stringtranslate.com

Висмут-209

Висмут-209 ( 209 Bi) — это изотоп висмута с самым длинным известным периодом полураспада среди всех радиоизотопов , подвергающихся α-распаду ( альфа-распаду ). Он имеет 83 протона и магическое число [2] из 126 нейтронов [2] и атомную массу 208,9803987 а.е.м. (единицы атомной массы). Первичный висмут полностью состоит из этого изотопа.

Свойства распада

Долгое время считалось, что висмут-209 имеет самое тяжелое стабильное ядро ​​среди всех элементов, но в 2003 году исследовательская группа из Института пространственной астрофизики в Орсе, Франция , обнаружила, что 209 Bi подвергается альфа-распаду с периодом полураспада примерно 19 эксалет (1,9×10 19 , примерно 19 квинтиллионов лет), [3] [4] более чем в миллиард раз дольше, чем текущий предполагаемый возраст Вселенной . [5] Самым тяжелым ядром, считающимся стабильным, в настоящее время является свинец-208 , а самым тяжелым стабильным моноизотопным элементом является золото в виде изотопа 197 Au .

Теория ранее предсказывала период полураспада 4,6 × 10.19 лет. Давно подозревали, что он радиоактивный. [6] В результате распада образуется альфа-частица с энергией 3,14 МэВ , которая превращает атом в таллий-205 . [3] [4]

Висмут-209 встречается в цепочке распада ряда нептуния.

Висмут-209, если его не беспокоить, в конечном итоге образует 205 Tl :

209
83Би
→205
81Тл
+4
2Он
[7]

Если его потревожить, он включится в цикл захвата нейтронов свинец-висмут от свинца-206/207/208 до висмута-209, несмотря на низкие сечения захвата. Даже таллий-205, продукт распада висмута-209, при полной ионизации превращается в свинец. [8]

Благодаря чрезвычайно длительному периоду полураспада почти во всех случаях с Bi -209 можно обращаться так, как если бы он был нерадиоактивным. Его радиоактивность намного меньше, чем у человеческой плоти, поэтому он не представляет значительной опасности радиации. Хотя 209 Bi является рекордсменом по периоду полураспада альфа-распада, висмут не имеет самого длительного периода полураспада среди всех радионуклидов , обнаруженных экспериментально - это отличие принадлежит теллуру -128 ( 128 Te ) с периодом полураспада, оцененным в 7,7 × 10 24 года двойным β-распадом (двойным бета-распадом). [9] [10] [11]

Период полураспада висмута-209 был подтвержден в 2012 году итальянской командой в Гран-Сассо , которая сообщила(2,01 ± 0,08) × 10 19 лет. Они также сообщили о еще более длительном периоде полураспада альфа-распада висмута-209 до первого возбужденного состояния таллия-205 (при 204 кэВ), который оценивается в 1,66 × 1021 год. [12] Несмотря на то, что это значение короче, чем измеренный период полураспада теллура-128, оба альфа-распада висмута-209 являются рекордсменом по самой тонкой естественной ширине линии любого измеримого физического возбуждения, оцененной соответственно в ΔΕ ~ 5,5 × 10. -43  эВ и ΔЕ~1,3×10 -44  эВ при применении принципа неопределенности Гейзенберга [13] (двойной бета-распад мог бы давать энергетические линии только при безнейтринных переходах , чего пока не наблюдалось).

Приложения

Поскольку первичный висмут полностью представляет собой висмут-209, висмут-209 используется для всех обычных применений, приписываемых висмуту, например, в качестве замены свинца , [ 14] [15] в косметике, [16] [17] в красках, [18] и в некоторых лекарствах, таких как Пепто-Бисмол . [5] [19] [20] Сплавы, содержащие висмут-209, такие как висмутовая бронза , использовались на протяжении тысячелетий. [21]

Синтез других элементов

210 Po можно производить бомбардировкой 209 Bi нейтронами в ядерном реакторе. [22] Ежегодно производитсявсего около 100 граммов 210 Po. [23] [22] 209 Po и 208 Po можно получить путем бомбардировки 209 Bi протонами в циклотроне . [24] Астат также можно получить путем бомбардировки форм 209 Bi альфа-частицами. [25] [26] [27] Следы 209 Bi также использовались для создания золота в ядерных реакторах. [28] [29]

