stringtranslate.com

Калий-40

Калий-40 ( 40 К ) — радиоактивный изотоп калия , имеющий длительный период полураспада — 1,25 миллиарда лет. Он составляет около 0,012% (120 ppm ) от общего количества калия, встречающегося в природе.

Калий-40 подвергается трем типам радиоактивного распада . Примерно в 89,28% событий он распадается до кальция-40 ( 40 Са) с испусканием бета-частицы (β- , электрона ) с максимальной энергией 1,31  МэВ и антинейтрино . Примерно в 10,72% случаев он распадается до аргона-40 ( 40 Ar) путем электронного захвата (EC) с испусканием нейтрино , а затем гамма-излучения с энергией 1,460 МэВ . [Примечание 1] Радиоактивный распад этого конкретного изотопа объясняет большое содержание аргона (почти 1%) в атмосфере Земли , а также преобладание 40 Ar над другими изотопами . Очень редко (0,001% событий) он распадается до 40 Ar с испусканием позитрона (β + ) и нейтрино. [1]

Калий-аргоновое датирование

Схема распада

Калий-40 особенно важен при датировании калием-аргоном (K-Ar). Аргон — газ, который обычно не соединяется с другими элементами. Итак, когда образуется минерал – будь то из расплавленной породы или из растворенных в воде веществ – он изначально не содержит аргона, даже если в жидкости есть некоторое количество аргона. Однако если минерал содержит калий, то распад присутствующего изотопа 40 К приведет к образованию свежего аргона-40, который останется заблокированным в минерале. Поскольку скорость, с которой происходит это превращение, известна, можно определить время, прошедшее с момента образования минерала, измеряя соотношение содержащихся в нем атомов 40 К и 40 Ar.

Аргон, содержащийся в атмосфере Земли, на 99,6% состоит из 40 Ar; тогда как аргон на Солнце – и, предположительно, в первичном материале, который конденсировался в планеты – в основном состоит из 36 Ar и менее 15% из 38 Ar. Отсюда следует, что большая часть земного аргона образуется из калия-40, который распался на аргон-40, который в конечном итоге улетел в атмосферу.

Вклад в естественную радиоактивность

Эволюция радиогенного теплового потока мантии Земли с течением времени: вклад 40 К (желтый цвет).

Радиоактивный распад 40 К в мантии Земли занимает третье место после 232 Th и 238 U как источник радиогенного тепла . Ядро также, вероятно, содержит радиогенные источники, хотя их количество неясно. Было высказано предположение, что значительная радиоактивность активной зоны (1–2 ТВт) может быть вызвана высокими уровнями U, Th и K. [2] [3]

Калий-40 является крупнейшим источником естественной радиоактивности у животных, включая человека. В организме человека массой 70 кг содержится около 140 г калия, следовательно, около 140 г × 0,0117% ≈ 16,4 мг 40 К ; [4] чей распад производит от 3850 [5] до 4300 распадов в секунду ( беккерель ) непрерывно на протяжении всей жизни человека. [Примечание 2] [6]

Банановый эквивалент дозы

Калий-40 известен тем, что используется в банановом эквиваленте дозы — неофициальной единице измерения, которая в основном используется в общих образовательных учреждениях для сравнения радиоактивных доз с количеством, полученным при употреблении одного банана . Радиоактивная доза от употребления одного банана обычно составляет 10 -7  зивертов , или 0,1 микрозиверта, что составляет 1% от ежедневного поступления радиоактивных веществ среднестатистическим американцем. [7]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Этот фотон назывался бы рентгеновским лучом , если бы он испускался электроном. В ядерной физике принято называть фотоны в соответствии с их происхождением, а не с их энергией. Фотоны высокой энергии, образующиеся в результате электрических переходов, называются «рентгеновскими лучами», а фотоны, испускаемые атомными ядрами, называются « гамма-лучами », независимо от их энергии.
  2. ^ Число радиоактивных распадов в секунду в данной массе 40 К равно количеству атомов в этой массе, разделенное на среднее время жизни атома с температурой 40 К в секундах. Число атомов в одном грамме 40 К — это константа Авогадро. 6,022 × 10 23  моль -1 , разделенное на атомную массу калия-40 (39,96 г/моль), что составляет около0,1507 × 10 23 на грамм. Как и при любом экспоненциальном распаде , среднее время жизни равно периоду полураспада, делённому на натуральный логарифм 2, или примерно56,82 × 10 15 секунд.

Рекомендации

  1. ^ Энгелькемейр, Д.В.; Флинн, К.Ф.; Гленденин, Л.Е. (1962). «Позитронная эмиссия при распаде К 40 ». Физический обзор . 126 (5): 1818. Бибкод : 1962PhRv..126.1818E. doi : 10.1103/PhysRev.126.1818.
  2. ^ Волерс, А.; Вуд, Би Джей (2015). «Похожий на Меркурий компонент ранней Земли дает уран в ядре и верхнюю мантию 142Nd». Природа . 520 (7547): 337–340. Бибкод : 2015Natur.520..337W. дои : 10.1038/nature14350. ПМЦ 4413371 . ПМИД  25877203. 
  3. ^ Мурти, В. Рама; Ван Вестренен, Вим; Фей, Инвэй (2003). «Экспериментальные доказательства того, что калий является важным источником радиоактивного тепла в ядрах планет». Природа . 423 (6936): 163–5. Бибкод : 2003Natur.423..163M. дои : 10.1038/nature01560. PMID  12736683. S2CID  4430068.
  4. ^ «Радиоактивное человеческое тело». Демонстрации лекций по естественным наукам в Гарварде .
  5. ^ Коннор, Ник. «Что такое калий-40 – Характеристики – Период полураспада – Определение». Радиационная дозиметрия .
  6. ^ Бин Самат, С.; Грин, С.; Беддоу, АХ (1997). « Активность одного грамма калия при 40 К». Физика в медицине и биологии . 42 (2): 407–13. Бибкод : 1997PMB....42..407S. дои : 10.1088/0031-9155/42/2/012. PMID  9044422. S2CID  250778838.
  7. ↑ Ник Коннор (14 декабря 2019 г.). «Что такое банановый эквивалент доза – BED – Определение». Радиационная дозиметрия .

Внешние ссылки