578, 0.99663][4] | |||
14mN | 2312.590(10) кеВ | ІП | 14N | 0+ | |||||
15N | 7 | 8 | 15.000108898266(625) | Стабільний | 1/2− | [0.00337, 0.00422][4] | |||
16N | 7 | 9 | 16.0061019(25) | 7.13(2) с | β− (99.99846(5)%) | 16O | 2− | ||
β−α (0.00154(5)%) | 12C | ||||||||
16mN | 120.42(12) кеВ | 5.25(6) мкс | ІП (99.999611(25)%) | 16N | 0− | ||||
β− (0.000389(25)%) | 16O | ||||||||
17N | 7 | 10 | 17.008449(16) | 4.173(4) с | β−n (95.1(7)%) | 16O | 1/2− | ||
β− (4.9(7)%) | 17O | ||||||||
β−α (0.0025(4)%) | 13C | ||||||||
18N | 7 | 11 | 18.014078(20) | 619.2(1.9) мс | β− (80.8(1.6)%) | 18O | 1− | ||
β−α (12.2(6)%) | 14C | ||||||||
β−n (7.0(1.5)%) | 17O | ||||||||
β−2n ?[n 2] | 16O ? | ||||||||
19N | 7 | 12 | 19.017022(18) | 336(3) мс | β− (58.2(9)%) | 19O | 1/2− | ||
β−n (41.8(9)%) | 18O | ||||||||
20N | 7 | 13 | 20.023370(80) | 136(3) мс | β− (57.1(1.4)%) | 20O | (2−) | ||
β−n (42.9(1.4)%) | 19O | ||||||||
β−2n ?[n 2] | 18O ? | ||||||||
21N | 7 | 14 | 21.02709(14) | 85(5) мс | β−n (87(3)%) | 20O | (1/2−) | ||
β− (13(3)%) | 21O | ||||||||
β−2n ?[n 2] | 19O ? | ||||||||
22N | 7 | 15 | 22.03410(22) | 23(3) мс | β− (54.0(4.2)%) | 22O | 0−# | ||
β−n (34(3)%) | 21O | ||||||||
β−2n (12(3)%) | 20O | ||||||||
23N[n 6] | 7 | 16 | 23.03942(45) | 13.9(1.4) мс | β− (> 46.6(7.2)%) | 23O | 1/2−# | ||
β−n (42(6)%) | 22O | ||||||||
β−2n (8(4)%) | 21O | ||||||||
β−3n (< 3.4%) | 20O
|
Азот-13 і кисень-15 утворюються в атмосфері, коли гамма-промені (наприклад, від блискавки) вибивають нейтрони з азоту-14 і кисню-16:
Утворений в результаті азот-13 розпадається з періодом напіврозпаду 9.965(4) хв до вуглецю-13, випускаючи позитрон. Позитрон швидко анігілює з електроном, утворюючи два гамма-промені близько 511 кеВ. Після удару блискавки це гамма-випромінювання згасає з періодом напіврозпаду в десять хвилин, але ці низькоенергетичні гамма-промені в середньому проходять у повітрі лише близько 90 метрів, тому їх можна виявити лише протягом хвилини або близько того, тому що "хмара" 13N і 15O розвіюється вітром.[5]
Азот-14 є одним із двох стабільних ізотопів азоту, який становить близько 99,636% природного азоту.
Азот-14 є одним з небагатьох стабільних нуклідів з непарною кількістю протонів і нейтронів (по сім) і єдиний, який становить більшу частину його елемента. Кожен протон або нейтрон вносить до спіну ядра плюс або мінус 1/2 , що дає ядру загальний магнітний спін, який дорівнює 1.
Вважається, що вихідним джерелом азоту-14 і азоту-15 у Всесвіті є зоряний нуклеосинтез, де вони утворюються як частина циклу CNO.
Азот-14 є джерелом природного радіоактивного вуглецю-14. Деякі види космічного випромінювання викликають ядерну реакцію з азотом-14 у верхніх шарах атмосфери Землі, утворюючи вуглець-14, який розпадається на азот-14 з періодом напіврозпаду 5700(30) років.
Азот-15 — рідкісний стабільний ізотоп азоту. Два джерела азоту-15 - це випромінювання позитронів киснем-15[6] і бета-розпад вуглецю-15. Азот-15 має один із найнижчих перерізів захоплення теплових нейтронів серед усіх ізотопів.[7]
Азот-15 часто використовується в ЯМР (ЯМР-спектроскопія азоту-15 ). На відміну від більш поширеного азоту-14, який має цілочисельний ядерний спін і, отже, квадрупольний момент, 15N має ядерний спін, що дорівнює 1/2, що забезпечує такі переваги для ЯМР, як вужча ширина лінії.
Відстеження азоту-15 – це метод, який використовується для вивчення циклу азоту.
Радіоізотоп 16N є домінуючим радіонуклідом в теплоносії водно-водяних реакторів або реакторів з киплячою водою під час нормальної роботи. Він утворюється з 16O (у воді) за допомогою реакції (n,p) , у якій атом 16O захоплює нейтрон і викидає протон. Він має короткий період напіврозпаду приблизно 7,1 с, але його розпад назад до 16O створює гамма-випромінювання високої енергії (від 5 до 7 МеВ).[8] Через це доступ до трубопроводу теплоносія першого контуру у водо-водяному реакторі повинен бути обмежений під час роботи реактора.[8] Це чутливий і миттєвий індикатор витоків із первинної системи теплоносія у вторинний паровий цикл і є основним засобом виявлення таких витоків.[8]