AI tools

Первинні нукліди

З Вікіпедії, вільної енциклопедії

Первинні нукліди

Первинні нукліди — нукліди у складі Землі, які існували у своїй сучасній формі ще до утворення Землі. Первинні нукліди були присутні в міжзоряному середовищі, з якого утворилася Сонячна система. Вони виникли в первинному нуклеосинтезі під час Великого вибуху, в зоряному нуклеосинтезі в зорях з подальшим викиданням речовини із зір в міжзоряний простір, сколювання космічними променями і, можливо, в результаті інших процесів. Вони є стабільними нуклідами або достатньо довгоживучими радіонуклідами, щоб прожити від утворення Сонячної системи до сьогодення. Відомо 286 первинних нуклідів: 251 стабільний і 35 радіоактивних з довгим періодом напіврозпаду.

Thumb
Відносна кількість хімічних елементів у верхній частині континентальної кори Землі в розрахунку на один атом

Стабільність

Узагальнити
Перспектива

Усі відомі 251 стабільний нуклід, а також ще 35 нуклідів, які мають період напіврозпаду достатньо довгий, щоб вижити з моменту утворення Землі, є первинними нуклідами. Ці 35 первинних нуклідів є радіоактивними ізотопами 28 різних хімічних елементів. Кадмій, неодим, осмій, самарій, телур, уран і ксенон при цьому мають по два первинні радіоізотопи — 113Cd, 116Cd; 128Te, 130Te; 124Xe, 136Xe; 144Nd, 150Nd; 147Sm, 148Sm; 184Os, 186Os; 235U, 238U.

Оскільки вік Землі становить 4,58·109 років (4,6 мільярда років), період напіврозпаду даних нуклідів повинен бути більшим, ніж приблизно 108 років (100 мільйонів років). Наприклад, для нукліда з періодом напіврозпаду 6·107 років (60 мільйонів років), від утворення Землі минуло 77 періодів напіврозпаду, так що з кожного моля (6,02·1023 атомів) цього нукліда, який був присутній при формуванні Землі, досьогодні залишилося лише 6,02·1023/277 = 4 атоми.

Сім експериментально підтверджених первинних нуклідів з найкоротшим періодом напіврозпаду, це 87Rb (5,0·1010 років), 187Re (4,1·1010 років), 176Lu (3,8·1010 років), 232Th (1,4·1010 років), 238U (4,5·109 років), 40K (1,25·109 років) і 235U (7,0·108 років). Ці сім нуклідів мають період напіврозпаду, порівнянний або дещо меншим за вік Всесвіту 13,8 мільярда років. 87Rb, 187Re, 176Lu, 232Th і 238U мають достатньо довгі періоди напіврозпаду, щоб більша їх частина збереглася протягом геологічних масштабів часу. 40K і 235U мають коротший період напіврозпаду і, отже, їхня поширеність вже значно менша за первинну, але значна частина їхньої первинної кількості досі збереглась.

Повний список 35 відомих первинних радіонуклідів наведено нижче.

Найбільш довгоживучий ізотоп, не знайдений як первинний[1] — 146Sm, який має період напіврозпаду 1,03·108 років, наступні — 244Pu (8,08·107 років) і 92Nb (3,5·107 років). Повідомлялося, що 244Pu існує в природі як первинний нуклід[2], але пізніші дослідження не виявили його[3]. Враховуючи, що всі ці нукліди повинні зберегтися принаймні протягом 4,6·109 років від формування Землі, 146Sm мав пережити 45 періодів напіврозпаду (і, отже, його кількість мала зменшитись у 245 ≈ 4·1013 разів), 244Pu — 57 періодів напіврозпаду (зменшення у 257 ≈ 1017 разів), а 92Nb — 130 періодів напіврозпаду (зменшення у 2130 ≈ 1039 разів). Математично, враховуючи ймовірну початкову кількість цих нуклідів, первинні 146Sm і 244Pu повинні зберігатися десь на Землі досьогодні, навіть якщо їх неможливо ідентифікувати експериментально, тоді як 92Nb і всі ще більш короткоживучі нукліди не повинні зберегтись навіть теоретично. Такі нукліди, як 92Nb, які були присутні в первинній сонячній туманності, але вже давно повністю розпалися, називаються вимерлими радіонуклідами, якщо вони не мають інших способів утворення[4].

Природні нукліди, які не є первинними

Узагальнити
Перспектива

Деякі нестабільні ізотопи, які зустрічаються в природі (наприклад, 14C, 3H і 239Pu) не є первинними, оскільки вони повинні постійно відновлюватися. Це відбувається через космічне випромінювання (у випадку космогенних нуклідів, таких як 14C і 3H), геоядерну трансмутацію (наприклад, захоплення нейтронів ураном з утворенням 237Np і 239Pu) або радіоактивний розпад довгоживучих радіоактивних первинних нуклідів.

Наприклад, ізотопи радону, полонію та радію є радіогенними дочірніми нуклідами урану та містяться в уранових рудах. Стабільний ізотоп аргону 40Ar насправді більш поширений як радіогенний нуклід, ніж як первинний нуклід, утворюючи майже 1 % земної атмосфери. Він утворюється в результаті бета-розпаду довгоживучого радіоактивного первинного ізотопу 40К, напівперіод життя якого становить понад мільярд років, тому аргон утворюється з самого початку існування Землі. У первинному аргоні домінував створюваний у зоряному альфа-процесі нуклід 36Ar, але тепер на Землі він зустрічається значно рідше, ніж 40Ar. Подібний радіогенний ряд походить і від довгоживучого радіоактивного первинного нукліда 232Th.

