stringtranslate.com

Изотопы азота

Природный азот ( 7N ) состоит из двух стабильных изотопов : подавляющее большинство (99,6%) природного азота — это азот-14 , а остальная часть — азот-15 . Известно также тринадцать радиоизотопов с атомными массами от 9 до 23, а также три ядерных изомера . Все эти радиоизотопы являются короткоживущими, самым долгоживущим является азот-13 с периодом полураспада9,965(4) мин . Все остальные имеют период полураспада менее 7,15 секунд, причем большинство из них менее 620 миллисекунд. Большинство изотопов с атомными массовыми числами менее 14 распадаются на изотопы углерода , тогда как большинство изотопов с массами более 15 распадаются на изотопы кислорода . Самый короткоживущий известный изотоп — азот-10 с периодом полураспада143(36)  йоктосекунд , хотя период полураспада азота-9 точно не измерен.

Список изотопов

  1. ^ m N – 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. ^ Способы распада:
  5. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  6. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  7. ^ # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  8. ^ Распады с испусканием протонов на8
    С
    , который немедленно испускает два протона, образуя6
    Быть
    , который в свою очередь испускает два протона, образуя стабильные4
    Он
    [5]
  9. ^ abcd Показанный режим распада энергетически разрешен, но его возникновение в этом нуклиде экспериментально не наблюдалось.
  10. ^ Немедленно распадается на две альфа-частицы в результате реакции 12 N → 3  4 He + e + .
  11. ^ Используется в позитронно-эмиссионной томографии.
  12. ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер
  13. ^ Самый тяжелый связанный с частицами изотоп азота, см. Ядерная капельная линия

Азот-13

Азот-13 и кислород-15 образуются в атмосфере, когда гамма-лучи (например, от молнии ) выбивают нейтроны из азота-14 и кислорода-16:

14 Н + γ → 13 Н + н
16 О + γ → 15 О + н

Образующийся в результате азот-13 распадается с периодом полураспада9.965(4) мин до углерода-13, испуская позитрон . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, производя два гамма-луча около511 кэВ . После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада в десять минут, но эти низкоэнергетические гамма-лучи проходят в среднем всего около 90 метров по воздуху, поэтому их можно обнаружить только в течение минуты или около того, пока «облако» 13 N и 15 O проплывает мимо, переносимое ветром. [7]

Азот-14

Азот-14 — один из двух стабильных ( нерадиоактивных ) изотопов химического элемента азота , составляющего около 99,636% природного азота.

Азот-14 — один из немногих стабильных нуклидов с нечетным числом протонов и нейтронов (по семь каждого) и единственный, который составляет большую часть своего элемента. Каждый протон или нейтрон вносит ядерный спин плюс или минус спин 1/2 , что дает ядру полный магнитный спин , равный единице.

Предполагается , что первоначальным источником азота-14 и азота-15 во Вселенной является звездный нуклеосинтез , где они образуются в ходе цикла CNO .

Азот-14 является источником естественного радиоактивного углерода-14 . Некоторые виды космического излучения вызывают ядерную реакцию с азотом-14 в верхних слоях атмосферы Земли, создавая углерод-14, который распадается обратно на азот-14 с периодом полураспада5700(30) лет .

Азот-15

Азот-15 — редкий стабильный изотоп азота . Два источника азота-15 — это 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 ( спектроскопия ЯМР азота-15 ). В отличие от более распространенного азота-14, который имеет целый ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент , 15N 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 .

Азот-16

Радиоизотоп 16N является доминирующим радионуклидом в теплоносителе реакторов с водой под давлением или реакторов с кипящей водой во время нормальной эксплуатации. Он производится из 16O (в воде) посредством реакции (n,p) , в которой атом 16O захватывает нейтрон и испускает протон. Он имеет короткий период полураспада около 7,1 с, [4] но его распад обратно до 16O производит высокоэнергетическое гамма-излучение (от 5 до 7 МэВ). [4] [10] Из-за этого доступ к трубопроводу первичного теплоносителя в реакторе с водой под давлением должен быть ограничен во время работы реактора на мощности. [10] Это чувствительный и непосредственный индикатор утечек из первичной системы теплоносителя во вторичный паровой цикл и является основным средством обнаружения таких утечек. [10]

Изотопные сигнатуры

Ссылки

  1. ^ "Стандартные атомные веса: Азот". CIAAW . 2009.
  2. ^ 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 (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  3. ^ 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.
  4. ^ abcdef 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.
  5. ^ abc Cho, Adrian (25 сентября 2023 г.). «Мимолетная форма азота расширяет ядерную теорию до ее пределов». science.org . Получено 27 сентября 2023 г. .
  6. ^ ab "Атомный вес азота | Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам". ciaaw.org . Получено 2022-02-26 .
  7. ^ Teruaki Enoto; et al. (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции, вызванные разрядом молнии». Nature . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID  29168803. S2CID  4388159.
  8. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics (64-е изд.). 1983–1984. стр. B-234.
  9. ^ "Извлечение и построение файла оцененных ядерных данных (ENDF)". Национальный центр ядерных данных.
  10. ^ abc Neeb, Karl Heinz (1997). Радиохимия атомных электростанций с легководными реакторами. Берлин-Нью-Йорк: Walter de Gruyter. стр. 227. ISBN 978-3-11-013242-7. Архивировано из оригинала 2016-02-05 . Получено 2015-12-20 .