Изотопы свинца

Изотопы свинца

Свинец ( ₈₂ Pb) имеет четыре стабильных изотопа : ²⁰⁴ Pb, ²⁰⁶ Pb, ²⁰⁷ Pb, ²⁰⁸ Pb. Свинец-204 является полностью первичным нуклидом и не является радиогенным нуклидом . Три изотопа свинец-206, свинец-207 и свинец-208 представляют собой концы трех цепочек распада : серии урана (или серии радия), серии актиния и серии тория соответственно; четвертая цепочка распада, серия нептуния , заканчивается изотопом таллия ²⁰⁵ Tl. Три ряда, оканчивающиеся свинцом, представляют собой продукты цепочки распада долгоживущих первичных ²³⁸ U , ²³⁵ U и ²³² Th . Каждый изотоп также в некоторой степени встречается в виде первичных изотопов, образовавшихся в сверхновых, а не в виде радиогенных дочерних продуктов. Фиксированное соотношение свинца-204 к первичным количествам других изотопов свинца можно использовать в качестве базовой линии для оценки дополнительных количеств радиогенного свинца, присутствующего в горных породах в результате распада урана и тория. (См. датирование свинец-свинец и датирование уран-свинец .)

Самыми долгоживущими радиоизотопами являются ²⁰⁵ Pb с периодом полураспада 17,3 миллиона лет и ²⁰² Pb с периодом полураспада 52 500 лет. Короткоживущий природный радиоизотоп ²¹⁰ Pb с периодом полураспада 22,2 года полезен для изучения хронологии седиментации проб окружающей среды во временных масштабах менее 100 лет. ^[5]

Относительное содержание четырех стабильных изотопов составляет примерно 1,5%, 24%, 22% и 52,5%, что в сумме дает стандартный атомный вес (средневзвешенное содержание стабильных изотопов) 207,2(1). Свинец — элемент с самым тяжелым стабильным изотопом ²⁰⁸ Pb. (Более массивный ²⁰⁹ Bi , долгое время считавшийся стабильным, на самом деле имеет период полураспада 2,01×10 ¹⁹ лет.) ²⁰⁸ Pb также является дважды магическим изотопом, поскольку имеет 82 протона и 126 нейтронов . ^[6] Это самый тяжелый из известных дву магических нуклидов. Всего сейчас известно 43 изотопа свинца, включая очень нестабильные синтетические виды.

Все четыре первичных изотопа свинца стабильны с точки зрения наблюдений , а это означает, что, по прогнозам, они подвергаются радиоактивному распаду, но никакого распада пока не наблюдалось. Предполагается, что эти четыре изотопа претерпят альфа-распад и станут изотопами ртути , которые сами по себе являются радиоактивными или стабильными с точки зрения наблюдений.

В полностью ионизованном состоянии бета-распад изотопа ²¹⁰ Pb не высвобождает свободный электрон; вместо этого сгенерированный электрон захватывается пустыми орбиталями атома. ^[7]

Список изотопов

1. ^м Pb - Возбужденный ядерный изомер .
2. ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
3. # - Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не на основе чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе трендов поверхности массы (TMS).
4. Способы распада:
5. Дочерний жирный курсив — дочерний продукт почти стабилен.
6. Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
7. ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
8. # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
9. Используется при свиданиях между лидерами и лидерами.
10. Предполагается, что он подвергается α-распаду до ²⁰⁰ Hg с периодом полураспада более 1,4 × 10 ²⁰ лет.
11. Конечный продукт распада цепочки распада 4n+2 ( ряд радия или урана )
12. Экспериментальная нижняя граница — годы; теоретическое время жизни α-распада до ²⁰² Hg составляет годы. ${\displaystyle \tau _{1/2}>2.5\times 10^{21}}$ ${\displaystyle >10^{65}}$
13. Конечный продукт распада цепочки распада 4n+3 ( серия актиния )
14. Экспериментальная нижняя граница — годы; теоретическое время жизни α-распада до ²⁰³ Hg составляет годы. ${\displaystyle \tau _{1/2}>1.9\times 10^{21}}$ ${\displaystyle >10^{152}}$
15. Самый тяжелый наблюдательно стабильный нуклид; конечный продукт распада цепочки распада 4n ( серия Тория )
16. Экспериментальная нижняя граница — годы; теоретическое время жизни α-распада до ²⁰⁴ Hg составляет годы. ${\displaystyle \tau _{1/2}>2.6\times 10^{21}}$ ${\displaystyle >10^{124}}$
17. Промежуточный продукт распада ²³⁷ Np
18. Промежуточный продукт ^{распада} 238 U
19. Промежуточный продукт распада ²³⁵ U
20. Промежуточный продукт распада 232 Th

