Išči

    Prvobitni nuklid

    Relativna številčnost kemičnih elementov v zgornji skorji celinske Zemlje na osnovi atoma

    Prvobitni nuklidi, znani tudi kot prvobitni izotopi, so v geokemiji, geofiziki in jedrski fiziki nuklidi, ki jih najdemo na Zemlji in obstajajo v sedanji obliki že od nastanka Zemlje. Prvobitni nuklidi so bili prisotni v medzvezdnem mediju, iz katerega je nastal sončni sistem in so nastali v ali po prapoku z nukleosintezo v zvezdah in supernovah. Obstajajo stabilni nuklidi in dolgoživi radionuklidi, ki so preživeli v predsončevi meglici do danes. Znanih je le 286 takih nuklidov.

    Vsebina

    Stabilnost

    Vsi znani 252 stabilni nuklidi in še 34 nuklidov, ki imajo razpolovno dobo dovolj dolgo, da so preživeli od nastanka Zemlje, so prvobitni nuklidi. Teh 34 prvobitnih radionuklidov predstavlja izotope 28-tih elementov. Kadmij, telur, ksenon, neodim, samarij in uran imajo po dva prvobitna radioizotopa (113
    Cd
    , 116
    Cd
    ; 128
    Te
    , 130
    Te
    ; 124
    Xe
    , 136
    Xe
    ; 144
    Nd
    , 150
    Nd
    ; 147
    Sm
    , 148
    Sm
    ; in 235
    U
    , 238
    U
    ).

    Starost Zemlje znaša 4,58×109 let (4,6 milijarde let), zato mora iz praktičnih razlogov razpolovni čas podanih nuklidov biti večji od približno 108 let (100 milijonov let). Na primer. za nuklid z razpolovno dobo 6×107 let (60 milijonov let) to pomeni, da je razpolovni čas 77 potekel, kar pomeni, da za vsak mol (6,02×1023 atomov) tega nuklida, ki je bil prisoten pri nastanku Zemlje, danes ostanejo le še 4 atomi.

    Štirje najmanj kratkoživi prvobitni nuklidi (tj. nuklidi z najkrajšim razpolovnim časom), ki so bili neizpodbitno eksperimentalno preverjeni, so 232
    Th
    (1,4 x 1010 let), 238
    U
    (4,5 x 109 let), 40
    K
    (1,25 x 109 let) in 235
    U
    (7,0 x 108 let).

    To so 4 nuklidi z razpolovnimi časi, ki so primerljivi ali nekoliko manjši od ocenjene starosti vesolja. (232Th ima razpolovno dobo nekoliko daljšo od starosti vesolja.) Za celoten seznam 34 znanih prvobitnih radionuklidov, vključno s sledečimi 30-timi z razpolovnimi časi, ki so precej daljši od starosti vesolja, glej celotni seznam spodaj. Za praktične namene lahko nuklide z razpolovnimi časi, ki so veliko daljši od starosti vesolja, obravnavamo kot stabilne. 232Th in 238U imata razpolovni čas dovolj dolg, da je njihovo propadanje omejeno v geoloških časovnih skalah; 40K in 235U imata krajšo razpolovno dobo, vendar še vedno dovolj dolgoživa, da lahko se v naravi še nahajata.

