Войти
Относительное содержание химических элементов в верхней части континента Земли земная кора, на атомной основе В геохимии, геофизике и ядерной физике, первичных нуклидах, а также известные как первичные изотопы, это нуклиды, обнаруженные на Земле, которые существовали в их нынешней форме с момента образования Земли. Первичные нуклиды присутствовали в межзвездной среде, из которой была сформирована Солнечная система, и были образованы во время Большого взрыва или после него, в результате нуклеосинтеза в звездах и сверхновых с последующим выбросом массы., расщеплением космических лучей и, возможно, другими процессами. Это стабильные нуклиды плюс долгоживущая фракция радионуклидов, выживающих в первичной солнечной туманности в результате аккреции планет до настоящего времени. Известно всего 286 таких нуклидов.
Все известные 252 стабильных нуклида, плюс еще 34 нуклида, которые имеют период полураспада, достаточный для того, чтобы выжить с момента образования Земли, встречаются в виде первичных нуклидов. Эти 34 первичных радионуклида представляют собой изотопы 28 отдельных элементов. кадмий, теллур, ксенон, неодим, самарий и уран имеют по два первичные радиоизотопы (. Cd., . Cd. ; . Te., . Te. ; . Xe., . Xe. ; . Nd., . Nd. ; . Sm., . Sm. ; и . U., . U. ).
Поскольку возраст Земли составляет 4,58 × 10 лет (4,6 миллиарда лет), период полураспада данных нуклидов должен быть больше примерно 10 лет. (100 миллионов лет) для практических соображений. Например, для нуклида с периодом полураспада 6 × 10 лет (60 миллионов лет) это означает, что прошло 77 периодов полураспада, что означает, что на каждый моль (6,02 × 10 атомов) этого нуклида приходится На момент образования Земли осталось всего 4 атома.
Четыре кратчайших жили первичные нуклиды (т.е. нуклиды с кратчайшим периодом полураспадом), были неоспоримо экспериментально проверены являются . Th. (1,4 х 10 лет), . U. (4,5 х 10 лет), . K. (1,25 x 10 лет) и . U. (7,0 x 10 лет).
Это 4 нуклида с периодом полураспада, сравнимым или несколько меньшим предполагаемого возраста Вселенной. (Период полураспада Th немного превышает возраст Вселенной.) Для получения полного списка 34 известных первичных радионуклидов, включая следующие 30, период полураспада которых намного превышает возраст Вселенной, см. полный список ниже. Для практических целей нуклиды с периодом полураспада, намного превышающим возраст Вселенной, можно рассматривать как стабильные. Период полураспада Th и U достаточно велик, поэтому их распад ограничен геологическими временными масштабами; K и U имеют более короткий период полураспада и, следовательно, сильно истощены, но все же достаточно долгоживущие, чтобы в значительной степени сохраняться в природе.
Следующий самый долгоживущий нуклид после конца списка, приведенного в таблице, - это . Pu. с периодом полураспада 8,08 × 10 лет. Сообщалось, что он существует в природе как первичный нуклид, хотя более позднее исследование не обнаружило его. Второй по продолжительности жизни изотоп, не доказавший свою первичность, - это . Sm., период полураспада которого составляет 6,8 × 10 лет, что примерно вдвое больше, чем у третьего по продолжительности жизни изотопа . Nb. (3,5 × 10 лет).. Принимая во внимание, что все эти нуклиды должны существовать не менее 4,6 × 10 лет, Pu должен пережить 57 периодов полураспада (и, следовательно, сократиться в 2 ≈ 1,4 × 10 раз), Sm должен выжить 67 (и уменьшиться в 2 раза). ≈ 1,5 × 10), а Nb должен выжить в 130 (и уменьшиться на 2 ≈ 1,4 × 10). С математической точки зрения, учитывая вероятное начальное содержание этих нуклидов, Pu и Sm должны сохраняться где-то в пределах Земли сегодня, даже если они не поддаются идентификации в относительно небольшой части земной коры, доступной для человеческих анализов, в то время как они не должны присутствовать в отношении Nb и всего остального. короткоживущие нуклиды. Такие нуклиды, как Nb, которые присутствовали в первичной солнечной туманности, но давно уже полностью распались, называются потухшими радионуклидами, если у них нет других средств для регенерации.
Потому что первичные химические элементы часто состоят из более чем одного первичного изотопа, всего 83 отдельных первичных химических элемента. Из них 80 содержат по крайней мере один стабильный изотоп , а три дополнительных первичных элемента содержат только радиоактивные изотопы (висмут, торий и уран).
Некоторые нестабильные изотопы, встречающиеся в природе (такие как . C., . H. и . Pu. ), не являются первичными, поскольку они должны постоянно регенерироваться. Это происходит в результате космического излучения (в случае космогенных нуклидов, таких как. C. и. H.) или (редко) в результате таких процессов, как геоядерная трансмутация (нейтрон захват урана в случае. Np. и. Pu.). Другими примерами обычных встречающихся в природе, но не первичных нуклидов являются изотопы радона, полония и радия, которые все радиогенные нуклиды дочери распада урана и обнаружены в урановых рудах. Подобный радиогенный ряд происходит от долгоживущего радиоактивного первичного нуклида Th. Эти нуклиды описаны как геогенные, что означает, что они являются продуктами распада или деления урана или других актинидов в подземных породах. Все такие нуклиды имеют более короткий период полураспада, чем их исходные радиоактивные первичные нуклиды. Некоторые другие геогенные нуклиды не встречаются в цепочках распада Th, U или U, но могут мимолетно возникать в природе как продукты спонтанного деления одного из этих трех долгоживущих нуклиды, такие как Sn, который составляет около 10 из всего природного олова.
Существует 252 стабильных первичных нуклида и 34 радиоактивных первичных нуклида, но только 80 первичные стабильные элементы (с 1 по 82, то есть водород через свинец, исключая 43 и 61, технеций и прометий соответственно) и три радиоактивных первичных элемента (висмут, торий и уран). Период полураспада висмута настолько велик, что его часто относят к 80 первичным стабильным элементам, поскольку его радиоактивность не вызывает серьезных опасений. Количество элементов меньше, чем количество нуклидов, потому что многие из первичных элементов представлены множеством изотопов. См. химический элемент для получения дополнительной информации.
Как уже отмечалось, их насчитывается около 252. Список см. В статье Список элементов по стабильности изотопов. Полный список, в котором отмечается, какие из «стабильных» 252 нуклидов могут быть в некотором отношении нестабильными, см. В списке нуклидов и стабильных нуклидах. Эти вопросы не влияют на вопрос о том, является ли нуклид первичным, поскольку все «почти стабильные» нуклиды с периодом полураспада, превышающим возраст Вселенной, также являются первичными.
Хотя по оценкам, около 34 первичных нуклидов радиоактивны (список ниже), становится очень трудно определить точное общее количество радиоактивных первичных нуклидов., потому что общее количество стабильных нуклидов неизвестно. Существует много чрезвычайно долгоживущих нуклидов, период полураспада которых до сих пор неизвестен. Например, теоретически предсказано, что все изотопы вольфрама, включая те, которые указаны даже самыми современными эмпирическими методами как стабильные, должны быть радиоактивными и могут распадаться с альфа-излучением, но на 2013 год это можно было измерить только экспериментально для . W.. Точно так же ожидается, что все четыре первичных изотопа свинца распадутся до ртути, но прогнозируемые периоды полураспада настолько велики (некоторые превышают 10 лет), что это вряд ли можно наблюдать в ближайшее будущее. Тем не менее, количество нуклидов с таким длительным периодом полураспада, что их невозможно измерить с помощью существующих инструментов - и с этой точки зрения они считаются стабильными нуклидами - ограничено. Даже когда «стабильный» нуклид оказывается радиоактивным, он просто перемещается из стабильного в нестабильный список первичных нуклидов, а общее количество первичных нуклидов остается неизменным.
Эти 34 первичных нуклида представляют собой радиоизотопы 28 различных химических элементов (кадмий, неодим, самарий, теллур, уран и ксенон, каждый из которых имеет два первичные радиоизотопы). Радионуклиды перечислены в порядке их стабильности, начиная с самого длинного периода полураспада. Эти радионуклиды во многих случаях настолько почти стабильны, что конкурируют за содержание стабильных изотопов соответствующих элементов. Для трех химических элементов, индия, теллура и рения, очень долгоживущий радиоактивный первичный нуклид обнаружен в большем количестве, чем стабильный нуклид.