Свинец-206

²⁰⁶ Pb является последней ступенью в цепочке распада ²³⁸ U , «ряда радия» или «ряда урана». В закрытой системе заданная масса ²³⁸ U с течением времени будет распадаться в последовательность этапов, кульминацией которых является ²⁰⁶ Pb. Производство промежуточных продуктов в конечном итоге достигает равновесия (хотя это занимает много времени, поскольку период полураспада ²³⁴ U составляет 245 500 лет). Как только эта стабилизированная система будет достигнута, соотношение ²³⁸ U и ²⁰⁶ Pb будет неуклонно уменьшаться, в то время как соотношения других промежуточных продуктов друг к другу останутся постоянными.

Как и большинство радиоизотопов, обнаруженных в ряду радия, ²⁰⁶ Pb первоначально назывался разновидностью радия, а именно радия G. Это продукт распада как ²¹⁰ Po (исторически называемого радием F ) в результате альфа-распада , так и гораздо более редкого ²⁰⁶ Tl ( радия E ^II ) в результате бета-распада .

Свинец-206 был предложен для использования в теплоносителе ядерного реактора деления на быстрых нейтронах вместо использования смеси природного свинца (которая также включает другие стабильные изотопы свинца) в качестве механизма улучшения нейтронной экономии и значительного подавления нежелательного образования высокорадиоактивных побочных продуктов. ^[13]

Свинец-204, -207 и -208

²⁰⁴ Pb является полностью первичным и поэтому полезен для оценки доли других изотопов свинца в данном образце, которые также являются первичными, поскольку относительные доли различных первичных изотопов свинца везде постоянны. ^[14] Таким образом, предполагается, что любой избыток свинца-206, -207 и -208 имеет радиогенное происхождение, ^[14] что позволяет использовать различные схемы датирования урана и тория для оценки возраста горных пород (времени с момента их образования) на основе об относительном содержании свинца-204 по отношению к другим изотопам.²⁰⁷ Pb — конец ряда актиния от ²³⁵ U.

²⁰⁸ Pb — конец ряда тория от ²³² Th . Хотя в большинстве мест на Земле он составляет лишь примерно половину состава свинца, его естественным содержанием можно найти в ториевых рудах с обогащением примерно до 90%. ^{[15] 208} Pb является самым тяжелым из известных стабильных нуклидов, а также самым тяжелым из известных дважды магических ядер, поскольку Z = 82 и N = 126 соответствуют закрытым ядерным оболочкам . ^[16] Вследствие этой особенно стабильной конфигурации его сечение захвата нейтронов очень низкое (даже ниже, чем у дейтерия в тепловом спектре), что делает его интересным для быстрых реакторов со свинцовым охлаждением .

