В физике естественное изобилие ( NA) относится к изотопам химического элемента , которые естественным образом встречаются на планете . Относительная атомная масса (средневзвешенное значение, взвешенное по показателям содержания мольных долей ) этих изотопов представляет собой атомный вес, указанный для элемента в таблице Менделеева . Распространенность изотопа варьируется от планеты к планете и даже от места к месту на Земле, но остается относительно постоянной во времени (в краткосрочном масштабе).
Например, уран имеет три встречающихся в природе изотопа : 238 U, 235 U и 234 U. Их соответствующие природные мольные доли составляют 99,2739–99,2752%, 0,7198–0,7202% и 0,0050–0,0059%. [1] Например, если проанализировать 100 000 атомов урана, можно было бы ожидать найти около 99 274 атомов 238 U, примерно 720 атомов 235 U и очень мало (скорее всего, 5 или 6) атомов 234 U. Это связано с тем, что 238 U гораздо более стабилен, чем 235 U или 234 U, как показывает период полураспада каждого изотопа: 4,468 × 10 9 лет для 238 U по сравнению с 7,038 × 10 8 лет для 235 U и 245 500 лет для 234 U. .
Именно потому, что разные изотопы урана имеют разные периоды полураспада, когда Земля была моложе, изотопный состав урана был разным. Например, 1,7×10 9 лет назад ЧА 235 U составляла 3,1% по сравнению с сегодняшними 0,7%, и это позволило сформировать природный ядерный реактор деления , чего не может произойти сегодня.
Однако на естественное содержание данного изотопа также влияет вероятность его образования в ходе нуклеосинтеза (как в случае самария ; радиоактивных 147 Sm и 148 Sm гораздо больше, чем стабильного 144 Sm) и производства данного изотопа. как дочь природных радиоактивных изотопов (как в случае с радиогенными изотопами свинца ).
Благодаря изучению Солнца и примитивных метеоритов теперь известно, что Солнечная система изначально была почти однородной по изотопному составу. Отклонения от (развивающегося) галактического среднего значения, локально отобранного примерно в то время, когда началось ядерное горение Солнца, обычно можно объяснить массовым фракционированием (см. Статью о независимом от массы фракционировании ) плюс ограниченное количество процессов ядерного распада и трансмутации. [2] Есть также свидетельства попадания короткоживущих (ныне потухших) изотопов в результате взрыва близлежащей сверхновой, который мог спровоцировать коллапс солнечной туманности. [3] Следовательно, отклонения от естественной численности на Земле часто измеряются в частях на тысячу ( промилле или ‰), поскольку они составляют менее одного процента (%).
Исключение составляют пресолнечные зерна , обнаруженные в примитивных метеоритах. Эти маленькие зерна конденсировались в потоках эволюционировавших («умирающих») звезд и избежали процессов смешивания и гомогенизации в межзвездной среде и солнечном аккреционном диске (также известном как солнечная туманность или протопланетный диск). [4] [ необходимы разъяснения ] Как звездные конденсаты («звездная пыль»), эти зерна несут изотопные признаки конкретных процессов нуклеосинтеза, в которых были созданы их элементы. [5] В этих материалах отклонения от «естественной численности» иногда измеряются в 100 раз. [ нужна ссылка ] [4]
В следующей таблице приведены распределения земных изотопов некоторых элементов. Некоторые элементы, такие как фосфор и фтор , существуют только в виде одного изотопа с естественным содержанием 100%.