stringtranslate.com

Висмут-209

Висмут-209 ( 209 Bi) — изотоп висмута с самым длинным известным периодом полураспада среди всех радиоизотопов , претерпевающих α-распад ( альфа-распад ). Он имеет 83 протона и магическое число [2] 126 нейтронов, [ 2] и атомную массу 208,9803987 а.е.м. (атомных единиц массы). Первичный висмут полностью состоит из этого изотопа.

Свойства распада

Долгое время считалось, что висмут-209 имеет самое тяжелое стабильное ядро ​​среди всех элементов, но в 2003 году исследовательская группа из Института космической астрофизики в Орсе, Франция , обнаружила, что 209Bi претерпевает альфа-распад с периодом полураспада ≈19 экзалет (1,9×1019 или 19 квинтиллионов лет), [3] [4] что более чем в 109 раз больше предполагаемого возраста Вселенной . [5] Самым тяжелым ядром, которое сейчас считается стабильным, является свинец-208 , а самым тяжелым стабильным моноизотопным элементом — золото ( золото-197 ).

Ранее теория предсказывала период полураспада 4,6 × 1019 лет. Долгое время подозревали, что он радиоактивен. [6] При распаде образуется альфа-частица с энергией 3,14 МэВ и таллий-205 . [3] [4]

Висмут-209 встречается в цепочке распада нептуния.

Висмут-209 образует 205Tl :

209
83Би
→205
81Тл
+4
2Он
[7]

Если его возмущение будет нарушено, он присоединится к циклу захвата нейтронов свинцом-висмутом от свинца-206/207/208 до висмута-209, несмотря на низкие сечения захвата. Даже таллий-205, продукт распада висмута-209, возвращается к свинцу при полной ионизации. [8]

Из-за своего чрезвычайно длительного периода полураспада, для почти всех применений 209 Bi можно рассматривать как нерадиоактивный. Он гораздо менее радиоактивен, чем человеческая плоть, поэтому он не представляет реальной радиационной опасности. Хотя 209 Bi удерживает рекорд по периоду полураспада для альфа-распада, у него нет самого длительного известного периода полураспада среди всех нуклидов; это отличие принадлежит теллуру -128 ( 128 Te ) с периодом полураспада, оцененным в 7,7 × 10 24 лет по двойному β-распаду ( двойному бета-распаду ). [9] [10] [11]

Период полураспада 209 Bi был подтвержден в 2012 году итальянской группой в Гран-Сассо, которая сообщила(2,01 ± 0,08) × 10 19 лет. Они также сообщили о еще более длительном периоде полураспада для альфа-распада 209 Bi до первого возбужденного состояния 205 Tl (при 204 кэВ), который был оценен в 1,66 × 1021 год. [12] Несмотря на то, что это значение короче периода полураспада 128 Te, оба альфа-распада 209 Bi удерживают рекорд самой тонкой естественной ширины линии любого измеримого физического возбуждения, оцененной соответственно в ΔΕ~5,5×10−43 эВ  и ΔΕ~1,3×10−44 эВ  при применении принципа неопределенности [13] (двойной бета-распад будет производить энергетические линии только в безнейтринных переходах , что пока не наблюдалось).

Приложения

Поскольку весь первичный висмут представляет собой висмут-209, висмут-209 используется во всех обычных применениях висмута, например, в качестве замены свинца , [14] [15] в косметике, [16] [17] в красках, [18] и в нескольких лекарствах, таких как Пепто-Бисмол . [5] [19] [20] Сплавы, содержащие висмут-209, такие как висмутовая бронза, используются уже тысячи лет. [21]

Синтез других элементов

210 Po может быть получен путем бомбардировки 209 Bi нейтронами в ядерном реакторе. [22] Ежегодно производитсявсего около 100 граммов 210 Po. [23] [22] 209 Po и 208 Po могут быть получены путем протонной бомбардировки 209 Bi в циклотроне . [24] Астат также может быть получен путем бомбардировки 209 Bi альфа-частицами. [25] [26] [27] Следы 209 Bi также использовались для создания золота в ядерных реакторах. [28] [29]

