Изотопы протактиния

Нуклиды с атомным номером 91, но с разными массовыми числами.

Протактиний ( ₉₁ Па) не имеет стабильных изотопов . Четыре встречающихся в природе изотопа позволяют определить стандартный атомный вес.

Охарактеризовано двадцать девять радиоизотопов протактиния в диапазоне от ²¹¹ Па до ²³⁹ Па. Наиболее стабильным изотопом является ²³¹ Па с периодом полураспада 32760 лет, ²³³ Па с периодом полураспада 26,967 дней и ²³⁰ Па с периодом полураспада 26,967 дней. период полувыведения 17,4 дня. Все остальные радиоактивные изотопы имеют период полураспада менее 1,6 дня, а у большинства из них период полураспада менее 1,8 секунды. Этот элемент также имеет пять метасостояний : ^217м Па (t _1/2 1,15 миллисекунды), ^{220 м} Па (t _1/2  = 308 наносекунд), ^{220 м} Па (t _1/2  = 69 наносекунд), ^{229 м} Па (t _1/2  = 420 наносекунд) и ²³⁴ мПа (t _1/2  = 1,17 минуты).

Единственными природными изотопами являются ²³¹ Па, который встречается как промежуточный продукт распада ²³⁵ U , ²³⁴ Па и ^{234 м} Па, оба из которых встречаются как промежуточные продукты распада ²³⁸ U. ²³¹ Па составляет почти весь природный протактиний.

Основным режимом распада изотопов Па, более легких, чем (и включая) наиболее стабильный изотоп ²³¹ Па, является альфа-распад , за исключением от ²²⁸ Па до ²³⁰ Па, которые в основном распадаются путем захвата электронов до изотопов тория . Основным режимом для более тяжелых изотопов является бета-распад ( ^β- ) . Первичные продукты распада 231 ^{Па и изотопы протактиния легче 227} Па включительно являются изотопами актиния , а первичные продукты распада более тяжелых изотопов протактиния — изотопы урана .

Список изотопов

1. ^м Па – 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. # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
5. Способы распада:
6. жирный курсив — дочерний продукт почти стабилен.
7. ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
8. Промежуточный продукт распада 235 U
9. Промежуточный продукт распада ²³⁷ Np
10. Промежуточный продукт распада ²³⁸ U

Актиниды и продукты деления

Протактиний-230

Протактиний-230 имеет 139 нейтронов и период полураспада 17,4 дня. Большую часть времени (92%) он подвергается бета-плюс-распаду до ²³⁰ Th , с незначительной (8%) ветвью бета-минус-распада, ведущей к ²³⁰ U. Он также имеет очень редкий (0,003%) режим альфа-распада, приводящий к ²²⁶ Ac . ^[11] Он не встречается в природе, поскольку его период полураспада короткий, и он не обнаруживается в цепочках распада 235 ^U , ²³⁸ U или ²³² Th. Его масса составляет 230,034541 ед.

Протактиний-230 представляет интерес как прародитель урана-230, изотопа, который рассматривается для использования в таргетной терапии альфа-частицами (ТАТ). Его можно получить путем протонного или дейтронного облучения природного тория. ^[12]

Протактиний-231

Протактиний-231 — самый долгоживущий изотоп протактиния с периодом полураспада 32 760 лет. В природе он встречается в следовых количествах в составе актиниевого ряда , который начинается с первичного изотопа урана-235 ; равновесная концентрация в урановой руде составляет 46,55 ^{231 Па} на миллион ²³⁵ U. В ядерных реакторах это один из немногих долгоживущих радиоактивных актинидов , образующихся как побочный продукт прогнозируемого ториевого топливного цикла в результате (n,2n) реакции, в которых быстрый нейтрон отрывает нейтрон от 232 Th или 232 U , а также может быть разрушен путем захвата нейтрона , хотя сечение этой реакции также низкое.

Раствор Протактиния-231.

энергия связи: 1759860 кэВ,
энергия бета-распада: -382 кэВ

спин: 3/2-
режим распада: от альфа до ²²⁷ Ac, а также другие

возможные материнские нуклиды: бета от ²³¹ Th, EC от ²³¹ U, альфа от ²³⁵ Np.

Протактиний-233

Протактиний-233 также является частью ториевого топливного цикла. Это промежуточный продукт бета-распада тория-233 (полученного из природного тория-232 путем захвата нейтронов) и урана-233 (делящегося топлива ториевого цикла). Некоторые конструкции реакторов с ториевым циклом пытаются защитить Ра-233 от дальнейшего захвата нейтронов, производя Ра-234 и U-234, которые бесполезны в качестве топлива.

