stringtranslate.com

Изотопы циркония

Встречающийся в природе цирконий ( 40 Zr) состоит из четырех стабильных изотопов (один из которых в будущем может оказаться радиоактивным ) и одного очень долгоживущего радиоизотопа ( 96 Zr), первичного нуклида , который распадается посредством двойного бета-распада с наблюдаемым периодом полураспада 2,0×10 19 лет; [4] он также может подвергаться одинарному бета-распаду , который пока не наблюдается, но теоретически предсказанное значение t 1/2 составляет 2,4×10 20 лет. [5] Вторым по стабильности радиоизотопом является 93 Zr , период полураспада которого составляет 1,53 миллиона лет. Было обнаружено тридцать других радиоизотопов. Все они имеют период полураспада менее суток, за исключением 95 Zr (64,02 дня), 88 Zr (83,4 дня) и 89 Zr (78,41 часа). Основным режимом распада является захват электронов для изотопов легче 92Zr , а основным режимом для более тяжелых изотопов является бета-распад.

Список изотопов


  1. ^ m Zr – 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. ^ Жирным шрифтом выделен период полураспада  – почти стабильный, период полураспада дольше возраста Вселенной .
  5. ^ ab # – Значения, отмеченные #, получены не только из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из тенденций соседних нуклидов (TNN).
  6. ^ Жирный символ как дочерний – Дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение спина – указывает спин со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ Второй по мощности известный поглотитель нейтронов.
  9. ^ abcdef Продукт деления
  10. ^ Долгоживущий продукт деления
  11. ^ Считается, что он распадается по механизму β − β − ​​до 94 Mo с периодом полураспада более 1,1×10 17 лет.
  12. ^ Первичный радионуклид
  13. ^ Предсказано, что он способен подвергаться тройному бета-распаду и четверному бета-распаду с очень длительными частичными периодами полураспада.
  14. ^ Теоретически также может претерпевать β - распад до 96Nb с частичным периодом полураспада более 2,4× 1019  лет [6]

Цирконий-88

88 Zr — радиоизотоп циркония с периодом полураспада 83,4 дня. В январе 2019 года было обнаружено, что этот изотоп имеет сечение захвата нейтронов приблизительно 861 000 барн; это на несколько порядков больше, чем прогнозировалось, и больше, чем у любого другого нуклида, за исключением ксенона -135 . [10]

Цирконий-89

89 Zr — радиоизотоп циркония с периодом полураспада 78,41 часа. Он производится путем протонного облучения природного иттрия-89. Его наиболее заметный гамма-фотон имеет энергию 909 кэВ.

Цирконий-89 используется в специализированных диагностических приложениях с использованием позитронно-эмиссионной томографии [11] , например, с использованием антител, меченых цирконием-89 (иммуно-ПЭТ). [12] Таблицу распада см. в Maria Vosjan. "Цирконий-89 (89Zr)". Cyclotron.nl.

Цирконий-93

93 Zr — радиоизотоп цирконияс периодом полураспада 1,53 миллиона лет, распадающийся посредством испускания низкоэнергетической бета-частицы . 73% распадов заселяют возбужденное состояние ниобия - 93 , который распадается с периодом полураспада 14 лет и низкоэнергетическим гамма-излучением до стабильного основного состояния 93 Nb , в то время как оставшиеся 27% распадов напрямую заселяют основное состояние. [14] Это один из всего лишь 7 долгоживущих продуктов деления . Низкая удельная активность и низкая энергия его излучений ограничивают радиоактивную опасность этого изотопа.

Ядерное деление производит его с выходом деления 6,3% (деление тепловыми нейтронами 235 U), наравне с другими наиболее распространенными продуктами деления. Ядерные реакторы обычно содержат большое количество циркония в качестве оболочки топливных стержней (см. циркалой ), а нейтронное облучение 92 Zr также производит некоторое количество 93 Zr, хотя это ограничено низким сечением захвата нейтронов 92 Zr, равным 0,22 барн . Действительно, одной из основных причин использования циркония в оболочке топливных стержней является его низкое сечение.

93 Zr также имеет низкое сечение захвата нейтронов 0,7 барн. [15] [16] Большая часть делящегося циркония состоит из других изотопов; другой изотоп со значительным сечением поглощения нейтронов - 91 Zr с сечением 1,24 барн. 93 Zr является менее привлекательным кандидатом для утилизации путем ядерной трансмутации , чем 99 Tc и 129 I. Подвижность в почве относительно низкая, поэтому геологическое захоронение может быть адекватным решением. В качестве альтернативы, если влияние на нейтронную экономику93
Более высокое поперечное сечение Zr считается приемлемым, облученная оболочка и продукт деления цирконий (которые смешиваются в большинстве современных методов ядерной переработки ) могут быть использованы для формирования новой оболочки из цирколоя. После того, как оболочка окажется внутри реактора, относительно низкий уровень радиоактивности может быть допустим, но транспортировка и производство могут потребовать особых мер предосторожности.

