Алюминий-26 ( 26 Al , Al-26 ) — радиоактивный изотоп химического элемента алюминия , распадающийся либо в результате эмиссии позитронов , либо в результате захвата электронов до стабильного магния -26. Период полураспада 26 Al составляет 717 000 лет. Это слишком мало для того, чтобы изотоп мог выжить в качестве первичного нуклида , но небольшое его количество образуется в результате столкновений атомов с протонами космических лучей . [1]
Распад алюминия-26 также приводит к образованию гамма-лучей и рентгеновских лучей . [2] Рентгеновские лучи и оже-электроны испускаются возбужденной атомной оболочкой дочернего 26 Mg после захвата электрона, который обычно оставляет дырку в одной из нижних подоболочек.
Поскольку он радиоактивный, его обычно хранят за слоем свинца на глубине не менее 5 сантиметров (2 дюйма). Контакт с 26 Al может привести к радиологическому загрязнению, что потребует использования специальных инструментов для транспортировки, использования и хранения. [3]
Алюминий-26 можно использовать для расчета земного возраста метеоритов и комет . Он производится в значительных количествах во внеземных объектах путем расщепления кремния вместе с бериллием-10 , однако после падения на Землю производство 26 Al прекращается и его содержание по сравнению с другими космогенными нуклидами уменьшается. Отсутствие источников алюминия-26 на Земле является следствием того, что земная атмосфера препятствует взаимодействию кремния на поверхности и нижней тропосфере с космическими лучами. Следовательно, количество 26 Al в образце можно использовать для расчета даты падения метеорита на Землю. [1]
Гамма-излучение от распада Al-26 при энергии 1809 кэВ было первым наблюдаемым гамма-излучением из Галактического центра . Наблюдение было произведено спутником HEAO-3 в 1984 году. [4] [5]
Изотоп в основном производится в сверхновых , выбрасывающих множество радиоактивных нуклидов в межзвездную среду . Считается, что этот изотоп обеспечивает достаточно тепла небольшим планетарным телам, чтобы различать их внутренности, как это произошло в ранней истории астероидов 1 Церера и 4 Веста . [6] [7] [8] Этот изотоп также фигурирует в гипотезах, касающихся экваториальной выпуклости спутника Сатурна Япета . [9]
До 1954 года период полураспада алюминия-26m составлял 6,3 секунды. [10] После того, как было высказано предположение, что это может быть период полураспада метастабильного состояния ( изомера ) алюминия-26, основное состояние было получено бомбардировкой магния-26 и магния -25 дейтронами в циклотроне Университета . из Питтсбурга . [11] Было установлено, что первый период полураспада находится в пределах 10 6 лет. Период полураспада бета -распада Ферми метастабильного состояния алюминия-26 представляет интерес для экспериментальной проверки двух компонентов Стандартной модели , а именно гипотезы сохраняющегося векторного тока и требуемой унитарности матрицы Кабиббо – Кобаяши – Маскавы. . [12] Распад является сверхразрешенным . Измерение периода полураспада 26m Al в 2011 году составило 6346,54 ± 0,46 (статистические) ± 0,60 (системные) миллисекунды. [13]
Рассматривая известное плавление малых планетных тел в ранней Солнечной системе, Х.К. Юри отметил, что встречающиеся в природе долгоживущие радиоактивные ядра ( 40 К, 238 U, 235 U и 232 Th) не являются недостаточными источниками тепла. Он предположил, что источником тепла могут быть короткоживущие ядра недавно образовавшихся звезд, и определил 26 Al как наиболее вероятный выбор. [14] [15] Это предложение было сделано задолго до того, как стали известны или поняты общие проблемы звездного нуклеосинтеза ядер. Эта гипотеза была основана на открытии Симантоном, Райтмайром, Лонгом и Команом 26 Al в мишени из магния. [11]
Их поиск был предпринят потому, что до сих пор не было известного радиоактивного изотопа Al, который мог бы быть полезен в качестве индикатора. Теоретические соображения предполагали, что должно существовать состояние 26 Al. Время жизни 26 Al тогда не было известно; по оценкам, он составлял от 10 4 до 10 6 лет. Поиски 26 Al велись на протяжении многих лет, спустя много времени после открытия потухшего радионуклида 129 I (Рейнольдсом (1960, Physical Review Letters v 4, стр. 8)), который показал, что вклад звездных источников сформировался ~108 лет назад. Солнце способствовало [ как? ] к смеси Солнечной системы. Давно известно, что астероидные материалы, из которых можно получить образцы метеоритов, происходят из ранней Солнечной системы. [16]
Метеорит Альенде , упавший в 1969 году, содержал обильные включения, богатые кальцием и алюминием (CAI). Это очень тугоплавкие материалы, и их интерпретировали как конденсаты горячей солнечной туманности . [17] [18] затем обнаружили, что содержание кислорода в этих объектах было увеличено в 16 O на ~5%, в то время как соотношение 17 O/ 18 O было таким же, как у земных. Это ясно показало большой эффект от обильного элемента, который мог быть ядерным, возможно, из звездного источника. Затем было обнаружено, что эти объекты содержат стронций с очень низким содержанием 87 Sr/ 86 Sr, что указывает на то, что они на несколько миллионов лет старше ранее проанализированного метеоритного материала и что этот тип материала заслуживает поиска 26 Al. [19] 26 Al сегодня присутствует только в материалах Солнечной системы в результате космических реакций на неэкранированных материалах на чрезвычайно [ количественно ] низком уровне. Таким образом, любой первоначальный 26 Al в ранней Солнечной системе теперь вымер.