    Naslednji nabolj dolgoživi nuklid je 244
    Pu
    z razpolovno dobo 8,08×107 let. Poročali so, da v naravi obstaja kot prvobitni nuklid[1], čeprav ga kasnejše raziskave niso odkrile.[2] Drugi najbolj dolgoživi izotop, za katerega ni dokazano, da je prvobiten[3][4] je 146
    Sm
    , ki ima razpolovno dobo 6,8×107 let, približno dvakrat večjo kot tretji najbolj dolgoživi tak izotop 92
    Nb
    (3,5×107 let).[5] Ob upoštevanju, da morajo vsi ti nuklidi obstajati najmanj 4,6×109 let. mora 244Pu obstati 57 razpolovnih časov (in se zato zmanjša za faktor 257 ≈ 1,4×1017), 146Sm mora obstati 67 (in se zmanjša za 267 ≈ 1,5×1020), 92Nb pa mora obstati 130 (in se zmanjša za 2 130 ≈ 1,4×1039). Matematično bi bilo treba ob upoštevanju verjetne začetne pogostosti teh nuklidov prvobitna 244 Pu in 146 Sm obstajati nekje znotraj Zemlje, četudi jih ni mogoče identificirati v sorazmerno majhnem delu Zemljine skorje, ki je na voljo človeškim testom, medtem ko 92Nb in vsi kratkoživi nuklidi ne bi smeli obstajati. Nukleide, kot je 92Nb, ki so bili v prvotni sončni meglici, ampak so že davno popolnoma izginili, imenujemo izumrli radionuklidi, če nimajo drugega načina za regeneracijo.[6]

    Ker so prvobitni kemični elementi pogosto sestavljeni iz več kot enega prvobitnega izotopa, obstaja samo 83 različnih prvobitnih kemičnih elementov.

    Prvobitni elementi

    Obstaja 252 stabilnih in 34 radioaktivnih prvobitnih nuklidov, vendar le 80 prvobitnih stabilnih elementov (1 do 82, tj. od vodika do svinca, razen 43 in 61, tehnecij in prometij) in trije radioaktivni prvobitni elementi (bizmut, torij in uran). Bizmutov razpolovni čas je tako dolg, da ga pogosto uvrščamo med 80 prvobitnih stabilnih elementov, saj njegova radioaktivnost ni zaskrbljujoča. Število elementov je manjše od števila nuklidov, ker je veliko prvobitnih elementov predstavljenih z več izotopi.

    Radioaktivni prvobitni nuklidi

    Št. Nuklid Energija Razpolovni-
    čas
    (leta)
    Tip
    razpada
    Razpadna energija
    (MeV)
    Približno razmerje
    razp.čas do
    starosti vesolja
    253 128Te 8,743261 2,2×1024 2 β 2,530 160 bilijonov
    254 124Xe 8,778264 1,8×1022 KK 2,864 1 bilijon
    255 78Kr 9,022349 9,2×1021 KK 2,846 670 milijard
    256 136Xe 8,706805 2,165×1021 2 β 2,462 150 milijard
    257 76Ge 9,034656 1,8×1021 2 β 2,039 130 milijard
    258 130Ba 8,742574 1,2×1021 KK 2,620 90 milijard
    259 82Se 9,017596 1,1×1020 2 β 2,995 8 milijard
    260 116Cd 8,836146 3,102×1019 2 β 2,809 2 milijardi
    261 48Ca 8,992452 2,301×1019 2 β 4,274; 0,0058 2 milijardi
    262 209Bi 8,158689 2,01×1019 α 3,137 1 milijarda
    263 96Zr 8,961359 2,0×1019 2 β 3,4 1 milijarda
    264 130Te 8,766578 8,806×1018 2 β 0,868 600 milijonov
    265 150Nd 8,562594 7,905×1018 2 β 3,367 600 milijonov
    266 100Mo 8,933167 7,804×1018 2 β 3,035 600 milijonov
    267 151Eu 8,565759 5,004×1018 α 1,9644 300 milijonov
    268 180W 8,347127 1,801×1018 α 2,509 100 milijonov
    269 50V 9,055759 1,4×1017 β+ ali β 2,205; 1,038 10 milijonov
    270 113Cd 8,859372 7,7×1015 β 0,321 600.000
    271 148Sm 8,607423 7,005×1015 α 1,986 500.000
    272 144Nd 8,652947 2,292×1015 α 1,905 200.000
    273 186Os 8,302508 2,002×1015 α 2,823 100.000
    274 174Hf 8,392287 2,002×1015 α 2,497 100,000
    275 115In 8,849910 4,4×1014 β 0,499 30.000
    276 152Gd 8,562868 1,1×1014 α 2,203 8000
    277 190Pt 8,267764 6,5×1011 α 3,252 47
    278 147Sm 8,610593 1,061×1011 α 2,310 7,7
    279 138La 8,698320 1,021×1011 K ali β 1,737; 1,044 7,4
    280 87Rb 9,043718 4,972×1010 β 0,283 3,6
    281 187Re 8,291732 4,122×1010 β 0,0026 3
    282 176Lu 8,374665 3,764×1010 β 1,193 2,7
    283 232Th 7,918533 1,405×1010 α ali SF 4,083 1
    284 238U 7,872551 4,468×109 α ali SF ali 2 β 4,270 0,3
    285 40K 8,909707 1,251×109 β ali K ali β+ 1,311; 1,505; 1,505 0,09
    286 235U 7,897198 7,038×108 α ali SF 4,679 0,05

    Legenda

    Št. (število)
    Tekoče pozitivno število za namene sklicevanja. V prihodnosti se te številke lahko rahlo spremenijo, ker je danes klasificiranih 162 nuklidov kot stabilnih, ki pa so lahko teoretično nestabilni. Število se začne pri 253, ki sledi 252 stabilnim nuklidom.
    Nuklid
    Identifikator nuklida je podan z masnim številom A in simbolom kemijskega elementa.
    Energija
    Masa povprečnega nukleona tega nukleida ralativno na maso nevtrona (zato imajo vsi nuklidi imajo pozitivno vrednost) v MeV/c2, formalno: mnmnuklid / A.
    Razpolovni čas
    Vsi časi so podani v letih.
    tip razpada
    α α razpad
    β β razpad
    K zajetje elektrona
    KK dvojno zajetje elektrona
    β+ β+ razpad
    SF spontana jedrska cepitev
    2 β dvojni β razpad
    2 β+ dvojni β+ razpad
    I izomerski prehod
    p emisija protona
    n emisija nevtrona
    Razpadna energija
    Več vrednosti za (maksimalno) razpadno energijo v MeV so označene v vrstnem redu glede na tip razpada.

    Glej tudi

    Sklici

    1. Hoffman, D. C.; Lawrence, F. O.; Mewherter, J. L.; Rourke, F. M. (1971). "Detection of Plutonium-244 in Nature". Nature. 234 (5325): 132–134. Bibcode:1971Natur.234..132H. doi:10.1038/234132a0.
    2. Lachner, J.; et al. (2012). "Attempt to detect primordial 244Pu on Earth". Physical Review C. 85 (1): 015801. Bibcode:2012PhRvC..85a5801L. doi:10.1103/PhysRevC.85.015801.
    3. Samir Maji; et al. (2006). "Separation of samarium and neodymium: a prerequisite for getting signals from nuclear synthesis". Analyst. 131 (12): 1332–1334. Bibcode:2006Ana...131.1332M. doi:10.1039/b608157f. PMID 17124541.
    4. Kinoshita, N.; Paul, M.; Kashiv, Y.; Collon, P.; Deibel, C. M.; DiGiovine, B.; Greene, J. P.; Henderson, D. J.; Jiang, C. L.; Marley, S. T.; Nakanishi, T. (30 March 2012). "A Shorter 146Sm Half-Life Measured and Implications for 146Sm-142Nd Chronology in the Solar System". Science (angleščina). 335 (6076): 1614–1617. arXiv:1109.4805. Bibcode:2012Sci...335.1614K. doi:10.1126/science.1215510. ISSN 0036-8075. PMID 22461609.
    5. S. Maji; S. Lahiri; B. Wierczinski; G. Korschinek (2006). "Separation of samarium and neodymium: a prerequisite for getting signals from nuclear synthesis". Analyst. 131 (12): 1332–1334. Bibcode:2006Ana...131.1332M. doi:10.1039/b608157f. PMID 17124541.
    6. P. K. Kuroda (1979). "Origin of the elements: pre-Fermi reactor and plutonium-244 in nature". Accounts of Chemical Research. 12 (2): 73–78. doi:10.1021/ar50134a005.