Ссылки

  1. ^ 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: цирконий». CIAAW . 2024.
  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. ^ «Список принятых значений двойного бета-распада (ββ)». Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория.
  5. ^ H Heiskanen; MT Mustonen; J Suhonen (30 марта 2007 г.). «Теоретический период полураспада для бета-распада 96Zr». Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics . 34 (5): 837–843. doi :10.1088/0954-3899/34/5/005.
  6. ^ Finch, SW; Tornow, W. (2016). «Поиск β-распада 96Zr». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 806 : 70–74. Bibcode : 2016NIMPA.806...70F. doi : 10.1016/j.nima.2015.09.098 .
  7. ^ ab Ohnishi, Tetsuya; Kubo, Toshiyuki; Kusaka, Kensuke; et al. (2010). "Identification of 45 New Neutron-Rich Isotopes Produced by In-Flight Fission of a 238U Beam at 345 MeV/nucleon". J. Phys. Soc. Jpn . 79 (7). Physical Society of Japan: 073201. arXiv : 1006.0305 . Bibcode : 2010JPSJ...79g3201T. doi : 10.1143/JPSJ.79.073201 .
  8. ^ Симидзу, Йохей и др. (2018). «Наблюдение новых нейтронно-богатых изотопов среди фрагментов деления от деления на лету 345 МэВ=нуклон 238U: поиск новых изотопов, проводимый одновременно с кампаниями по измерению распада». Журнал Физического общества Японии . 87 (1): 014203. Bibcode : 2018JPSJ...87a4203S. doi : 10.7566/JPSJ.87.014203 .
  9. ^ Сумикама, Т.; и др. (2021). «Наблюдение новых нейтронно-богатых изотопов в окрестностях Zr110». Physical Review C. 103 ( 1): 014614. Bibcode : 2021PhRvC.103a4614S. doi : 10.1103/PhysRevC.103.014614. hdl : 10261/260248 . S2CID  234019083.
  10. ^ Шустерман, JA; Счиелзо, ND; Томас, KJ; Норман, EB; Лапи, SE; Лавлесс, CS; Питерс, NJ; Робертсон, JD; Шонесси, DA; Тончев, AP (2019). «Удивительно большое сечение захвата нейтронов 88Zr». Nature . 565 (7739): 328–330. Bibcode :2019Natur.565..328S. doi :10.1038/s41586-018-0838-z. OSTI  1512575. PMID  30617314. S2CID  57574387.
  11. ^ Дилворт, Джонатан Р.; Паску, София И. (2018). «Химия ПЭТ-визуализации с цирконием-89». Chemical Society Reviews . 47 (8): 2554–2571. doi :10.1039/C7CS00014F. PMID  29557435.
  12. ^ Ван Донген, GA; Восян, MJ (август 2010 г.). «Иммунопозитронно-эмиссионная томография: проливает свет на клиническую терапию антителами». Биотерапия рака и радиофармацевтика . 25 (4): 375–85. doi :10.1089/cbr.2010.0812. PMID  20707716.
  13. ^ MB Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Ядерные данные для науки и технологий: поперечные сечения, ковариации, выходы продуктов деления и данные о распаде", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (доступно по адресу www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  14. ^ Кассетт, П.; Шартье, Ф.; Иснар, Х.; Фрешу, К.; Ласзак, И.; Дегрос, Ж. П.; Бе, М. М.; Лепи, М. К.; Тартес, И. (2010). «Определение схемы распада и периода полураспада 93Zr». Applied Radiation and Isotopes . 68 (1): 122–130. doi :10.1016/j.apradiso.2009.08.011. PMID  19734052.
  15. ^ "ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)". Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория. 2011-12-22. Архивировано из оригинала 2009-07-20 . Получено 2014-11-20 .
  16. ^ S. Nakamura; et al. (2007). "Сечения захвата тепловых нейтронов цирконием-91 и цирконием-93 с помощью гамма-спектроскопии". Журнал ядерной науки и технологий . 44 (1): 21–28. Bibcode : 2007JNST...44...21N. doi : 10.1080/18811248.2007.9711252. S2CID  96087661.