Чтобы установить присутствие 26 Al в очень древних материалах, необходимо продемонстрировать, что образцы должны содержать явный избыток 26 Mg/ 24 Mg, что коррелирует с соотношением 27 Al/ 24 Mg. Стабильный 27 Al является заменой вымершего 26 Al. Различные соотношения 27 Al/ 24 Mg связаны с разными химическими фазами в образце и являются результатом обычных процессов химического разделения, связанных с ростом кристаллов в CAI. Четкие доказательства присутствия 26 Al при соотношении содержаний 5×10 -5 были показаны Ли и др. [20] [21] Значение ( 26 Al/ 27 Al ~ 5 × 10 −5 ) в настоящее время общепризнано как высокое значение в образцах ранней Солнечной системы и обычно используется в качестве уточненного хронометра шкалы времени для ранней Солнечной системы. Система. Более низкие значения подразумевают более позднее время формирования. Если этот 26 Al является результатом досолнечных звездных источников, то это предполагает тесную связь во времени между формированием Солнечной системы и образованием в какой-то взрывающейся звезде. Многие материалы, которые считались очень ранними (например, хондры), по-видимому, образовались на несколько миллионов лет позже (Хатчеон и Хатчисон ) . Тогда же открывались и другие потухшие радиоактивные ядра, явно имевшие звездное происхождение. [22]
Тот факт, что 26 Al присутствовал в межзвездной среде в качестве основного источника гамма-излучения , не был исследован до разработки программы астрономических обсерваторий высоких энергий. Космический аппарат HEAO-3 с охлаждаемыми детекторами Ge позволил четко зарегистрировать гамма-линии с энергией 1,808 Мэв из центральной части галактики от распределенного источника 26 Al. [4] Это представляет собой квазистационарный запас, соответствующий двум солнечным массам 26 Al , которые были распределены [ необходимы разъяснения ] . Это открытие было значительно расширено наблюдениями Комптонской гамма-обсерватории с использованием телескопа COMPTEL в галактике. [23] Впоследствии были также обнаружены линии 60 Fe (1,173 и 1,333 Мэв), показывающие относительные скорости распада от 60 Fe до 26 Al, равные 60 Fe/ 26 AL ~0,11. [24]
В поисках носителей 22 Ne в осадке, образовавшемся в результате химического разрушения некоторых метеоритов, Э. Андерс и группа из Чикаго обнаружили зерна носителя микронного размера, кислотостойкие ультратугоплавкие материалы (например, C, SiC ). Было ясно показано, что зерна-носители представляют собой околозвездные конденсаты более ранних звезд и часто содержат очень большие увеличения 26 Mg/ 24 Mg в результате распада 26 Al , причем 26 Al/ 27 Al иногда приближаются к 0,2 [25] [26]. масштабные зерна стали возможны в результате развития масс-спектрометрии поверхностных ионов с высоким массовым разрешением и сфокусированным лучом, разработанной Г. Слодзианом и Р.Кастаингом совместно с CAMECA Co.
Производство 26 Al в результате взаимодействия космических лучей в неэкранированных материалах используется в качестве монитора времени воздействия космических лучей. Их количество намного ниже первоначального количества, обнаруженного в самых ранних обломках Солнечной системы.
{{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )