Изото́пы цирко́ния — разновидности химического элемента циркония с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы циркония с массовыми числами от 78 до 110 (количество протонов 40, нейтронов от 38 до 70) и 6 ядерных изомеров.
Природный цирконий представляет собой смесь пяти изотопов. Четырех стабильных:
- 90Zr (изотопная распространённость 51,46 %)
- 91Zr (изотопная распространённость 11,23 %)
- 92Zr (изотопная распространённость 17,11 %)
- 94Zr (изотопная распространённость 17,4 %)
И одного нестабильного, но с очень большим периодом полураспада, много порядков больше возраста Вселенной (~1,38⋅1010 лет):
- 96Zr (изотопная распространённость 2,8 %, период полураспада 2,34⋅1019 лет, схема двойной бета-распад).
Среди искусственных изотопов самый долгоживущий 93Zr (период полураспада 1,61 млн лет), 88Zr (период полураспада 83 суток), 95Zr (период полураспада 64 суток), 89Zr (период полураспада 78 часов). Изотопы легче 92Zr преимущественно распадаются по схеме захвата электрона, тяжелее претерпевают бета-распад.
Цирконий-88
правитьИзотоп примечателен очень большим сечением захвата тепловых нейтронов, ~860 тыс. барн[1]. Является вторым после ксенона-135 по этой величине. В отличие от изотопа ксенона-135 в продуктах деления урана и плутония[англ.] почти не встречается и потому не имеет такой же значимости в управлении ядерными реакторами.
Цирконий-93
правитьИзотоп присутствует в продуктах деления урана и плутония[англ.] с выходом более 6 %. Его период полураспада достигает 1,61 млн лет, что делает его одним из значимых долгоживущих продуктов распада[англ.] в отработавшем ядерном топливе, усложняющем его утилизацию.
Таблица изотопов циркония
править| Символ нуклида |
Z(p) | N(n) | Масса изотопа[2] (а. е. м.) |
Период полураспада[3] (T1/2) |
Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[3] |
Распространённость изотопа в природе |
Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | |||||||||
| 78Zr | 40 | 38 | 77,95523(54)# | 50# мс [>170 нс] |
0 | ||||
| 79Zr | 40 | 39 | 78,94916(43)# | 56(30) мс | β , p | 78Sr | 5/2 # | ||
| β | 79Y | ||||||||
| 80Zr | 40 | 40 | 79,9404(16) | 4,6(6) с | β | 80Y | 0 | ||
| 81Zr | 40 | 41 | 80,93721(18) | 5,5(4) с | β (>99,9%) | 81Y | (3/2−)# | ||
| β , p (<0,1%) | 80Sr | ||||||||
| 82Zr | 40 | 42 | 81,93109(24)# | 32(5) с | β | 82Y | 0 | ||
| 83Zr | 40 | 43 | 82,92865(10) | 41,6(24) с | β (>99,9%) | 83Y | (1/2−)# | ||
| β , p (<0,1%) | 82Sr | ||||||||
| 84Zr | 40 | 44 | 83,92325(21)# | 25,9(7) мин | β | 84Y | 0 | ||
| 85Zr | 40 | 45 | 84,92147(11) | 7,86(4) мин | β | 85Y | 7/2 | ||
| 85mZr | 292,2(3) кэВ | 10,9(3) с | ИП (92%) | 85Zr | (1/2−) | ||||
| β (8%) | 85Y | ||||||||
| 86Zr | 40 | 46 | 85,91647(3) | 16,5(1) ч | β | 86Y | 0 | ||
| 87Zr | 40 | 47 | 86,914816(9) | 1,68(1) ч | β | 87Y | (9/2) | ||
| 87mZr | 335,84(19) кэВ | 14,0(2) с | ИП | 87Zr | (1/2)− | ||||
| 88Zr | 40 | 48 | 87,910227(11) | 83,4(3) сут | ЭЗ | 88Y | 0 | ||
| 89Zr | 40 | 49 | 88,908890(4) | 78,41(12) ч | β | 89Y | 9/2 | ||
| 89mZr | 587,82(10) кэВ | 4,161(17) мин | ИП (93,77%) | 89Zr | 1/2− | ||||
| β (6,23%) | 89Y | ||||||||
| 90Zr | 40 | 50 | 89,9047044(25) | стабилен | 0 | 0,5145(40) | |||
| 90m1Zr | 2319,000(10) кэВ | 809,2(20) мс | ИП | 90Zr | 5- | ||||
| 90m2Zr | 3589,419(16) кэВ | 131(4) нс | 8 | ||||||
| 91Zr | 40 | 51 | 90,9056458(25) | стабилен | 5/2 | 0,1122(5) | |||
| 91mZr | 3167,3(4) кэВ | 4,35(14) мкс | (21/2 ) | ||||||
| 92Zr | 40 | 52 | 91,9050408(25) | стабилен | 0 | 0,1715(8) | |||
| 93Zr | 40 | 53 | 92,9064760(25) | 1,61(5)⋅106 лет[4] | β− (73%) | 93mNb | 5/2 | ||
| β− (27%) | 93Nb | ||||||||
| 94Zr | 40 | 54 | 93,9063152(26) | стабилен (>1,1⋅1017лет)[n 1][4] | 0 | 0,1738(28) | |||
| 95Zr | 40 | 55 | 94,9080426(26) | 64,032(6) сут | β− | 95Nb | 5/2 | ||
| 96Zr | 40 | 56 | 95,9082734(30) | 2.34(17)⋅1018 лет[4] | β−β−[n 2][5] | 96Mo | 0 | 0,0280(9) | |
| 97Zr | 40 | 57 | 96,9109531(30) | 16,744(11) ч | β− | 97mNb | 1/2 | ||
| 98Zr | 40 | 58 | 97,912735(21) | 30,7(4) с | β− | 98Nb | 0 | ||
| 99Zr | 40 | 59 | 98,916512(22) | 2,1(1) с | β− | 99mNb | 1/2 | ||
| 100Zr | 40 | 60 | 99,91776(4) | 7,1(4) с | β− | 100Nb | 0 | ||
| 101Zr | 40 | 61 | 100,92114(3) | 2,3(1) с | β− | 101Nb | 3/2 | ||
| 102Zr | 40 | 62 | 101,92298(5) | 2,9(2) с | β− | 102Nb | 0 | ||
| 103Zr | 40 | 63 | 102,92660(12) | 1,3(1) с | β− | 103Nb | (5/2−) | ||
| 104Zr | 40 | 64 | 103,92878(43)# | 1,2(3) с | β− | 104Nb | 0 | ||
| 105Zr | 40 | 65 | 104,93305(43)# | 0,6(1) с | β− (>99,9%) | 105Nb | |||
| β−, n (<.1%) | 104Nb | ||||||||
| 106Zr | 40 | 66 | 105,93591(54)# | 200# мс [>300 нс] |
β− | 106Nb | 0 | ||
| 107Zr | 40 | 67 | 106,94075(32)# | 150# мс [>300 нс] |
β− | 107Nb | |||
| 108Zr | 40 | 68 | 107,94396(64)# | 80# мс [>300 нс] |
β− | 108Nb | 0 | ||
| 109Zr | 40 | 69 | 108,94924(54)# | 60# мс [>300 нс] |
|||||
| 110Zr | 40 | 70 | 109,95287(86)# | 30# мс [>300 нс] |
0 | ||||
| 111Zr[6] | 40 | 71 | |||||||
| 112Zr[6] | 40 | 72 | 0 | ||||||
| 113Zr[7] | 40 | 73 | |||||||
| 114Zr[8] | 40 | 74 | 0 | ||||||
- ↑ Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в 94Mo
- ↑ Теоретически может претерпевать β− распад в 96Nb с парциальным периодом полураспада более 2,4⋅1019 лет
Пояснения к таблице
править- Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.
- Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
- Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
- Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
- Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.
Примечания
править- ↑ Shusterman, J. A.; Scielzo, N. D.; Thomas, K. J.; Norman, E. B.; Lapi, S. E.; Loveless, C. S.; Peters, N. J.; Robertson, J. D.; Shaughnessy, D. A.; Tonchev, A. P. The surprisingly large neutron capture cross-section of 88Zr (англ.) // Nature : journal. — 2019. — Vol. 565, no. 7739. — P. 328—330. — doi:10.1038/s41586-018-0838-z. — PMID 30617314.
- ↑ Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — .
- ↑ 1 2 Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
- ↑ 1 2 3 Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
- ↑ Finch, S.W.; Tornow, W. (2016). "Search for the β decay of 96Zr". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 806: 70—74. Bibcode:2016NIMPA.806...70F. doi:10.1016/j.nima.2015.09.098.
- ↑ 1 2 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. doi:10.1143/JPSJ.79.073201.
- ↑ Shimizu, Yohei; et al. (2018). "Observation of New Neutron-rich Isotopes among Fission Fragments from In-flight Fission of 345MeV=nucleon 238U: Search for New Isotopes Conducted Concurrently with Decay Measurement Campaigns". Journal of the Physical Society of Japan. 87: 014203. doi:10.7566/JPSJ.87.014203.
- ↑ Sumikama, T.; et al. (2021). "Observation of new neutron-rich isotopes in the vicinity of Zr110". Physical Review C. 103. doi:10.1103/PhysRevC.103.014614.