Алюминий-26 ( 26Al , Al-26 ) — радиоактивный изотоп химического элемента алюминия , распадающийся либо путем испускания позитронов , либо путем захвата электронов до стабильного магния -26. Период полураспада 26Al составляет 717 000 лет. Это слишком мало для того, чтобы изотоп выжил в качестве первичного нуклида , но небольшое его количество образуется при столкновениях атомов с протонами космических лучей . [1]
Распад алюминия-26 также приводит к появлению 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 радиоактивен, его обычно хранят за слоем свинца толщиной не менее 5 сантиметров (2 дюйма). Контакт с 26 Al может привести к радиологическому загрязнению. Для этого необходимы специальные инструменты для передачи, использования и хранения. [3]
Алюминий-26 может быть использован для расчета земного возраста метеоритов и комет . Он производится в значительных количествах во внеземных объектах путем расщепления кремния вместе с бериллием -10 , хотя после падения на Землю производство 26Al прекращается, и его распространенность относительно других космогенных нуклидов уменьшается. Отсутствие источников алюминия-26 на Земле является следствием того, что атмосфера Земли препятствует взаимодействию кремния на поверхности и нижней тропосфере с космическими лучами. Следовательно, количество 26Al в образце может быть использовано для расчета даты падения метеорита на Землю. [1]
Гамма-излучение от распада алюминия-26 при 1809 кэВ было первым наблюдаемым гамма-излучением из Галактического Центра . Наблюдение было сделано спутником HEAO-3 в 1984 году. [4] [5]
26 Al в основном производится в сверхновых, выбрасывающих множество радиоактивных нуклидов в межзвездную среду . Считается, что изотоп имеет решающее значение для эволюции планетарных объектов, обеспечивая достаточно тепла для плавления и дифференциации аккрецирующих планетезималей . Известно, что это происходило в ранней истории астероидов 1 Церера и 4 Веста . [6] [7] [8] Была выдвинута гипотеза, что 26 Al сыграл роль в необычной форме спутника Сатурна Япета . Япет заметно сплющен и сплющен, что указывает на то, что он вращался значительно быстрее в начале своей истории, с периодом вращения, возможно, всего лишь 17 часов. Нагрев от 26 Al мог обеспечить достаточно тепла в Япете, чтобы позволить ему соответствовать этому быстрому периоду вращения, прежде чем спутник остыл и стал слишком жестким, чтобы вернуться в гидростатическое равновесие. [9]
Присутствие молекулы монофторида алюминия в качестве изотополога 26Al в CK Vulpeculae , которая является неизвестным типом новой, представляет собой первое весомое доказательство существования внесолнечной радиоактивной молекулы. [10]
Рассматривая известное плавление малых планетных тел в ранней Солнечной системе, HC Urey отметил, что естественно встречающиеся долгоживущие радиоактивные ядра ( 40 K, 238 U, 235 U и 232 Th) были недостаточными источниками тепла. Он предположил, что источником тепла могут быть короткоживущие ядра из недавно образовавшихся звезд, и определил 26 Al как наиболее вероятный выбор. [11] [12] Это предложение было сделано задолго до того, как были известны или поняты общие проблемы звездного нуклеосинтеза ядер. Эта гипотеза была основана на открытии 26 Al в мишени Mg Симантоном, Райтмайром, Лонгом и Кохманом. [13]
Их поиск был предпринят, потому что до сих пор не было известно ни одного радиоактивного изотопа Al, который мог бы быть полезен в качестве трассера. Теоретические соображения предполагали, что должно существовать состояние 26 Al. Время жизни 26 Al тогда не было известно; оно оценивалось только между 10 4 и 10 6 годами. Поиск 26 Al продолжался в течение многих лет, спустя долгое время после открытия потухшего радионуклида 129 I , который показал, что вклад звездных источников образовался примерно за 10 8 лет до того, как Солнце внесло свой вклад [ как? ] в смесь Солнечной системы. Астероидные материалы, из которых получены образцы метеоритов, были давно известны как материалы из ранней Солнечной системы. [14]
Метеорит Альенде , упавший в 1969 году, содержал обильные включения, богатые кальцием и алюминием (CAIs). Это очень тугоплавкие материалы, и их интерпретировали как конденсаты из горячей солнечной туманности . [15] [16] затем обнаружили, что кислород в этих объектах был повышен в 16 O примерно на 5%, в то время как 17 O/ 18 O был таким же, как у земных. Это ясно показало большой эффект в обильном элементе, который может быть ядерным, возможно, из звездного источника. Затем было обнаружено, что эти объекты содержат стронций с очень низким 87 Sr/ 86 Sr, что указывает на то, что они были на несколько миллионов лет старше ранее проанализированного метеоритного материала, и что этот тип материала заслуживает поиска 26 Al. [17] 26 Al сегодня присутствует в материалах Солнечной системы только в результате космических реакций на незащищенных материалах на чрезвычайно [ количественно ] низком уровне. Таким образом, любой первоначальный 26Al в ранней Солнечной системе теперь вымер.