209 Bi использовался в качестве мишени для создания нескольких изотопов сверхтяжелых элементов, таких как дубний , [30] [31] [32] [33] борий , [30] [34] мейтнерий , [35] [36] [ 37] рентгений , [38] [39] [40] и нихоний . [41] [42] [43]

Формирование

Изначальный

Висмут-209 образуется в конечной части s -процесса. [a]

В красных гигантских звездах асимптотической ветви гигантов s-процесс ( медленный процесс) продолжается для производства висмута-209 и полония-210 путем захвата нейтронов как самых тяжелых элементов, которые должны образоваться, [44] и последний быстро распадается. [44] Все элементы, тяжелее его, образуются в r-процессе , или быстром процессе, который происходит в течение первых пятнадцати минут сверхновых . [45] [44] Висмут-209 также создается во время r-процесса. [44]

Радиогенный

Некоторое количество 209 Bi было создано радиогенным путем из цепочки распада нептуния . [46] Нептуний-237 является вымершим радионуклидом , но его можно обнаружить в следовых количествах в урановых рудах из-за реакций захвата нейтронов . [46] [47] Америций-241 , который используется в дымовых извещателях, [48] распадается до нептуния-237.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Красные горизонтальные линии с кружком на правом конце представляют собой захват нейтронов ; синие стрелки, направленные вверх и влево, представляют собой бета-распады ; зеленые стрелки, направленные вниз и влево, представляют собой альфа-распады ; голубые/светло-зеленые стрелки, направленные вниз и вправо, представляют собой захваты электронов .

