stringtranslate.com

Изотопы никеля

Встречающийся в природе никель ( 28 Ni) состоит из пяти стабильных изотопов ;58
Ни
,60
Ни
,61
Ни
,62Нии64
Ни
, с58
Ни
будучи наиболее распространенным (68,077% естественного содержания ). [4] 26 радиоизотопов были охарактеризованы, причем наиболее стабильным является59
Ни
с периодом полураспада 76 000 лет,63
Ни
с периодом полураспада 100,1 года, и56
Ни
с периодом полураспада 6,077 дней. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 60 часов, и большинство из них имеют период полураспада менее 30 секунд. Этот элемент также имеет 8 метасостояний .

Список изотопов

  1. ^ m Ni – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) приводится в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # – Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не из чисто экспериментальных данных, а, по крайней мере, частично из тенденций от поверхности массы (TMS).
  4. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  5. ^ Способы распада:
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ Считается, что распадается по схеме β + β + до58
    Фе
    с периодом полураспада более 7×10 20 лет
  9. ^ Самая высокая энергия связи на нуклон среди всех нуклидов

Известные изотопы

Известные изотопы никеля имеют массовые числа от48
Ни
к82
Ни
, и включают в себя: [9]

Никель-48 , открытый в 1999 году, является самым бедным нейтронами изотопом никеля из известных. С 28 протонами и 20 нейтронами 48
Ни
это " вдвойне магия " (как208
свинец
) и, следовательно, гораздо более стабилен (с нижним пределом его периода полураспада 0,5 мкс), чем можно было бы ожидать, исходя из его положения в таблице нуклидов. [10] Он имеет самое высокое отношение протонов к нейтронам (избыток протонов) среди всех известных дважды магических нуклидов. [11]

Никель-56 производится в больших количествах в сверхновых. На последних этапах звездной эволюции очень больших звезд ядерный синтез более легких элементов, таких как водород и гелий, подходит к концу. Позже в жизненном цикле звезды такие элементы, как магний, кремний и сера, сливаются, образуя более тяжелые элементы. Как только последние реакции ядерного синтеза прекращаются, звезда коллапсирует, образуя сверхновую . Во время сверхновой горение кремния производит 56 Ni. Этот изотоп никеля является предпочтительным, поскольку он имеет равное количество нейтронов и протонов, что делает его легко производимым путем слияния двух атомов 28 Si . 56 Ni является последним элементом, который может быть образован в альфа-процессе . После 56 Ni ядерные реакции были бы эндоэргическими и энергетически невыгодными. После образования 56 Ni он впоследствии распадается на 56 Co , а затем на 56 Fe путем β+-распада . [12] Радиоактивный распад 56  Ni и 56 Co обеспечивает большую часть энергии для кривых блеска , наблюдаемых для звездных сверхновых . [13] Форма кривой блеска этих сверхновых демонстрирует характерные временные шкалы, соответствующие распаду 56 Ni до 56 Co , а затем до 56 Fe .

Никель-58 является наиболее распространенным изотопом никеля, составляя 68,077% от естественного содержания . Возможные источники включают захват электронов из меди-58 и EC + p из цинка-59 .

Никель-59 — долгоживущий космогенный радионуклид с периодом полураспада 76 000 лет.59
Ни
нашел широкое применение в изотопной геологии .59
Ни
использовался для датирования земного возраста метеоритов и определения содержания внеземной пыли во льду и осадках .

Никель-60 является дочерним продуктом вымершего радионуклида 60Фе(период полураспада = 2,6 млн лет). Потому что60
Фе
имел такой длительный период полураспада, его сохранение в материалах Солнечной системы в достаточно высоких концентрациях могло привести к наблюдаемым изменениям в изотопном составе60
Ни
. Поэтому обилие60
Ни
присутствующий во внеземном материале может дать представление о происхождении Солнечной системы и ее ранней истории/очень ранней истории. К сожалению, изотопы никеля, по-видимому, были неоднородно распределены в ранней Солнечной системе. Поэтому до сих пор не получено никакой фактической информации о возрасте60
Ни
излишества.60
Ни
также является стабильным конечным продуктом распада60
Zn
, продукт последней ступени альфа-лестницы. Другие источники могут также включать бета-распад от кобальта-60 и захват электронов от меди-60 .

Никель-61 — единственный стабильный изотоп никеля с ядерным спином (I = 3/2), что делает его полезным для исследований методом ЭПР-спектроскопии . [14]

Никель-62 имеет самую высокую энергию связи на нуклон среди всех изотопов для любого элемента, если учитывать электронную оболочку в расчете. При образовании этого изотопа выделяется больше энергии, чем любого другого, хотя в результате синтеза могут образовываться более тяжелые изотопы. Например, два40Caатомы могут сливаться, образуя80Крплюс 4 позитрона (плюс 4 нейтрино), высвобождая 77 кэВ на нуклон, но реакции, ведущие к области железа/никеля, более вероятны, поскольку они высвобождают больше энергии на барион.

Никель-63 имеет два основных применения: обнаружение следов взрывчатых веществ и в некоторых видах электронных устройств, таких как газоразрядные трубки, используемые в качестве устройств защиты от перенапряжения . Устройство защиты от перенапряжения — это устройство, которое защищает чувствительное электронное оборудование, такое как компьютеры, от внезапных изменений в электрическом токе, протекающем в них. Он также используется в детекторе захвата электронов в газовой хроматографии для обнаружения в основном галогенов. Его предлагается использовать для миниатюрных бета-вольтаических генераторов для кардиостимуляторов.