Самый долгоживущий радионуклид имеет период полураспада 2,2 × 10 лет, что в 160 триллионов раз больше возраста Вселенной. Только четыре из этих 34 нуклидов имеют период полураспада короче или равный возрасту Вселенной. Большинство из оставшихся 30 имеют период полураспада намного дольше. Самый короткоживущий первичный изотоп, U, имеет период полураспада 704 миллиона лет, что составляет примерно одну шестую возраста Земли и Солнечной системы.
| №. | Нуклид | Энергия | Период полураспада.. (лет) | Распад. Режим | Энергия распада. (МэВ) | Прибл. отношение. периода полураспада к. возрасту Вселенной |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 253 | Te | 8,743261 | 2,2 × 10 | 2 β | 2,530 | 160 трлн |
| 254 | Xe | 8,778264 | 1,8 × 10 | KK | 2,864 | 1 трлн |
| 255 | Kr | 9.022349 | 9,2 × 10 | KK | 2,846 | 670 млрд |
| 256 | Xe | 8,706805 | 2,165 × 10 | 2 β | 2,462 | 150 миллиардов |
| 257 | Ge | 9.034656 | 1.8x10 | 2 β | 2.039 | 130 миллиардов |
| 258 | Ba | 8.742574 | 1,2 × 10 | KK | 2,620 | 90 миллиардов |
| 259 | Se | 9.017596 | 1.1 × 10 | 2 β | 2,995 | 8 миллиардов |
| 260 | Cd | 8,836146 | 3,102 × 10 | 2 β | 2,809 | 2 миллиарда |
| 261 | Ca | 8.992452 | 2.301x10 | 2 β | 4.274,.0058 | 2 миллиарда |
| 262 | Zr | 8.961359 | 2,0 × 10 | 2 β | 3,4 | 1 миллиард |
| 263 | Bi | 8,158689 | 1,9 × 10 | α | 3,137 | 1 миллиард |
| 264 | Te | 8,766578 | 8.806 × 10 | 2 β | .868 | 600 миллионов |
| 265 | Nd | 8.562594 | 7.905 ×10 | 2 β | 3.367 | 600 миллионов |
| 266 | Mo | 8.933167 | 7.804 ×10 | 2 β | 3.035 | 600 миллионов |
| 267 | Eu | 8,565759 | 5,004 × 10 | α | 1,9644 | 300 миллионов |
| 268 | W | 8.347127 | 1,801 × 10 | α | 2,509 | 100 миллионов |
| 269 | V | 9.055759 | 1.4 × 10 | β или β | 2.205, 1.038 | 10 миллионов |
| 270 | Cd | 8.859372 | 7.7 × 10 | β | .321 | 600000 |
| 271 | Sm | 8.607423 | 7.005 × 10 | α | 1.986 | 500000 |
| 272 | Nd | 8.652947 | 2.292 ×10 | α | 1.905 | 200000 |
| 273 | Os | 8.302508 | 2.002 × 10 | α | 2.823 | 100000 |
| 274 | Hf | 8.392287 | 2.002 ×10 | α | 2.497 | 100000 |
| 275 | In | 8.849910 | 4.4 × 10 | β | .499 | 30,000 |
| 276 | Gd | 8.562868 | 1.1 × 10 | α | 2.203 | 8000 |
| 277 | Pt | 8.267764 | 6.5x10 | α | 3.252 | 47 |
| 278 | Sm | 8.610593 | 1.061 × 10 | α | 2.310 | 7,7 |
| 279 | La | 8.698320 | 1.021 × 10 | K или β | 1,737, 1.044 | 7,4 |
| 280 | Rb | 9,043718 | 4,972 × 10 | β | .283 | 3,6 |
| 281 | Re | 8.291732 | 4.122 ×10 | β | .0026 | 3 |
| 282 | Lu | 8.374665 | 3,764 × 10 | β | 1,193 | 2,7 |
| 283 | Th | 7.918533 | 1.406x10 | α или SF | 4.083 | 1 |
| 284 | U | 7.872551 | 4,471 × 10 | α или SF или 2 β | 4,270 | 0,3 |
| 285 | K | 8,909707 | 1,25 × 10 | β или K или β | 1,311, 1,505, 1,505 | 0,09 |
| 286 | U | 7,897198 | 7,04 × 10 | α или SF | 4,679 | 0,05 |