Ссылки

  1. ^ Audi, G.; Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S. (2017). "Оценка ядерных свойств с помощью NUBASE2016" (PDF) . Chinese Physics C. 41 ( 3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A. doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
  2. ^ ab Blank, B.; Regan, PH (2000). «Магические и дважды магические ядра». Nuclear Physics News . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
  3. ^ ab Dumé, Belle (2003-04-23). ​​"Висмут побил рекорд периода полураспада для альфа-распада". Physicsweb.
  4. ^ ab Marcillac, Pierre de; Noël Coron; Gérard Dambier; Jacques Leblanc; Jean-Pierre Moalic (апрель 2003 г.). «Экспериментальное обнаружение α-частиц при радиоактивном распаде природного висмута». Nature . 422 (6934): 876–878. Bibcode :2003Natur.422..876D. doi :10.1038/nature01541. PMID  12712201. S2CID  4415582.
  5. ^ ab Kean, Sam (2011). Исчезающая ложка (и другие правдивые истории о безумии, любви и истории мира из Периодической таблицы элементов) . Нью-Йорк/Бостон: Back Bay Books. стр. 158–160. ISBN 978-0-316-051637.
  6. ^ Карвальо, Х.Г.; Пенна, М. (1972). «Альфа-активность209
    Би
    ". Lettere al Nuovo Cimento . 3 (18): 720. doi : 10.1007/BF02824346. S2CID  120952231.
  7. ^ «Данные по изотопам америция-241 в Периодической таблице».
  8. ^ Takahashi, K; Boyd, RN; Mathews, GJ; Yokoi, K. (октябрь 1987 г.). «Связанный бета-распад высокоионизированных атомов». Physical Review C. 36 ( 4): 1522–1528. Bibcode : 1987PhRvC..36.1522T. doi : 10.1103/PhysRevC.36.1522. ISSN  0556-2813. OCLC  1639677. PMID  9954244. Получено 2016-11-20 .
  9. ^ "Исследования благородных газов". Архивировано из оригинала 2011-09-28 . Получено 2013-01-10 .Информация о теллуре-128 и периоде полураспада. Доступ 14 июля 2009 г.
  10. ^ Audi, G.; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, AH (2003). «Оценка ядерных и распадных свойств с помощью NUBASE». Ядерная физика A. 729 ( 1). Центр данных по атомной массе: 3–128. Bibcode : 2003NuPhA.729....3A. doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  11. ^ "WWW Таблица радиоактивных изотопов: Теллур". Отделение ядерной науки, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли. 2008. Архивировано из оригинала 2010-02-05 . Получено 2010-01-16 .
  12. ^ JW Beeman; et al. (2012). "Первое измерение частичных ширин распада 209 Bi до основного и до первых возбужденных состояний". Physical Review Letters . 108 (6): 062501. arXiv : 1110.3138 . Bibcode :2012PhRvL.108f2501B. doi :10.1103/PhysRevLett.108.062501. PMID  22401058. S2CID  118686992.
  13. ^ «Время жизни частиц из принципа неопределенности».
  14. ^ Hopper KD; King SH; Lobell ME; TenHave TR; Weaver JS (1997). «Грудь: защита от рентгеновского излучения в плоскости во время диагностической торакальной КТ — экранирование с помощью висмутовой радиозащитной одежды». Радиология . 205 (3): 853–8. doi :10.1148/radiology.205.3.9393547. PMID  9393547.
  15. ^ Лозе, Иоахим; Зангль, Стефани; Гросс, Рита; Генш, Карл-Отто; Дойбзер, Отмар (сентябрь 2007 г.). «Адаптация к научно-техническому прогрессу Директивы Приложения II 2000/53/EC» (PDF) . Европейская комиссия . Проверено 11 сентября 2009 г.
  16. ^ Maile, Frank J.; Pfaff, Gerhard; Reynders, Peter (2005). «Эффектные пигменты — прошлое, настоящее и будущее». Progress in Organic Coatings . 54 (3): 150. doi :10.1016/j.porgcoat.2005.07.003.
  17. ^ Пфафф, Герхард (2008). Пигменты со специальными эффектами: Технические основы и применение. Vincentz Network GmbH. стр. 36. ISBN 978-3-86630-905-0.
  18. ^ Б. Гюнтер «Неорганические цветные пигменты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм, 2012.
  19. ^ Madisch A, Morgner A, Stolte M, Miehlke S (декабрь 2008 г.). «Варианты исследовательского лечения при микроскопическом колите». Экспертное мнение об исследуемых препаратах . 17 (12): 1829–37. doi :10.1517/13543780802514500. PMID  19012499. S2CID  72294495.