Протактиний-234

Протактиний-234 принадлежит к урановому ряду с периодом полураспада 6,70 часов. Он был открыт Отто Ханом в 1921 году. ^[13]

Протактиний-234м

Протактиний-234м — представитель уранового ряда с периодом полураспада 1,17 минуты. Он был открыт в 1913 году Казимежем Фаянсом и Освальдом Гельмутом Герингом , которые назвали его бревиумом из-за его короткого периода полураспада. ^[14] Около 99,8% распадов ²³⁴ Th образуют этот изомер вместо основного состояния (t _1/2  = 6,70 часов). ^[14]

Рекомендации

1. 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.
2. «Стандартные атомные массы: протактиний». ЦИАВ . 2017.
3. 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 веса элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
4. Ауранен, К. (3 сентября 2020 г.). «Изучение границ ядерного ландшафта: свойства α-распада 211Pa». Физический обзор C . 102 (34305): 034305. Бибкод : 2020PhRvC.102c4305A. doi : 10.1103/PhysRevC.102.034305. S2CID  225343089 . Проверено 17 сентября 2020 г.
5. Хуанг, TH; и другие. (2018). «Идентификация нового изотопа 224Np» (pdf) . Физический обзор C . 98 (4): 044302. Бибкод : 2018PhRvC..98d4302H. doi : 10.1103/PhysRevC.98.044302. S2CID  125251822.
6. Плюс радий (элемент 88). Хотя на самом деле он является субактинидом, он непосредственно предшествует актинию (89) и следует за трехэлементным интервалом нестабильности после полония (84), где ни один нуклид не имеет период полураспада, по крайней мере, четыре года (самый долгоживущий нуклид в пробеле - радон-222 с периодом полураспада менее четырех суток ). Таким образом, самый долгоживущий изотоп радия, имеющий возраст 1600 лет, заслуживает включения этого элемента в этот список.
7. В частности, в результате деления урана-235 тепловыми нейтронами , например, в типичном ядерном реакторе .
8. Милстед, Дж.; Фридман, AM; Стивенс, CM (1965). «Альфа-период полураспада берклия-247; новый долгоживущий изомер берклия-248». Ядерная физика . 71 (2): 299. Бибкод : 1965NucPh..71..299M. дои : 10.1016/0029-5582(65)90719-4.
   «Изотопный анализ выявил вид с массой 248 в постоянном количестве в трех образцах, анализированных в течение периода около 10 месяцев. Это было приписано изомеру Bk ²⁴⁸ с периодом полураспада более 9 [лет]. Никакого роста Cf ²⁴⁸ , а нижний предел периода полураспада β- ^можно установить примерно на уровне 10 ⁴ [лет]. Никакой альфа-активности, приписываемой новому изомеру, обнаружено не было; период полураспада альфа, вероятно, превышает 300 [лет] ]."
9. Это самый тяжелый нуклид с периодом полураспада не менее четырех лет до « моря нестабильности ».
10. За исключением « классически стабильных » нуклидов с периодом полураспада, значительно превышающим ²³² Th; например, период полураспада ^{113m Cd составляет всего четырнадцать лет, а период полураспада 113} Cd составляет почти восемь квадриллионов лет.
11. 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.
12. Мастрен, Т.; Штейн, Б.В.; Паркер, Т.Г.; Радченко В.; Коппинг, Р.; Оуэнс, А.; Вайант, Ле; Бруг, М.; Козимор, С.А.; Норитер, FM; Бирнбаум, ER; Джон, К.Д.; Фассбендер, Мэн (2018). «Выделение протактиния с использованием экстракционных хроматографических смол на основе серы». Аналитическая химия . 90 (11): 7012–7017. doi : 10.1021/acs.analchem.8b01380. ISSN  0003-2700. ОСТИ  1440455. ПМИД  29757620.
13. Фрай, К. и М. Тённессен. «Открытие изотопов актиния, тория, протактиния и урана». 14 января 2012 г. По состоянию на 20 мая 2018 г. https://people.nscl.msu.edu/~thoennes/2009/ac-th-pa-u-adndt.pdf.
14. «Информационный бюллетень о здоровье человека — Протактиний» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория (ANL). Ноябрь 2001 года . Проверено 17 октября 2023 г.

• Массы изотопов из:
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
• Изотопный состав и стандартные атомные массы из:
  • де Лаэтер, Джон Роберт ; Бёлке, Джон Карл; Де Бьевр, Поль; Хидака, Хироши; Пейзер, Х. Штеффен; Росман, Кевин-младший; Тейлор, Филип Д.П. (2003). «Атомные массы элементов. Обзор 2000 г. (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 75 (6): 683–800. дои : 10.1351/pac200375060683 .
  • Визер, Майкл Э. (2006). «Атомные массы элементов 2005 г. (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . 78 (11): 2051–2066. дои : 10.1351/pac200678112051 .
• «Новости и уведомления: пересмотренные стандартные атомные веса». Международный союз теоретической и прикладной химии . 19 октября 2005 г.
• Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из следующих источников.
  • Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Блашо, Жан; Вапстра, Аалдерт Хендрик (2003), «Оценка NUBASE свойств ядра и распада», Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729....3A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11. 001
  • Национальный центр ядерных данных . «База данных NuDat 2.x». Брукхейвенская национальная лаборатория .
  • Холден, Норман Э. (2004). «11. Таблица изотопов». В Лиде, Дэвид Р. (ред.). Справочник CRC по химии и физике (85-е изд.). Бока-Ратон, Флорида : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.