stringtranslate.com

Изотопы азота

Природный азот ( 7 N) состоит из двух стабильных изотопов : подавляющее большинство (99,6%) встречающегося в природе азота — это азот-14 , а остальная часть — азот-15 . Также известны тринадцать радиоизотопов с атомной массой от 9 до 23, а также три ядерных изомера . Все эти радиоизотопы короткоживущие, самым долгоживущим из которых является азот-13 с периодом полураспада9,965(4) мин . Все остальные имеют период полураспада менее 7,15 секунды, причем у большинства из них он составляет менее 620 миллисекунд. Большинство изотопов с атомными массовыми числами ниже 14 распадаются на изотопы углерода , тогда как большинство изотопов с массами выше 15 распадаются на изотопы кислорода . Самый короткоживущий известный изотоп — азот-10, период полураспада которого составляет143(36)  йоктосекунд , хотя период полураспада азота-9 точно не измерен.

Список изотопов

  1. ^ м N – 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. ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
  6. ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
  7. ^ # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
  8. ^ Распад за счет испускания протонов до8
    С
    , который сразу испускает два протона, образуя6
    Быть
    , который, в свою очередь, испускает два протона, образуя стабильный4
    Он
    [5]
  9. ^ abcd Показанный режим распада энергетически разрешен, но экспериментально не наблюдался в этом нуклиде.
  10. ^ Сразу распадается на две альфа-частицы с итоговой реакцией 12 N → 3  4 He + e + .
  11. ^ Используется в позитронно-эмиссионной томографии.
  12. ^ Одно из немногих стабильных нечетно-нечетных ядер.
  13. ^ Самый тяжелый изотоп азота, связанный с частицами, см. Ядерную капельную линию.

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 + n

Образовавшийся в результате азот-13 распадается с периодом полураспада9,965(4) мин до углерода-13 с испусканием позитрона . Позитрон быстро аннигилирует с электроном, образуя два гамма-излучения примерно511 кэВ . После удара молнии это гамма-излучение затухает с периодом полураспада в десять минут, но эти низкоэнергетические гамма-лучи в среднем проходят по воздуху всего около 90 метров, поэтому их можно обнаружить только в течение минуты или около того, поскольку Мимо проплывает «облако» 13 N и 15 O, подхваченное 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 очень немногих стабильных нуклидов, имеющих как нечетное число протонов, так и нейтронов (по семь каждый), и единственный, который составляет большую часть своего элемента. Каждый протон или нейтрон вносит вклад в ядерный спин плюс или минус 1/2 , что дает ядру общий магнитный спин , равный единице.

Считается , что первоначальным источником азота-14 и азота-15 во Вселенной является звездный нуклеосинтез , где они производятся в рамках цикла CNO .

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

Азот-15

Азот-15 — редкий стабильный изотоп азота . Двумя источниками азота-15 являются 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 ( ЯМР-спектроскопия азота-15 ). В отличие от более распространенного азота-14, который имеет целочисленный ядерный спин и, следовательно, квадрупольный момент , 15 N 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 16 N является преобладающим радионуклидом в теплоносителе водо-водяных реакторов или реакторов с кипящей водой при нормальной эксплуатации. Он производится из 16 O (в воде) посредством реакции (n,p) , в которой атом 16 O захватывает нейтрон и выбрасывает протон. Он имеет короткий период полураспада, около 7,1 с [4] , но его распад до 16 O приводит к высокоэнергетическому гамма-излучению (от 5 до 7 МэВ). [4] [10] Из-за этого доступ к трубопроводу первого контура в водо-водяном реакторе должен быть ограничен во время работы реактора на мощности. [10] Это чувствительный и немедленный индикатор утечек из системы теплоносителя первого контура во вторичный паровой цикл, а также основное средство обнаружения таких утечек. [10]

Изотопные подписи

Рекомендации

  1. ^ «Стандартные атомные массы: азот». ЦИАВ . 2009.
  2. ^ 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.
  3. ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки *». Китайская физика C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
  4. ^ abcdef 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.
  5. ^ abc Чо, Адриан (25 сентября 2023 г.). «Мимолетная форма азота расширяет ядерную теорию до предела». Science.org . Проверено 27 сентября 2023 г.
  6. ^ ab «Атомный вес азота | Комиссия по изотопному содержанию и атомному весу». ciaaw.org . Проверено 26 февраля 2022 г.
  7. ^ Теруаки Иното; и другие. (23 ноября 2017 г.). «Фотоядерные реакции, вызванные разрядом молнии». Природа . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Бибкод : 2017Natur.551..481E. дои : 10.1038/nature24630. PMID  29168803. S2CID  4388159.
  8. ^ Справочник CRC по химии и физике (64-е изд.). 1983–1984. п. Б-234.
  9. ^ «Извлечение и построение оцененного файла ядерных данных (ENDF)» . Национальный центр ядерных данных.
  10. ^ abc Neeb, Карл Хайнц (1997). Радиохимия атомных электростанций с легководными реакторами. Берлин-Нью-Йорк: Вальтер де Грюйтер. п. 227. ИСБН 978-3-11-013242-7. Архивировано из оригинала 5 февраля 2016 г. Проверено 20 декабря 2015 г.