stringtranslate.com

Изотопы тантала

Природный тантал ( 73Ta ) состоит из двух стабильных изотопов : 181Ta (99,988%) и180м
Та
(0,012%).

Также известно 35 искусственных радиоизотопов , самые долгоживущие из которых — 179 Ta с периодом полураспада 1,82 года, 182 Ta с периодом полураспада 114,43 дня, 183 Ta с периодом полураспада 5,1 дня и 177 Ta с периодом полураспада 56,56 часа. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее суток, большинство менее часа. Также существуют многочисленные изомеры, наиболее стабильным из которых (кроме 180m Ta) является 178m1 Ta с периодом полураспада 2,36 часа. Все изотопы и ядерные изомеры тантала либо радиоактивны, либо наблюдательно стабильны , что означает, что они, как прогнозируется, радиоактивны, но никакого фактического распада не наблюдалось.

Тантал был предложен в качестве « солевого » материала для ядерного оружия ( кобальт — другой, более известный солевой материал). Оболочка из 181 Ta, облученная интенсивным потоком высокоэнергетических нейтронов от взрыва термоядерного оружия, трансмутировала бы в радиоактивный изотоп182
Та
с периодом полураспада 114,43 дня и производят приблизительно 1,12  МэВ гамма -излучения , значительно увеличивая радиоактивность осадков оружия на несколько месяцев. Известно, что такое оружие никогда не было создано, испытано или использовано. [4] В то время как коэффициент преобразования поглощенной дозы (измеряемой в Грей ) в эффективную дозу (измеряемую в Зивертах ) для гамма-лучей равен 1, а для альфа-излучения он равен 50 (т. е. гамма-доза в 1 Грей эквивалентна 1 Зиверту, тогда как альфа-доза в 1 Грей эквивалентна 50 Зивертам), гамма-лучи только ослабляются экранированием, а не останавливаются. Таким образом, альфа-частицы требуют включения, чтобы оказать эффект, в то время как гамма-лучи могут оказать эффект посредством простого приближения. С военной точки зрения это позволяет гамма-оружию блокировать территорию по обе стороны, пока доза достаточно высока, в то время как радиоактивное загрязнение альфа-излучателями, которые не испускают значительного количества гамма-лучей, можно предотвратить, обеспечив отсутствие включения материала.

Список изотопов

  1. ^ m Ta – 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. ^ abc # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  5. ^ Способы распада:
  6. ^ Жирный курсивный символ как дочерний – Дочерний продукт почти стабилен.
  7. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  8. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  9. ^ abcde Порядок основного состояния и изомера не определен.
  10. ^ Единственный известный наблюдаемо стабильный ядерный изомер, который, как полагают, распадается путем изомерного перехода до 180 Ta, β − распада до 180 W или электронного захвата до 180 Hf с периодом полураспада более 2,9×10 17 лет; [6] также теоретически может претерпевать α-распад до 176 Lu
  11. ^ Одно из немногих (наблюдательно) стабильных нечетно-нечетных ядер
  12. ^ Считается, что он претерпевает α-распад до 177 Lu.

Тантал-180м

Нуклид180м
Та
( m обозначает метастабильное состояние) является одним из очень немногих ядерных изомеров , которые более стабильны, чем их основные состояния. Хотя он не является уникальным в этом отношении (это свойство разделяют висмут-210m ( 210m Bi) и америций-242m ( 242m Am), среди других нуклидов), он является исключительным в том, что он наблюдаемо стабилен : никакого распада никогда не наблюдалось. Напротив, нуклид в основном состоянии180
Та
имеет период полураспада всего 8 часов.