Чтобы установить присутствие 26 Al в очень древних материалах, необходимо продемонстрировать, что образцы должны содержать явные избытки 26 Mg/ 24 Mg, что коррелирует с соотношением 27 Al/ 24 Mg. Стабильный 27 Al тогда является суррогатом вымершего 26 Al. Различные соотношения 27 Al/ 24 Mg связаны с различными химическими фазами в образце и являются результатом нормальных процессов химического разделения, связанных с ростом кристаллов в CAIs. Явное доказательство присутствия 26 Al в соотношении распространенности 5×10−5 было показано Ли и др. [18] [19] Значение ( 26 Al/ 27 Al ~ 5 × 10−5 ) в настоящее время общепризнанно как высокое значение в ранних образцах Солнечной системы и обычно используется в качестве уточненного хронометра временной шкалы для ранней Солнечной системы. Более низкие значения подразумевают более позднее время формирования. Если этот 26 Al является результатом досолнечных звездных источников, то это подразумевает тесную связь во времени между образованием Солнечной системы и производством в какой-то взорвавшейся звезде. Многие материалы, которые, как предполагалось, были очень ранними (например, хондры), по-видимому, образовались несколько миллионов лет спустя. [20] Другие вымершие радиоактивные ядра, которые явно имели звездное происхождение, были тогда обнаружены. [21]
То, что 26 Al присутствовал в межзвездной среде в качестве основного источника гамма-лучей , не было исследовано до разработки программы астрономической обсерватории высоких энергий. Космический аппарат HEAO-3 с охлаждаемыми детекторами Ge позволил четко обнаружить гамма-линии 1,808 МэВ из центральной части галактики из распределенного источника 26 Al. [4] Это представляет собой квазистационарный инвентарь, соответствующий двум солнечным массам 26 Al , был распределен. [ необходимо разъяснение ] Это открытие было значительно расширено наблюдениями из Комптоновской гамма-обсерватории с использованием телескопа COMPTEL в галактике. [22] Впоследствии были также обнаружены линии 60 Fe (1,173 МэВ и 1,333 МэВ), показывающие относительные скорости распада от 60 Fe до 26 Al, составляющие 60 Fe/ 26 Al ~ 0,11. [23]
В поисках носителей 22 Ne в шламе, полученном в результате химического разрушения некоторых метеоритов, зерна-носители микронного размера, кислотостойкие сверхогнеупорные материалы (например, C, SiC ) были обнаружены Э. Андерсом и Чикагской группой. Было ясно показано, что зерна-носители являются околозвездными конденсатами от более ранних звезд и часто содержат очень большие усиления в 26 Mg/ 24 Mg от распада 26 Al с 26 Al/ 27 Al, иногда приближающимся к 0,2. [24] [25] Эти исследования зерен микронного масштаба стали возможны в результате развития поверхностной ионной масс-спектрометрии с высоким разрешением по массе с сфокусированным пучком, разработанным Г. Слодзяном и Р. Кастенгом с CAMECA Co.
Производство 26 Al в результате взаимодействия космических лучей в неэкранированных материалах используется в качестве монитора времени воздействия космических лучей. Количества намного ниже начального запаса, который обнаруживается в очень ранних обломках солнечной системы.
До 1954 года период полураспада алюминия-26m составлял 6,3 секунды. [26] После того, как было высказано предположение, что это может быть периодом полураспада метастабильного состояния ( изомера ) алюминия-26, основное состояние было получено путем бомбардировки магния-26 и магния-25 дейтронами в циклотроне Питтсбургского университета . [ 13] Первый период полураспада был определен в диапазоне 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 . [27] Распад является сверхразрешенным . Измерение периода полураспада 26m Al, проведенное в 2011 году, составило 6346,54 ± 0,46 (статистическое) ± 0,60 (системное) миллисекунд. [28]