209 Bi использовался в качестве мишени для создания нескольких изотопов сверхтяжелых элементов, таких как дубний , [30] [31] [32] [33] борий , [30] [34] мейтнерий , [35] [36] [ 37] рентгений , [38] [39] [40] и нихоний . [41] [42] [43]

Формирование

Первозданный

Висмут-209 создается в заключительной части s -процесса. [а]

В звездах красных гигантов асимптотической ветви гигантов продолжается s -процесс (медленный процесс) с образованием висмута-209 и полония-210 путем захвата нейтронов как наиболее тяжелых образующихся элементов [44] , причем последний быстро распадается. [44] Все элементы тяжелее его образуются в r-процессе , или быстром процессе, который происходит в течение первых пятнадцати минут сверхновых . [45] [44] Висмут-209 также создается во время r-процесса. [44]

Радиогенный

Некоторое количество висмута-209 было создано радиогенным путем в результате цепочки распада ряда нептуния . [46] Нептуний-237 — потухший радионуклид , но его можно обнаружить в следовых количествах в урановых рудах из-за реакций захвата нейтронов . [46] [47] Америций-241 , который используется в детекторах дыма, [48] распадается до нептуния-237.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Красные горизонтальные линии с кружком на правом конце обозначают захват нейтронов ; синие стрелки, направленные вверх-влево, представляют бета-распад ; зеленые стрелки, направленные вниз-влево, обозначают альфа-распад ; Голубые/светло-зеленые стрелки, направленные вниз-вправо, обозначают захват электронов .