180м
Та
имеет достаточно энергии для распада тремя способами: изомерный переход в основное состояние180
Та
, бета-распад до180
Вт
, или захват электронов в180
ВЧ
. Однако радиоактивность ни от одного из этих теоретически возможных режимов распада никогда не наблюдалась. По состоянию на 2023 год период полураспада 180m Ta, рассчитанный на основе экспериментальных наблюдений, составляет по крайней мере2,9 × 10 17 (290 квадриллионов) лет. [6] [7] [8] Очень медленный распад180м
Та
объясняется его высоким спином (9 единиц) и низким спином нижележащих состояний. Гамма- или бета-распад потребовал бы удаления многих единиц углового момента за один шаг, так что процесс был бы очень медленным. [9]

Благодаря этой стабильности,180м
Та
является первичным нуклидом , единственным естественным ядерным изомером (исключая короткоживущие радиогенные и космогенные нуклиды). Это также самый редкий первичный нуклид во Вселенной, наблюдаемый для любого элемента, имеющего какие-либо стабильные изотопы. В звездной среде s-процесса с тепловой энергией k B T =26  кэВ (т.е. температура 300 миллионов кельвинов), ядерные изомеры, как ожидается, будут полностью термализованы, что означает, что 180 Ta быстро переходит между спиновыми состояниями, и его общий период полураспада, как прогнозируется, составит 11 часов. [10]

Это один из пяти стабильных нуклидов , имеющих как нечетное число протонов, так и нечетное число нейтронов; четыре других стабильных нечетно -нечетных нуклида — это 2 H , 6 Li , 10 B и 14 N. [11]

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: Тантал". CIAAW . 2005.
  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 (2022-05-04). "Стандартные атомные веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)". Чистая и прикладная химия . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ DT Win; M. Al Masum (2003). «Оружие массового поражения» (PDF) . Журнал технологий университета Ассумпшн . 6 (4): 199–219.
  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. ^ аб Арнквист, IJ; Авиньон III, FT; Барабаш А.С.; Бартон, CJ; Бхимани, К.Х.; Блэлок, Э.; Бос, Б.; Буш, М.; Буук, М.; Колдуэлл, Т.С.; Кристоферсон, CD; Чу, П.-Х.; Кларк, ML; Куэста, К.; Детвайлер, Дж. А.; Ефременко Ю.; Эджири, Х.; Эллиотт, СР; Джованетти, ГК; Гетт, Дж.; Грин, член парламента; Грушко Ю.; Гуинн, И.С.; Джузеппе, ВЕ; Хауфе, ЧР; Хеннинг, Р.; Агилар, Д. Эрвас; Хоппе, EW; Гостиюк, А.; Ким, И.; Кузес, RT; Ланнен В., TE; Ли, А.; Лопес-Кастаньо, JM; Массарчик, Р.; Мейер, С.Дж.; Мейер, В.; Оли, ТК; Паудель, Л.С.; Петтус, В.; Пун, AWP; Рэдфорд, округ Колумбия; Рейн, Алабама; Рилаге, К.; Руйер, А.; Руоф, Северо-Запад; Шапер, округ Колумбия; Шляйх, С.Дж.; Смит-Ганди, штат Техас; Тедески, Д.; Томпсон, доктор медицинских наук; Варнер, РЛ; Васильев С.; Уоткинс, СЛ; Вилкерсон, Дж. Ф.; Уайзман, К.; Сюй, В.; Ю, Ч.-Х. (13 октября 2023 г.). «Ограничения на распад 180 м Та». Физ. Преподобный Летт . 131 (15) 152501. arXiv : 2306.01965 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.152501.
  7. ^ Коновер, Эмили (2016-10-03). "Редчайшее ядро, нежелающее распадаться". Science News . Получено 2016-10-05 .
  8. ^ Ленерт, Бьёрн; Хулт, Микаэль; Люттер, Гийом; Зубер, Кай (2017). «Поиск распада самого редкого изотопа природы 180m Ta». Physical Review C. 95 ( 4) 044306. arXiv : 1609.03725 . Bibcode : 2017PhRvC..95d4306L. doi : 10.1103/PhysRevC.95.044306. S2CID  118497863.
  9. ^ Квантовая механика для инженеров Леон ван Доммелен, Университет штата Флорида
  10. ^ P. Mohr; F. Kaeppeler; R. Gallino (2007). "Выживание самого редкого изотопа природы 180 Ta в звездных условиях". Phys. Rev. C. 75 012802. arXiv : astro -ph/0612427 . doi :10.1103/PhysRevC.75.012802. S2CID  44724195.
  11. ^ Lide, David R., ред. (2002). Справочник по химии и физике (88-е изд.). CRC. ISBN 978-0-8493-0486-6. OCLC  179976746. Архивировано из оригинала 24 июля 2017 г. Получено 2008-05-23 .