Никель-64 — еще один стабильный изотоп никеля. Возможные источники включают бета-распад кобальта -64 и захват электронов медью-64 .

Никель-78 является одним из самых тяжелых известных изотопов элемента. С 28 протонами и 50 нейтронами никель-78 является вдвойне магическим, что приводит к гораздо большей ядерной энергии связи и стабильности, несмотря на неравномерное отношение нейтронов к протонам . Его период полураспада составляет 122 ± 5,1 миллисекунды. [15] Вследствие своего магического числа нейтронов никель-78, как полагают, играет важную роль в нуклеосинтезе сверхновых элементов тяжелее железа. [16] Считается, что 78 Ni, наряду с изотонами N  = 50 79 Cu и 80 Zn, составляют точку ожидания в r -процессе , где дальнейший захват нейтронов задерживается зазором оболочки, и в результате происходит накопление изотопов около A  = 80. [17]

Ссылки

  1. ^ abcde Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "Оценка ядерных свойств NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Стандартные атомные веса: никель". CIAAW . 2007.
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (4 мая 2022 г.). "Стандартные атомные веса элементов 2021 г. (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ "Изотопы элемента никеля". Научное образование . Лаборатория Джефферсона.
  5. ^ Ван, Мэн; Хуан, ВДж; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки*». Chinese Physics C. 45 ( 3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  6. ^ Sur, Bhaskar; Norman, Eric B.; Lesko, KT; Browne, Edgardo; Larimer, Ruth-Mary (1 августа 1990 г.). «Повторное исследование распада Ni 56». Physical Review C. 42 ( 2): 573–580. doi :10.1103/PhysRevC.42.573.
  7. ^ I. Gresits; S. Tölgyesi (сентябрь 2003 г.). «Определение изотопов, излучающих мягкое рентгеновское излучение, в жидких радиоактивных отходах атомных электростанций». Журнал радиоаналитической и ядерной химии . 258 (1): 107–112. doi :10.1023/A:1026214310645. S2CID  93334310.
  8. ^ Аб Жиро, С.; Канете, Л.; Бастин, Б.; Канкайнен, А.; Фантина, А.Ф.; Гульминелли, Ф.; Ашер, П.; Эронен, Т.; Жирар-Альсиндор, В.; Йокинен, А.; Ханам, А.; Мур, ID; Нестеренко Д.А.; де Оливейра Сантос, Ф.; Пенттиля, Х.; Петроне, К.; Похьялайнен, И.; Де Рубен, А.; Рубченя, В.А.; Вилен, М.; Эйсто, Дж. (октябрь 2022 г.). «Измерения массы в направлении двойной магии 78Ni: гидродинамика и вклад ядерной массы в сверхновые с коллапсом ядра». Буквы по физике Б. 833 : 137309. doi :10.1016/j.physletb.2022.137309.
  9. ^ "Новые нуклиды впервые включены в оценку 2017 года" (PDF) . Проект "Открытие нуклидов". 22 декабря 2018 г. . Получено 22 мая 2018 г. .
  10. ^ "Открытие дважды магического никеля". CERN Courier . 15 марта 2000 г. Получено 2 апреля 2013 г.
  11. ^ "Twice-magic metal дебютирует | Новости науки | Найти статьи". Архивировано из оригинала 24 мая 2012 года.
  12. ↑ Umeda, Hideyuki; Nomoto, Ken'ichi (1 февраля 2008 г.). «Сколько 56Ni может быть произведено в сверхновых с коллапсом ядра? Эволюция и взрывы звезд массой 30–100M⊙». The Astrophysical Journal . 673 (2): 1014–1022 – через The Institute of Physics (IOP).
  13. ^ Буше, П.; Данцигер, И.Дж.; Люси, Л.Б. (сентябрь 1991 г.). «Болометрическая кривая блеска SN 1987A: результаты с 616-го по 1316-й день после вспышки». The Astronomical Journal . 102 (3): 1135–1146 – через Astrophysics Data System.
  14. ^ Морис ван Гастель; Вольфганг Любиц (2009). «ЭПР-исследование гидрогеназ [NiFe]». В Грэме Хэнсоне; Лоуренс Берлинер (ред.). ЭПР высокого разрешения: применение металлоферментов и металлов в медицине . Дордрехт: Спрингер. стр. 441–470. ISBN 9780387848563.
  15. ^ Базен, Д. (2017). «Точка зрения: двойной магический никель». Физика . 10 (121): 121. doi : 10.1103/Физика.10.121 .
  16. ↑ Davide Castelvecchi (22 апреля 2005 г.). «Ускорители атомов проливают свет на сверхновые и Большой взрыв». Sky & Telescope .
  17. ^ Pereira, J.; Aprahamian, A.; Arndt, O.; Becerril, A.; Elliot, T.; Estrade, A.; Galaviz, D.; Hennrich, S.; Hosmer, P.; Kessler, R.; Kratz, K.-L.; Lorusso, G.; Mantica, PF; Matos, M.; Montes, F.; Santi, P.; Pfeiffer, B.; Quinn, M.; Schatz, H.; Schertz, F.; Schnorrenberger, L.; Smith, E.; Tomlin, BE; Walters, W.; Wöhr, A. (2009). Исследования бета-распада ядер r-процесса в Национальной сверхпроводящей циклотронной лаборатории . 10-й симпозиум по ядрам в космосе . Остров Макино. arXiv : 0901.1802 .