Рекомендации

  1. ^ Ауди, Г.; 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.
  2. ^ аб Бланк, Б.; Риган, PH (2000). «Магические и дважды магические ядра». Новости ядерной физики . 10 (4): 20–27. дои : 10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
  3. ^ аб Дюме, Белль (23 апреля 2003 г.). «Висмут бьет рекорд периода полураспада альфа-распада». Физикавеб.
  4. ^ аб Марсильяк, Пьер де; Ноэль Корон; Жерар Дамбье; Жак Леблан; Жан-Пьер Моалик (апрель 2003 г.). «Экспериментальное обнаружение α-частиц радиоактивного распада природного висмута». Природа . 422 (6934): 876–878. Бибкод : 2003Natur.422..876D. дои : 10.1038/nature01541. PMID  12712201. S2CID  4415582.
  5. ^ Аб Кин, Сэм (2011). Исчезающая ложка (и другие правдивые истории о безумии, любви и истории мира из Периодической таблицы элементов) . Нью-Йорк/Бостон: Книги Бэк-Бэй. стр. 158–160. ISBN 978-0-316-051637.
  6. ^ Карвалью, Х.Г.; Пенна, М. (1972). «Альфа-активность209
    Би
    ". Lettere al Nuovo Cimento . 3 (18): 720. doi : 10.1007/BF02824346. S2CID  120952231.
  7. ^ «Данные по изотопам америция-241 в таблице Менделеева» .
  8. ^ 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.
  9. ^ "Исследование благородного газа" . Архивировано из оригинала 28 сентября 2011 г. Проверено 10 января 2013 г.Информация о теллуре-128 и период полураспада. По состоянию на 14 июля 2009 г.
  10. ^ Ауди, Г.; Берсильон, О.; Блашо, Дж.; Вапстра, АХ (2003). «Оценка ядерных свойств и свойств распада NUBASE». Ядерная физика А . Центр данных по атомной массе. 729 (1): 3–128. Бибкод : 2003NuPhA.729....3A. doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  11. ^ "Таблица радиоактивных изотопов WWW: теллур" . Отдел ядерной науки Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. 2008. Архивировано из оригинала 5 февраля 2010 г. Проверено 16 января 2010 г.
  12. ^ Дж. В. Биман; и другие. (2012). «Первое измерение парциальных ширин распада 209 Bi на землю и в первые возбужденные состояния». Письма о физических отзывах . 108 (6): 062501. arXiv : 1110.3138 . doi :10.1103/PhysRevLett.108.062501. PMID  22401058. S2CID  118686992.
  13. ^ «Время жизни частиц из принципа неопределенности» .
  14. ^ Хоппер К.Д.; Король Ш.; Лобелл МЭ; ТенХаве ТР; Уивер Дж.С. (1997). «Грудь: защита от рентгеновского излучения в плоскости во время диагностической КТ грудной клетки — экранирование радиозащитной одеждой из висмута». Радиология . 205 (3): 853–8. doi : 10.1148/radiology.205.3.9393547. ПМИД  9393547.
  15. ^ Лозе, Иоахим; Зангль, Стефани; Гросс, Рита; Генш, Карл-Отто; Дойбзер, Отмар (сентябрь 2007 г.). «Адаптация к научно-техническому прогрессу Директивы Приложения II 2000/53/EC» (PDF) . Европейская комиссия . Проверено 11 сентября 2009 г.
  16. ^ Мэйл, Фрэнк Дж.; Пфафф, Герхард; Рейндерс, Питер (2005). «Эффектные пигменты - прошлое, настоящее и будущее». Прогресс в области органических покрытий . 54 (3): 150. doi :10.1016/j.porgcoat.2005.07.003.
  17. ^ Пфафф, Герхард (2008). Пигменты со специальными эффектами: Технические основы и применение. Винцентц Нетворк ГмбХ. п. 36. ISBN 978-3-86630-905-0.
  18. ^ Б. Гюнтер «Неорганические цветные пигменты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм, 2012.
  19. ^ Мадиш А., Моргнер А., Столте М., Мильке С. (декабрь 2008 г.). «Исследование вариантов лечения микроскопического колита». Экспертное заключение об исследуемых препаратах . 17 (12): 1829–37. дои : 10.1517/13543780802514500. PMID  19012499. S2CID  72294495.
  20. ^ Индекс Merck , 11-е издание, 1299 г.
