Природный азот ( 7 N) состоит из двух стабильных изотопов : подавляющее большинство (99,6%) встречающегося в природе азота — это азот-14 , а остальная часть — азот-15 . Также известны тринадцать радиоизотопов с атомной массой от 9 до 23, а также три ядерных изомера . Все эти радиоизотопы короткоживущие, самым долгоживущим из которых является азот-13 с периодом полураспада9,965(4) мин . Все остальные имеют период полураспада менее 7,15 секунды, причем у большинства из них он составляет менее 620 миллисекунд. Большинство изотопов с атомными массовыми числами ниже 14 распадаются на изотопы углерода , тогда как большинство изотопов с массами выше 15 распадаются на изотопы кислорода . Самый короткоживущий известный изотоп — азот-10, период полураспада которого составляет143(36) йоктосекунд , хотя период полураспада азота-9 точно не измерен.
Азот-13 и кислород-15 образуются в атмосфере, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из азота-14 и кислорода-16:
Образовавшийся в результате азот-13 распадается с периодом полураспада9,965(4) мин до углерода-13 с испусканием позитрона . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, образуя два гамма-излучения примерно511 кэВ . После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада в десять минут, но эти низкоэнергетические гамма-лучи в среднем проходят по воздуху всего около 90 метров, поэтому их можно обнаружить только в течение минуты или около того, поскольку Мимо проплывает «облако» 13 N и 15 O, подхваченное ветром. [7]
Азот-14 — один из двух стабильных ( нерадиоактивных ) изотопов химического элемента азота , составляющего около 99,636% природного азота.
Азот-14 — один из очень немногих стабильных нуклидов, имеющих как нечетное число протонов, так и нейтронов (по семь каждый), и единственный, который составляет большую часть своего элемента. Каждый протон или нейтрон вносит вклад в ядерный спин плюс или минус 1/2 , что дает ядру общий магнитный спин , равный единице.
Считается , что первоначальным источником азота-14 и азота-15 во Вселенной является звездный нуклеосинтез , где они производятся в рамках цикла CNO .
Азот-14 является источником встречающегося в природе радиоактивного углерода-14 . Некоторые виды космического излучения вызывают ядерную реакцию с азотом-14 в верхних слоях атмосферы Земли, образуя углерод-14, который распадается обратно на азот-14 с периодом полураспада5700(30) лет .
Азот-15 — редкий стабильный изотоп азота . Двумя источниками азота-15 являются позитронная эмиссия кислорода -15 [8] и бета-распад углерода -15 . Азот-15 имеет одно из самых низких сечений захвата тепловых нейтронов среди всех изотопов. [9]
Азот-15 часто используется в ЯМР ( ЯМР-спектроскопия азота-15 ). В отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент , 15 N имеет дробный ядерный спин, равный половине, что дает преимущества для ЯМР, такие как более узкая ширина линии.
Отслеживание азота-15 — это метод, используемый для изучения азотного цикла .
Радиоизотоп 16 N является преобладающим радионуклидом в теплоносителе водо-водяных реакторов или реакторов с кипящей водой при нормальной эксплуатации. Он производится из 16 O (в воде) посредством реакции (n,p) , в которой атом 16 O захватывает нейтрон и выбрасывает протон. Он имеет короткий период полураспада, около 7,1 с [4] , но его распад до 16 O приводит к высокоэнергетическому гамма-излучению (от 5 до 7 МэВ). [4] [10] Из-за этого доступ к трубопроводу первого контура в водо-водяном реакторе должен быть ограничен во время работы реактора на мощности. [10] Это чувствительный и немедленный индикатор утечек из системы теплоносителя первого контура во вторичный паровой цикл, а также основное средство обнаружения таких утечек. [10]