  20. ^ Merck Index , 11-е издание, 1299
  21. ^ Гордон, Роберт Б.; Ратледж, Джон В. (1984). «Висмутовая бронза из Мачу-Пикчу, Перу». Science . 223 (4636). Американская ассоциация содействия развитию науки: 585–586. Bibcode :1984Sci...223..585G. doi :10.1126/science.223.4636.585. JSTOR  1692247. PMID  17749940. S2CID  206572055.
  22. ^ ab Roessler, G. (2007). "Почему 210Po?" (PDF) . Health Physics News . Vol. 35, no. 2. Health Physics Society . Архивировано (PDF) из оригинала 2014-04-03 . Получено 2019-06-20 .
  23. ^ "Швейцарское исследование: в костях Арафата обнаружен полоний". Al Jazeera . Получено 2013-11-07 .
  24. ^ Карвальо, Ф.; Фернандес, С.; Фесенко, С.; Холм, Э.; Ховард, Б.; Мартин, П.; Фанеф, П.; Порчелли, Д.; Прёль, Г.; Твининг, Дж. (2017). Поведение полония в окружающей среде . Серия технических отчетов. Том 484. Вена: Международное агентство по атомной энергии. стр. 22. ISBN 978-92-0-112116-5. ISSN  0074-1914.
  25. ^ Barton, GW; Ghiorso, A .; Perlman, I. (1951). «Радиоактивность изотопов астата». Physical Review . 82 (1): 13–19. Bibcode : 1951PhRv...82...13B. doi : 10.1103/PhysRev.82.13. hdl : 2027/mdp.39015086480574. (требуется подписка)
  26. ^ Larsen, RH; Wieland, BW; Zalutsky, MRJ (1996). «Оценка внутренней циклотронной мишени для производства 211 At через реакцию 209 Bi (α,2n) 211 At». Applied Radiation and Isotopes . 47 (2): 135–143. doi :10.1016/0969-8043(95)00285-5. PMID  8852627.
  27. ^ Нефедов, В.Д.; Норсеев, Ю. В.; Торопова, М.А.; Халкин, Владимир Алексеевич (1968). «Астат». Российское химическое обозрение . 37 (2): 87–98. Бибкод : 1968RuCRv..37...87N. doi : 10.1070/RC1968v037n02ABEH001603. S2CID  250775410. (требуется подписка)
  28. ^ Aleklett, K.; Morrissey, D.; Loveland, W.; McGaughey, P.; Seaborg, G. (1981). "Энергетическая зависимость фрагментации 209 Bi в релятивистских ядерных столкновениях". Physical Review C. 23 ( 3): 1044. Bibcode : 1981PhRvC..23.1044A. doi : 10.1103/PhysRevC.23.1044.
  29. ↑ Мэтьюз, Роберт (2 декабря 2001 г.). «Философский камень». The Daily Telegraph . Получено 22 сентября 2020 г.
  30. ^ аб Мюнценберг; Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; Рейсдорф, В.; Шмидт, К.Х.; Шнайдер, JHR; Армбрустер, П.; Сам, CC; Тума, Б. (1981). «Идентификация элемента 107 по α-корреляционным цепочкам». З. Физ. А.​ 300 (1): 107–108. Бибкод : 1981ZPhyA.300..107M. дои : 10.1007/BF01412623. S2CID  118312056.
  31. ^ Хессбергер, ФП; Мюнценберг, Г.; Хофманн, С.; Агарвал, ЮК; Поппенсикер, К.; Рейсдорф, В.; Шмидт, К.-Х.; Шнайдер, JRH; Шнайдер, WFW; Шотт, HJ; Армбрустер, П.; Тума, Б.; Сам, К.-К.; Вермюлен, Д. (1985). «Новые изотопы 258 105, 257 105, 254 Lr и 253 Lr». З. Физ. А.​ 322 (4): 4. Бибкод : 1985ZPhyA.322..557H. дои : 10.1007/BF01415134. S2CID  100784990.
  32. ^ FP Hessberger; Hofmann, S.; Ackermann, D.; Ninov, V.; Leino, M.; Münzenberg, G.; Saro, S.; Lavrentev, A.; Popeko, AG; Yeremin, AV; Stodel, Ch. (2001). "Decay properties of neutron-deficient isotopes 256,257Db,255Rf, 252,253Lr". Eur. Phys. J. A. 12 ( 1): 57–67. Bibcode :2001EPJA...12...57H. doi :10.1007/s100500170039. S2CID  117896888. Архивировано из оригинала 2002-05-10.
  33. ^ Леппянен, А.-П. (2005). Исследования альфа-распада и маркировки распада тяжелых элементов с использованием сепаратора RITU (PDF) (диссертация). Университет Ювяскюля. С. 83–100. ISBN 978-951-39-3162-9. ISSN  0075-465X.
  34. ^ Nelson, S.; Gregorich, K.; Dragojević, I.; Garcia, M.; Gates, J.; Sudowe, R.; Nitsche, H. (2008). "Самый легкий изотоп Bh, полученный в результате реакции Bi209(Cr52,n)Bh260". Physical Review Letters . 100 (2): 22501. Bibcode : 2008PhRvL.100b2501N. doi : 10.1103/PhysRevLett.100.022501. PMID  18232860. S2CID  1242390.