Такі нукліди, утворені в результаті розпаду або поділу урану чи інших актиноїдів у гірських породах Землі, називаються геогенними[5]. Усі такі нукліди мають менший період напіврозпаду, ніж їхні вихідні радіоактивні первинні нукліди. Деякі інші геогенні нукліди не зустрічаються в ланцюгах розпаду 232Th, 235U або 238U, але все ще можуть зустрічатися в природі у невеликих кількостях як продукти спонтанного поділу одного з цих трьох довгоживучих нуклідів. Наприклад, 126Sn складає близько 10−14 всього природного олова[6].

Первинні елементи

Узагальнити
Перспектива

Оскільки первинні хімічні елементи часто складаються з більш ніж одного первинного ізотопу, існує лише 83 первинні хімічні елементи. З них 80 мають принаймні один стабільний ізотоп, а ще 3 елементи мають лише радіоактивні ізотопи.

80 стабільних первинних елементів — це всі елементи від водню до свинцю (атомні номери від 1 до 82), за винятком технецію (43) і прометію (61). Три радіоактивні первинні елементи — це вісмут (83), торій (90) і уран (92). Період напіврозпаду вісмуту настільки довгий, що його часто класифікують разом із 80 первинними стабільними елементами, оскільки його дуже слабка радіоактивність не викликає практичної небезпеки.

Список первинних елементів наведено нижче. В першій таблиці подано парні елементи, в другій — непарні.

Більше інформації Z, Елемент ...
Первинні ізотопи елементів з парними Z (у порядку зменшення поширеності на Землі)
Z
 Елемент
 Стабільні
[7]		 Радіоакт.
[7]		 нестабільні курсивом
непарне число нейтронів рожевим
50олово10— 120Sn118Sn116Sn119Sn117Sn124Sn122Sn112Sn114Sn115Sn
54ксенон72 132Xe129Xe131Xe134Xe136Xe130Xe128Xe124Xe126Xe
48кадмій62 114Cd112Cd111Cd110Cd113Cd116Cd106Cd108Cd
52телур62 130Te128Te126Te125Te124Te122Te123Te120Te
44рутеній7— 102Ru104Ru101Ru99Ru100Ru96Ru98Ru
66диспрозій7— 164Dy162Dy163Dy161Dy160Dy158Dy156Dy
70ітербій7— 174Yb172Yb173Yb171Yb176Yb170Yb168Yb
80ртуть7— 202Hg200Hg199Hg201Hg198Hg204Hg196Hg
42молібден61 98Mo96Mo95Mo92Mo100Mo97Mo94Mo
56барій61 138Ba137Ba136Ba135Ba134Ba132Ba130Ba
64гадоліній61 158Gd160Gd156Gd157Gd155Gd154Gd152Gd
60неодим52 142Nd144Nd146Nd143Nd145Nd148Nd150Nd
62самарій52 152Sm154Sm147Sm149Sm148Sm150Sm144Sm
76осмій52 192Os190Os189Os188Os187Os186Os184Os
46паладій6— 106Pd108Pd105Pd110Pd104Pd102Pd
68ербій6— 166Er168Er167Er170Er164Er162Er
20кальцій51 40Ca44Ca42Ca48Ca43Ca46Ca
34селен51 80Se78Se76Se82Se77Se74Se
36криптон51 84Kr86Kr82Kr83Kr80Kr78Kr
72гафній51 180Hf178Hf177Hf179Hf176Hf174Hf
78платина51 195Pt194Pt196Pt198Pt192Pt190Pt
22титан5— 48Ti46Ti47Ti49Ti50Ti
28нікель5— 58Ni60Ni62Ni61Ni64Ni
30цинк5— 64Zn66Zn68Zn67Zn70Zn
32германій41 74Ge72Ge70Ge73Ge76Ge
40цирконій41 90Zr94Zr92Zr91Zr96Zr
74вольфрам41 184W186W182W183W180W
16сірка4— 32S34S33S36S
24хром4— 52Cr53Cr50Cr54Cr
26залізо4— 56Fe54Fe57Fe58Fe
38стронцій4— 88Sr86Sr87Sr84Sr
58церій4— 140Ce142Ce138Ce136Ce
82свинець4— 208Pb206Pb207Pb204Pb
8кисень3— 16O18O17O
10неон3— 20Ne22Ne21Ne
12магній3— 24Mg26Mg25Mg
14кремній3— 28Si29Si30Si
18аргон3— 40Ar36Ar38Ar
2гелій2—4He3He
6вуглець2— 12C13C
92уран02238U235U
4берилій1—9Be
90торій01232Th
Закрити

Примітки

  1. [1]
    Samir Maji та ін. (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.
  2. [2]
    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.
  3. [3]
    Lachner, J. та ін. (2012). Attempt to detect primordial 244Pu on Earth. Physical Review C. 85 (1): 015801. Bibcode:2012PhRvC..85a5801L. doi:10.1103/PhysRevC.85.015801.
  4. [4]
    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.
  5. [5]
    Clark, Ian (2015). Groundwater geochemistry and isotopes. CRC Press. с. 118. ISBN 9781466591745. Процитовано 13 липня 2020.
  6. [6]
    H.-T. Shen та ін. Research on measurement of 126Sn by AMS (PDF). accelconf.web.cern.ch. Архів оригіналу (PDF) за 25 листопада 2017. Процитовано 1 січня 2024.
  7. [7]
    Sonzogni, Alejandro. Interactive Chart of Nuclides. National Nuclear Data Center: Brookhaven National Laboratory. Процитовано 30 серпня 2019.
  8. [8]
    Interactive Chart of Nuclides (Nudat2.5). National Nuclear Data Center. Процитовано 22 червня 2009.
Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.