Свинец-212

²¹² Радиофармацевтические препараты , содержащие свинец, были опробованы в качестве терапевтических средств для экспериментального лечения рака, направленной терапии альфа-частицами . ^[17]

Рекомендации

1. Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
2. Мейя и др. 2016.
3. «Стандартные атомные массы: свинец» . ЦИАВ . 2020.
4. Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (04 мая 2022 г.). «Стандартные атомные массы элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
5. Джетер, Хьюитт В. (март 2000 г.). «Определение возраста современных отложений с использованием измерений следов радиоактивности» (PDF) . Терра и Аква (78): 21–28. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 23 октября 2019 г.
6. Бланк, Б.; Риган, PH (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. дои : 10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
7. Такахаши, К; Бойд, Р.Н.; Мэтьюз, Дж. Дж.; Ёкои, К. (октябрь 1987 г.). «Бета-распад сильно ионизированных атомов в связанном состоянии». Физический обзор C . 36 (4): 1522–1528. Бибкод : 1987PhRvC..36.1522T. doi : 10.1103/PhysRevC.36.1522. ISSN  0556-2813. OCLC  1639677. PMID  9954244 . Проверено 20 ноября 2016 г. Как видно из таблицы I ( ¹⁸⁷ Re, ²¹⁰ Pb, ²²⁷ Ac и ²⁴¹ Pu), некоторые распады в состоянии континуума энергетически запрещены, когда атом полностью ионизован. Это происходит потому, что энергия связи атомов, высвобождаемая в результате ионизации, т. е. полная связь электронов в нейтральном атоме B _n , увеличивается с ростом Z . Если [ энергия распада ] Q _n < B _n ( Z +1)- B _n ( Z ) , β- распад в состоянии континуума энергетически запрещен.
8. Период полураспада, режим распада, ядерный спин и изотопный состав взяты из: Audi, G.; Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Бибкод : 2017ChPhC..41c0001A. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
   
9. Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003.
10. «Стандартные атомные веса: свинец». ЦИАВ . 2020.
11. Кун, В. (1929). «LXVIII. Рассеяние γ-излучения тория C радием G и обычным свинцом». The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science . 8 (52): 628. doi : 10.1080/14786441108564923.
12. Биман, JW; и другие. (2013). «Новые экспериментальные пределы альфа-распада изотопов свинца». Европейский физический журнал А. 49 (4): 50. arXiv : 1212.2422 . Бибкод : 2013EPJA...49...50B. дои : 10.1140/epja/i2013-13050-7. S2CID  254111888.
13. Хорасанов, Г.Л.; Иванов А.П.; Блохин, А.И. (2002). Проблема полония в свинцовых теплоносителях реакторов на быстрых нейтронах и один из путей ее решения. 10-я Международная конференция по атомной энергетике. стр. 711–717. doi : 10.1115/ICONE10-22330.
14. Вудс, Джорджия (ноябрь 2014 г.). Анализ изотопов свинца: удаление изобарных помех 204Hg из 204Pb с использованием ICP-QQQ в режиме МС/МС (PDF) (Отчет). Стокпорт, Великобритания: Agilent Technologies.
15. А.Ю. Смирнов; В.Д. Борисевич; А. Сулаберидзе (июль 2012 г.). «Оценка удельной стоимости получения изотопа свинца-208 газовыми центрифугами из различного сырья». Теоретические основы химической технологии . 46 (4): 373–378. дои : 10.1134/S0040579512040161. S2CID  98821122.
16. Бланк, Б.; Риган, PH (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. дои : 10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
17. Коков, К.В.; Егорова Б.В.; Немецкий, Миннесота; Клабуков И.Д.; Крашенинников М.Е.; Ларкин-Кондров А.А.; Маковеева К.А.; Овчинников М.В.; Сидорова, М.В.; Чувилин, Д.Ю. (2022). «212Pb: подходы к производству и применение таргетной терапии». Фармацевтика . 14 (1): 189. doi : 10.3390/pharmaceutics14010189 . ISSN  1999-4923. ПМЦ 8777968 . ПМИД  35057083. 

Источники

• Мейя, Юрис; и другие. (2016). «Атомные массы элементов 2013 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 88 (3): 265–91. дои : 10.1515/pac-2015-0305 .

Массы изотопов из:

• Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001

Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.

• Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
• Национальный центр ядерных данных . «База данных NuDat 2.x». Брукхейвенская национальная лаборатория .
• Холден, Норман Э. (2004). «11. Таблица изотопов». В Лиде, Дэвид Р. (ред.). Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.