  21. ^ Гордон, Роберт Б.; Ратледж, Джон В. (1984). «Висмутовая бронза из Мачу-Пикчу, Перу». Наука . Американская ассоциация содействия развитию науки. 223 (4636): 585–586. Бибкод : 1984Sci...223..585G. дои : 10.1126/science.223.4636.585. JSTOR  1692247. PMID  17749940. S2CID  206572055.
  22. ^ аб Росслер, Г. (2007). «Почему 210По?» (PDF) . Новости физики здоровья . Том. 35, нет. 2. Общество физики здоровья . Архивировано (PDF) из оригинала 3 апреля 2014 г. Проверено 20 июня 2019 г.
  23. ^ «Швейцарское исследование: Полоний обнаружен в костях Арафата» . Аль-Джазира . Проверено 7 ноября 2013 г.
  24. ^ Карвальо, Ф.; Фернандес, С.; Фесенко С.; Холм, Э.; Ховард, Б.; Мартин, П.; Фанеф, П.; Порчелли, Д.; Прёль, Г.; Твининг, Дж. (2017). Экологическое поведение полония . Серия технических отчетов. Том. 484. Вена: Международное агентство по атомной энергии. п. 22. ISBN 978-92-0-112116-5. ISSN  0074-1914.
  25. ^ Бартон, GW; Гиорсо, А .; Перлман, И. (1951). «Радиоактивность изотопов астата». Физический обзор . 82 (1): 13–19. Бибкод : 1951PhRv...82...13B. дои : 10.1103/PhysRev.82.13. hdl :2027/mdp.39015086480574. (требуется подписка)
  26. ^ Ларсен, Р.Х.; Виланд, BW; Залуцкий, MRJ (1996). «Оценка внутренней циклотронной мишени для производства 211 At посредством реакции 209 Bi (α, 2n) 211 At». Прикладное излучение и изотопы . 47 (2): 135–143. дои : 10.1016/0969-8043(95)00285-5. ПМИД  8852627.
  27. ^ Нефедов, В.Д.; Норсеев, Ю. В.; Торопова, М.А.; Халкин, Владимир Алексеевич (1968). «Астат». Российское химическое обозрение . 37 (2): 87–98. Бибкод : 1968RuCRv..37...87N. doi : 10.1070/RC1968v037n02ABEH001603. S2CID  250775410. (требуется подписка)
  28. ^ Алеклетт, К.; Моррисси, Д.; Лавленд, В.; МакГоги, П.; Сиборг, Г. (1981). «Энергетическая зависимость фрагментации 209 Bi в релятивистских ядерных столкновениях». Физический обзор C . 23 (3): 1044. Бибкод : 1981PhRvC..23.1044A. doi : 10.1103/PhysRevC.23.1044.
  29. ↑ Мэтьюз, Роберт (2 декабря 2001 г.). «Философский камень». «Дейли телеграф» . Проверено 22 сентября 2020 г.
  30. ^ аб Мюнценберг; Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; Рейсдорф, В.; Шмидт, К.Х.; Шнайдер, JHR; Армбрустер, П.; Сам, CC; Тума, Б. (1981). «Идентификация элемента 107 по α-корреляционным цепочкам». З. Физ. А. _ 300 (1): 107–108. Бибкод : 1981ZPhyA.300..107M. дои : 10.1007/BF01412623. S2CID  118312056.
  31. ^ Хессбергер, ФП; Мюнценберг, Г.; Хофманн, С.; Агарвал, ЮК; Поппенсикер, К.; Рейсдорф, В.; Шмидт, К.-Х.; Шнайдер, JRH; Шнайдер, WFW; Шотт, HJ; Армбрустер, П.; Тума, Б.; Сам, К.-К.; Вермюлен, Д. (1985). «Новые изотопы 258 105, 257 105, 254 Lr и 253 Lr». З. Физ. А. _ 322 (4): 4. Бибкод : 1985ZPhyA.322..557H. дои : 10.1007/BF01415134. S2CID  100784990.
  32. ^ Ф. П. Хессбергер; Хофманн, С.; Акерманн, Д.; Нинов В.; Лейно, М.; Мюнценберг, Г.; Саро, С.; Лаврентьев А.; Попеко, АГ; Еремин А.В.; Стодель, Ч. (2001). «Свойства распада нейтронодефицитных изотопов 256,257Db,255Rf, 252,253Lr». Евро. Физ. Дж . А. 12 (1): 57–67. Бибкод : 2001EPJA...12...57H. дои : 10.1007/s100500170039. S2CID  117896888. Архивировано из оригинала 10 мая 2002 г.
  33. ^ Леппянен, А.-П. (2005). Исследования альфа-распада и мечения распада тяжелых элементов с использованием сепаратора RITU (PDF) (Диссертация). Университет Ювяскюля. стр. 83–100. ISBN 978-951-39-3162-9. ISSN  0075-465X.
  34. ^ Нельсон, С.; Грегорич, К.; Драгоевич И.; Гарсия, М.; Гейтс, Дж.; Судове, Р.; Ниче, Х. (2008). «Самый легкий изотоп Bh, полученный в результате реакции Bi209 (Cr52,n) Bh260». Письма о физических отзывах . 100 (2): 22501. Бибкод : 2008PhRvL.100b2501N. doi : 10.1103/PhysRevLett.100.022501. PMID  18232860. S2CID  1242390.
  35. ^ Мюнценберг, Г.; и другие. (1982). «Наблюдение одного коррелированного α-распада в реакции 58 Fe на 209 Bi → 267 109». Zeitschrift für Physik A. 309 (1): 89–90. Бибкод : 1982ZPhyA.309...89M. дои : 10.1007/BF01420157. S2CID  120062541.
  36. ^ Мюнценберг, Г.; Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; и другие. (1988). «Новые результаты по элементу 109». Zeitschrift für Physik A. 330 (4): 435–436. Бибкод : 1988ZPhyA.330..435M. дои : 10.1007/BF01290131. S2CID  121364541.
  37. ^ Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; Нинов В.; и другие. (1997). «Функция возбуждения для производства 265 108 и 266 109». Zeitschrift für Physik A. 358 (4): 377–378. Бибкод : 1997ZPhyA.358..377H. дои : 10.1007/s002180050343. S2CID  124304673.
  38. ^ Хофманн, С.; Нинов В.; Хессбергер, ФП; Армбрустер, П.; Фолджер, Х.; Мюнценберг, Г.; Шотт, HJ; Попеко, АГ; и другие. (1995). «Новый элемент 111». Zeitschrift für Physik A. 350 (4): 281–282. Бибкод : 1995ZPhyA.350..281H. дои : 10.1007/BF01291182. S2CID  18804192.
  39. ^ Хофманн, С.; Хессбергер, ФП; Акерманн, Д.; Мюнценберг, Г.; Анталич, С.; Кагарда, П.; Киндлер, Б.; Кожухарова Дж.; и другие. (2002). «Новые результаты по элементам 111 и 112». Европейский физический журнал А. 14 (2): 147–157. Бибкод : 2002EPJA...14..147H. дои : 10.1140/epja/i2001-10119-x. S2CID  8773326.
  40. ^ Морита, К.; Моримото, КК; Кадзи, Д.; Перейти к S.; Хаба, Х.; Идегути, Э.; Канунго, Р.; Катори, К.; Кура, Х.; Кудо, Х.; Ониши, Т.; Одзава, А.; Питер, Джей Си; Суда, Т.; Суэки, К.; Танихата, И.; Токанай, Ф.; Сюй, Х.; Еремин А.В.; Йонеда, А.; Ёсида, А.; Чжао, Ю.-Л.; Чжэн, Т. (2004). «Состояние исследований тяжелых элементов с использованием GARIS в RIKEN». Ядерная физика А . 734 : 101–108. Бибкод : 2004NuPhA.734..101M. doi :10.1016/j.nuclphysa.2004.01.019.
  41. ^ Морита, Косуке; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Акияма, Такахиро; Гото, Син-Ичи; Хаба, Хиромицу; Идегути, Эйдзи; Канунго, Ритупарна; и другие. (2004). «Опыт по синтезу элемента 113 в реакции 209 Bi( 70 Zn, n) 278 113». Журнал Физического общества Японии . 73 (10): 2593–2596. Бибкод : 2004JPSJ...73.2593M. дои : 10.1143/JPSJ.73.2593.
  42. ^ Барбер, Роберт С.; Карол, Пол Дж; Накахара, Хиромичи; Вардачи, Эмануэле; Фогт, Эрих В. (2011). «Открытие элементов с атомными номерами больше или равными 113 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 83 (7): 1485. doi : 10.1351/PAC-REP-10-05-01 .
  43. ^ К. Морита; Моримото, Кодзи; Кадзи, Дайя; Хаба, Хиромицу; Озэки, Кадзутака; Кудо, Юки; Сумита, Такаюки; Вакабаяси, Ясуо; Йонеда, Акира; Танака, Кенго; и другие. (2012). «Новые результаты образования и распада изотопа 278 113 113-го элемента». Журнал Физического общества Японии . 81 (10): 103201. arXiv : 1209.6431 . Бибкод : 2012JPSJ...81j3201M. дои : 10.1143/JPSJ.81.103201. S2CID  119217928.
  44. ^ abcd Бербидж, EM; Бербидж, Греция; Фаулер, Вашингтон; Хойл, Ф. (1957). «Синтез элементов в звездах». Обзоры современной физики . 29 (4): 547–650. Бибкод : 1957РвМП...29..547Б. дои : 10.1103/RevModPhys.29.547 .
  45. ^ Чессон, Эрик и Стив Макмиллан. Астрономия сегодня. 6-е изд. Сан-Франциско: Pearson Education, 2008.
  46. ^ аб Пеппард, DF; Мейсон, GW; Грей, PR; Мех, Дж. Ф. (1952). «Возникновение ряда (4n + 1) в природе» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 74 (23): 6081–6084. дои : 10.1021/ja01143a074.
  47. ^ CR Hammond (2004). Элементы в Справочнике по химии и физике (81-е изд.). ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-0485-9.
  48. ^ «Детекторы дыма и америций». Информационный документ по ядерным вопросам . Урановый информационный центр . 35 . Май 2002 г. Архивировано из оригинала 3 марта 2008 г. Проверено 2 сентября 2022 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )