stringtranslate.com

Изотопы свинца

Свинец ( 82Pb ) имеет четыре наблюдаемых стабильных изотопа : 204Pb , 206Pb , 207Pb , 208Pb . Свинец-204 является полностью первичным нуклидом и не является радиогенным нуклидом . Три изотопа свинец-206, свинец-207 и свинец-208 представляют собой концы трех цепочек распада : ряда урана (или ряда радия), ряда актиния и ряда тория соответственно; четвертая цепочка распада, ряд нептуния , заканчивается изотопом таллия 205Tl . Три ряда , заканчивающиеся свинцом, представляют собой продукты цепочки распада долгоживущих первичных 238U , 235U и 232Th . Каждый изотоп также встречается, в некоторой степени, как первичные изотопы, которые были созданы в сверхновых, а не радиогенно как дочерние продукты. Фиксированное отношение свинца-204 к первичным количествам других изотопов свинца может быть использовано в качестве базовой линии для оценки дополнительных количеств радиогенного свинца, присутствующего в породах в результате распада урана и тория. (См. датирование свинца–свинца и датирование урана–свинца .)

Наиболее долгоживущие радиоизотопы — 205 Pb с периодом полураспада 17,3 млн лет и 202 Pb с периодом полураспада 52 500 лет. Более короткоживущий природный радиоизотоп, 210 Pb с периодом полураспада 22,2 года, полезен для изучения хронологии седиментации образцов окружающей среды в масштабах времени менее 100 лет. [5]

Относительное содержание четырех стабильных изотопов составляет приблизительно 1,5%, 24%, 22% и 52,5%, что в совокупности дает стандартный атомный вес (средневзвешенное по содержанию стабильного изотопного вещества) 207,2(1). Свинец — элемент с самым тяжелым стабильным изотопом, 208 Pb. (Более массивный 209 Bi , долгое время считавшийся стабильным, на самом деле имеет период полураспада 2,01×10 19 лет.) 208 Pb также является дважды магическим изотопом, поскольку имеет 82 протона и 126 нейтронов . [6] Это самый тяжелый дважды магический нуклид из известных. В настоящее время известно 43 изотопа свинца, включая очень нестабильные синтетические виды.

Четыре первичных изотопа свинца все являются наблюдаемо стабильными , что означает, что они, как предсказывают, подвергаются радиоактивному распаду, но пока никакого распада не наблюдалось. Эти четыре изотопа, как предсказывают, подвергаются альфа-распаду и становятся изотопами ртути , которые сами по себе являются радиоактивными или наблюдаемо стабильными.

В полностью ионизированном состоянии бета-распад изотопа 210Pb не высвобождает свободный электрон; вместо этого образовавшийся электрон захватывается пустыми орбиталями атома. [7]

Список изотопов


  1. ^ m Pb – 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 курсивный символ как дочерний – Дочерний продукт почти стабилен.
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  9. ^ ab Порядок основного состояния и изомера не определен.
  10. ^ abc Используется в свинцово-свинцовом датировании
  11. ^ Считается, что он претерпевает α-распад до 200 Hg с периодом полураспада более 1,4×10 20 лет; теоретическое время жизни составляет около ~10 35–37 лет. [9]
  12. ^ Конечный продукт распада цепочки распада 4n+2 ( ряд радия или урана )
  13. ^ Считается, что он претерпевает α-распад до 202 Hg с периодом полураспада более 2,5×10 21 лет; теоретическое время жизни составляет ~10 65–68 лет. [9]
  14. ^ Конечный продукт распада цепочки распада 4n+3 ( серия актиния )
  15. ^ Считается, что он претерпевает α-распад до 203 Hg с периодом полураспада более 1,9×10 21 лет; теоретическое время жизни составляет ~10 152–189 лет. [9]
  16. ^ Самый тяжелый наблюдаемо стабильный нуклид; конечный продукт распада цепочки 4n ( ряд тория )
  17. ^ Считается, что он претерпевает α-распад до 204 Hg с периодом полураспада более 2,6×10 21 лет; теоретическое время жизни составляет ~10 124–132 лет. [9]
  18. ^ ab Промежуточный продукт распада 237 Np
  19. ^ ab Промежуточный продукт распада 238 U
  20. ^ Промежуточный продукт распада 235 U
  21. ^ Промежуточный продукт распада 232Th​

Свинец-206

206 Pb является последним шагом в цепочке распада 238 U , «ряда радия» или «ряда урана». В закрытой системе с течением времени заданная масса 238 U будет распадаться в последовательности шагов, достигающих кульминации в 206 Pb. Производство промежуточных продуктов в конечном итоге достигает равновесия (хотя это занимает много времени, так как период полураспада 234 U составляет 245 500 лет). После достижения этой стабилизированной системы отношение 238 U к 206 Pb будет неуклонно уменьшаться, в то время как отношения других промежуточных продуктов друг к другу останутся постоянными.

Как и большинство радиоизотопов, обнаруженных в ряду радия, 206 Pb изначально был назван разновидностью радия, а именно радием G. Он является продуктом распада как 210 Po (исторически называемого радием F ) путем альфа-распада , так и гораздо более редкого 206 Tl ( радий E II ) путем бета-распада .

Свинец-206 был предложен для использования в качестве теплоносителя ядерного реактора на быстрых нейтронах вместо использования природной свинцовой смеси (которая также включает другие стабильные изотопы свинца) в качестве механизма для улучшения нейтронной экономичности и значительного подавления нежелательного производства высокорадиоактивных побочных продуктов. [12]

Свинец-204, -207 и -208

204 Pb является полностью первичным и, таким образом, полезен для оценки доли других изотопов свинца в данном образце, которые также являются первичными, поскольку относительные доли различных первичных изотопов свинца везде постоянны. [13] Таким образом, предполагается, что любой избыток свинца-206, -207 и -208 имеет радиогенное происхождение, [13] что позволяет использовать различные схемы датирования урана и тория для оценки возраста пород (времени с момента их образования) на основе относительного содержания свинца-204 по отношению к другим изотопам.207Pb является концом ряда актиния, начинающегося с 235U .

208 Pb является концом ряда тория от 232 Th . Хотя он составляет только приблизительно половину состава свинца в большинстве мест на Земле, его можно найти естественным образом обогащенным до примерно 90% в ториевых рудах. [14] 208 Pb является самым тяжелым известным стабильным нуклидом, а также самым тяжелым известным дважды магическим ядром, поскольку Z = 82 и N = 126 соответствуют закрытым ядерным оболочкам . [15] Вследствие этой особенно стабильной конфигурации его сечение захвата нейтронов очень мало (даже ниже, чем у дейтерия в тепловом спектре), что делает его интересным для быстрых реакторов со свинцовым охлаждением .

Свинец-212

Радиофармацевтические препараты , содержащие 212 Pb, были испытаны в качестве терапевтических средств для экспериментального лечения рака с помощью направленной альфа-частичной терапии . [16]

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. ^ Мейя и др. 2016.
  3. ^ «Стандартные атомные веса: Свинец». CIAAW . 2020.
  4. ^ 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.
  5. ^ Jeter, Hewitt W. (март 2000 г.). «Определение возраста современных осадков с использованием измерений следовой радиоактивности» (PDF) . Terra et Aqua (78): 21–28. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. . Получено 23 октября 2019 г. .
  6. ^ Бланк, Б.; Реган, П. Х. (2000). «Магические и дважды магические ядра». Nuclear Physics News . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
  7. ^ Takahashi, K; Boyd, RN; Mathews, G. J.; Yokoi, K. (октябрь 1987 г.). "Bound-state beta decay of high ionized atoms". Physical Review C . 36 (4): 1522–1528. Bibcode :1987PhRvC..36.1522T. doi :10.1103/PhysRevC.36.1522. ISSN  0556-2813. OCLC  1639677. PMID  9954244 . Получено 2016-11-20 . Как видно из Таблицы I ( 187 Re, 210 Pb, 227 Ac и 241 Pu), некоторые распады континуума энергетически запрещены, когда атом полностью ионизирован. Это происходит потому, что энергия связи атомов, высвобождаемая при ионизации, т. е. общая электронная связь в нейтральном атоме, B n , увеличивается с Z. Если [ энергия распада ] Q n < B n ( Z +1)- B n ( Z ) , то β- распад в состоянии континуума энергетически запрещен.
  8. ^ 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.
  9. ^ abcd Beeman, JW; et al. (2013). "Новые экспериментальные пределы альфа-распадов изотопов свинца". European Physical Journal A. 49 ( 4): 50. arXiv : 1212.2422 . Bibcode : 2013EPJA...49...50B. doi : 10.1140/epja/i2013-13050-7. S2CID  254111888.
  10. ^ abcd "Стандартные атомные веса: Свинец". CIAAW . 2020.
  11. ^ Kuhn, W. (1929). "LXVIII. Рассеяние γ-излучения тория C радием G и обычным свинцом". Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 8 (52): 628. doi :10.1080/14786441108564923.
  12. ^ Хорасанов, ГЛ; Иванов, АП; Блохин, АИ (2002). Проблема полония в свинцовых теплоносителях быстрых реакторов и один из путей ее решения. 10-я Международная конференция по ядерной технике. С. 711–717. doi :10.1115/ICONE10-22330.
  13. ^ ab Woods, GD (ноябрь 2014 г.). Анализ изотопов свинца: удаление изобарной интерференции 204Hg из 204Pb с использованием ICP-QQQ в режиме MS/MS (PDF) (Отчет). Стокпорт, Великобритания: Agilent Technologies.
  14. ^ А. Ю. Смирнов; В. Д. Борисевич; А. Сулаберидзе (июль 2012). «Оценка удельной стоимости получения изотопа свинца-208 газовыми центрифугами с использованием различного сырья». Теоретические основы химической технологии . 46 (4): 373–378. doi :10.1134/S0040579512040161. S2CID  98821122.
  15. ^ Бланк, Б.; Реган, П. Х. (2000). «Магические и дважды магические ядра». Nuclear Physics News . 10 (4): 20–27. doi :10.1080/10506890109411553. S2CID  121966707.
  16. ^ Коков, К.В.; Егорова, Б.В.; Немецкий, Миннесота; Клабуков И.Д.; Крашенинников М.Е.; Ларкин-Кондров А.А.; Маковеева К.А.; Овчинников М.В.; Сидорова, М.В.; Чувилин, Д.Ю. (2022). «212Pb: подходы к производству и применение таргетной терапии». Фармацевтика . 14 (1): 189. doi : 10.3390/pharmaceutics14010189 . ISSN  1999-4923. ПМЦ 8777968 . ПМИД  35057083. 

Источники

Массы изотопов из:

Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.