  35. ^ Мюнценберг, Г.; и др. (1982). «Наблюдение одного коррелированного α-распада в реакции 58 Fe на 209 Bi → 267 109». Zeitschrift für Physik A. 309 (1): 89–90. Бибкод : 1982ZPhyA.309...89M. дои : 10.1007/BF01420157. S2CID  120062541.
  36. ^ Мюнценберг, Г.; Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; и др. (1988). «Новые результаты по элементу 109». Zeitschrift für Physik A. 330 (4): 435–436. Бибкод : 1988ZPhyA.330..435M. дои : 10.1007/BF01290131. S2CID  121364541.
  37. ^ Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; Нинов В.; и др. (1997). «Функция возбуждения для производства 265 108 и 266 109». Zeitschrift für Physik A. 358 (4): 377–378. Бибкод : 1997ZPhyA.358..377H. дои : 10.1007/s002180050343. S2CID  124304673.
  38. ^ Хофманн, С.; Нинов В.; Хессбергер, ФП; Армбрустер, П.; Фолджер, Х.; Мюнценберг, Г.; Шотт, HJ; Попеко, АГ; и др. (1995). «Новый элемент 111». Zeitschrift für Physik A. 350 (4): 281–282. Бибкод : 1995ZPhyA.350..281H. дои : 10.1007/BF01291182. S2CID  18804192.
  39. ^ Хофманн, С.; Хессбергер, Ф. П.; Аккерманн, Д.; Мюнценберг, Г.; Анталич, С.; Кагарда, П.; Киндлер, Б.; Кожухарова, Дж.; и др. (2002). «Новые результаты по элементам 111 и 112». The European Physical Journal A. 14 ( 2): 147–157. Bibcode : 2002EPJA...14..147H. doi : 10.1140/epja/i2001-10119-x. S2CID  8773326.
  40. ^ Морита, К.; Моримото, КК; Кадзи, Д.; Гото, С.; Хаба, Х.; Идегути, Э.; Канунго, Р.; Катори, К.; Кура, Х.; Кудо, Х.; Ониши, Т.; Озава, А.; Питер, Джей Си; Суда, Т.; Суэки, К.; Танихата, И.; Токанай, Ф.; Сюй, Х.; Еремин А.В.; Йонеда, А.; Ёсида, А.; Чжао, Ю.-Л.; Чжэн, Т. (2004). «Состояние исследований тяжелых элементов с использованием GARIS в RIKEN». Ядерная физика А . 734 : 101–108. Бибкод : 2004NuPhA.734..101M. doi :10.1016/j.nuclphysa.2004.01.019.
  41. ^ Морита, Косуке; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Акияма, Такахиро; Гото, Син-Ичи; Хаба, Хиромицу; Идегути, Эйдзи; Канунго, Ритупарна; и др. (2004). «Опыт по синтезу элемента 113 в реакции 209 Bi( 70 Zn, n) 278 113». Журнал Физического общества Японии . 73 (10): 2593–2596. Бибкод : 2004JPSJ...73.2593M. дои : 10.1143/JPSJ.73.2593.
  42. ^ Барбер, Роберт К.; Кароль, Пол Дж.; Накахара, Хиромичи; Вардачи, Эмануэле; Фогт, Эрих В. (2011). «Открытие элементов с атомными номерами, большими или равными 113 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 83 (7): 1485. doi : 10.1351/PAC-REP-10-05-01 .
  43. ^ К. Морита; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Хаба, Хиромицу; Озэки, Кадзутака; Кудо, Юки; Сумита, Такаюки; Вакабаяси, Ясуо; Йонеда, Акира; Танака, Кенго; и др. (2012). «Новые результаты образования и распада изотопа 278 113 113-го элемента». Журнал Физического общества Японии . 81 (10): 103201. arXiv : 1209.6431 . Бибкод : 2012JPSJ...81j3201M. дои : 10.1143/JPSJ.81.103201. S2CID  119217928.
  44. ^ abcd Бербидж, EM; Бербидж, GR; Фаулер, WA; Хойл, F. (1957). «Синтез элементов в звездах». Reviews of Modern Physics . 29 (4): 547–650. Bibcode :1957RvMP...29..547B. doi : 10.1103/RevModPhys.29.547 .
  45. ^ Чейссон, Эрик и Стив Макмиллан. Astronomy Today. 6-е изд. Сан-Франциско: Pearson Education, 2008.
  46. ^ ab Peppard, DF; Mason, GW; Gray, PR; Mech, JF (1952). "Встреча ряда (4n + 1) в природе" (PDF) . Журнал Американского химического общества . 74 (23): 6081–6084. doi :10.1021/ja01143a074.
  47. ^ CR Hammond (2004). Элементы, в Handbook of Chemistry and Physics (81-е изд.). CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  48. ^ "Дымовые извещатели и америций". Информационный документ по ядерным вопросам . 35. Uranium Information Centre . Май 2002. Архивировано из оригинала 3 марта 2008. Получено 2 сентября 2022 .{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )