نظائر النيتروجين

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يتكون النيتروجين الطبيعي ( <sup>7 </sup>N) من نظيرين مستقرين : يشكل النيتروجين-14 الغالبية العظمى (99.62%) من النيتروجين الموجود في الطبيعة، بينما يشكل النيتروجين-15 النسبة المتبقية (0.38%). كما يُعرف ثلاثة عشر نظيرًا مشعًا، تتراوح كتلها الذرية بين 9 و23، بالإضافة إلى ثلاثة نظائر نووية . جميع هذه النظائر المشعة قصيرة العمر، وأطولها عمرًا هو <sup> 13</sup> N بنصف عمر يبلغ 9.965  دقيقة. أما باقي النظائر، فنصف عمرها أقل من عشر ثوانٍ. تتحلل النظائر الأخف من النظائر المستقرة عمومًا إلى نظائر الكربون ، بينما تتحلل النظائر الأثقل منها تحللًا بيتا إلى نظائر الأكسجين .

النيتروجين-13 هو باعث للبوزيترون وأحد النظائر الرئيسية المستخدمة في فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني الطبية .

قائمة النظائر

النظير [ n 1 ]Zشمالالكتلة النظيرية ( دالتون ) [ 4 ] [ n2 ] [ n3 ]سنة الاكتشاف [ 5 ] [ 6 ]نصف العمر [ 1 ] [ عرض الرنين ]نمط الاضمحلال [ 1 ] [ n 4 ]النظير الناتج [ n 5 ]الدوران والتكافؤ [ 1 ] [ n 6 ] [ n 7 ]الوفرة الطبيعية ( الكسر المولي) 
طاقة الإثارةالنسبة الطبيعية [ 1 ]نطاق التباين
9N [ 7 ]722023<1  كما في [ 7 ]ص [ ن 8 ]8ج
10شمال7310.041 65 (43)2002143(36)  سنةص  ؟9ج  ؟1-، 2-
11شمال7411.026 158 (5)1974585(7)  سنة [780.0(9.3)  كيلو إلكترون فولت ]ص10جنصف+
12شمال7512.018 6132 (11)194911.000(16)  مللي ثانيةβ + (98.07(4)% )12ج1+
β + α (1.93(4)% )8كن [ رقم 9 ]
13شمال7613.005 738 61 (29)19349.965(4)  دقيقةβ +13جنصف -يتعقب
14شمال7714.003 074 004 251 (241)1920مستقر1+[0.995 78​0.996 63 ] [ 2 ]
15شمال7815.000 108 898 266 (625)1929مستقرنصف -[0.003 37 ،0.004 22 ] [ 2 ]
16شمال7916.006 1019 (25)19337.13(2)  sβ − (99.998 46 (5)% )16يا2-
β − α (0.001 54 (5)% )12ج
16 مترشمال120.42(12)  كيلو إلكترون فولت19575.25(6)  ميكروثانيةهو - هي (99.999 611 (25)% )16شمال0-
β − (0.000 389 (25)% )16يا
17 شمالاً71017.008 449 (16)19494.173(4)  ثانيةβ − n (95.1(7)% )16يانصف -
β − (4.9(7)% )17يا
β − α (0.0025(4)% )13ج
18شمال71118.014 078 (20)1964619.2(1.9)  مللي ثانيةβ − (80.8 (1.6)٪ )18يا1-
β − α (12.2(6)% )14ج
β − n (7.0(1.5)% )17يا
β − 2n  ؟16أو  ؟
19شمال71219.017 022 (18)1968336(3)  مللي ثانيةβ − (58.2(9)% )19يانصف -
β − n (41.8(9)% )18يا
20شمال71320.023 370 (80)1969136(3)  مللي ثانيةβ − (57.1 (1.4)٪ )20يا(2−)
β − n (42.9 (1.4)٪ )19يا
β − 2n  ؟18أو  ؟
21شمال71421.027 09 (14)197085(5)  مللي ثانيةβ − n (87(3)% )20يا(1/2−)
β − (13(3)% )21يا
β − 2n  ؟19أو  ؟
22شمال71522.034 10 (22)197923(3)  مللي ثانيةβ − (54.0 (4.2)٪ )22يا0-#
β − n (34(3)% )21يا
β − 2n (12(3)% )20يا
23N [ n 10 ]71623.039 42 (45)198513.9(1.4)  مللي ثانيةβ − (>46.6 (7.2)٪ )23يا1/2−#
β − n (42(6)% )22يا
β − 2n (8(4)% )21يا
β − 3n (<3.4% )20يا
24شمال71724.050 39 (43 )(2018)<52  نانوثانيةن  ؟23ن  ؟
25شمال71825.060 10 (54) #(2018)<260  نانوثانيةن  ؟24ن  ؟1/2−#
2ن  ؟23ن  ؟
رأس وتذييل هذا الجدول:
  • منظر
  1. ↑ m N – نظير نووي مثار. 
  2. ↑ () – يتم إعطاء عدم اليقين (1 σ ) بشكل موجز بين قوسين بعد الأرقام الأخيرة المقابلة. 
  3. ↑ # – الكتلة الذرية المميزة بـ # : القيمة وعدم اليقين مستمدان ليس من البيانات التجريبية البحتة، ولكن جزئيًا على الأقل من الاتجاهات من سطح الكتلة (TMS). 
  4. ↑ أنماط التحلل:
    هو - هي:التحول المتماثل
    ن:انبعاث النيوترونات
    ص:انبعاث البروتون
  5. ↑ رمز غامق كعلامة فرعية – المنتج الفرعي مستقر. 
  6. ↑ () قيمة الدوران - تشير إلى الدوران مع وسائط التعيين الضعيفة. 
  7. ↑ # – القيم المميزة بـ # ليست مستمدة بشكل كامل من البيانات التجريبية، ولكنها مستمدة جزئيًا على الأقل من اتجاهات النوى المجاورة (TNN). 
  8. ↑ يتحلل عن طريق انبعاث البروتون إلى 8ج ، الذي ينبعث منه بروتونان على الفور لتكوين 6Be ، الذي بدوره يطلق بروتونين لتكوين 4 مستقرهو [ 7 ]
  9. ↑ يتحلل فوراً إلى جسيمين ألفا لتفاعل صافٍ قدره 12 N → 3 4 He + e + .
  10. ↑ أثقل نظير مرتبط بالجسيمات من النيتروجين، انظر خط التنقيط النووي

النيتروجين-13

يبلغ عمر النصف للنيتروجين-13 ( 13N ) أقل بقليل من عشر دقائق. وينتج في الغلاف الجوي عندما تقوم أشعة جاما (على سبيل المثال من البرق ) بإخراج النيوترونات من النيتروجين-14. [ 8 ]

يتحلل النيتروجين -13 إلى الكربون -13 ، مُصدراً بوزيتروناً . يفني البوزيترون بسرعة مع إلكترون، مُنتجاً شعاعين من أشعة غاما تبلغ طاقتهما حوالي 1000 إلكترون فولت.511  كيلو إلكترون فولت . بعد حدوث صاعقة، يتلاشى إشعاع جاما هذا بنصف عمر يبلغ 10  دقائق، ولكن أشعة جاما منخفضة الطاقة هذه لا تقطع في المتوسط ​​سوى حوالي 90 مترًا في الهواء، لذلك قد لا يتم رصدها إلا لمدة دقيقة أو نحو ذلك بينما تمر "سحابة" النيتروجين -13 والأكسجين -15 حاملة معها الرياح. [ 9 ]

يلعب النيتروجين-13 دورًا مهمًا في دورة CNO ، وهي المصدر الرئيسي للطاقة في نجوم التسلسل الرئيسي التي تزيد كتلتها عن 1.5 ضعف كتلة الشمس . [ 10 ]

Nitrogen-13 is used in positron emission tomography in the form of 13N-labelled ammonia, for example for myocardial perfusion imaging. It can be produced with a medical cyclotron, using a target of pure water with a trace amount of ethanol. The reactants are oxygen-16 (present as H2O) and a proton, and the products are nitrogen-13 and an alpha particle (helium-4):

1H + 16O → 13N + 4He

In this endothermic reaction, the proton must be accelerated to have a total energy greater than 5.66 MeV.[11] The presence of ethanol allows the formation of ammonia as nitrogen-13 is produced. Other routes of producing 13N-labelled ammonia exist, some of which facilitate co-generation of other light radionuclides for diagnostic imaging.[12][13]

Nitrogen-14

Nitrogen-14 makes up the clear majority of natural nitrogen, about 99.62%, and is responsible for the Earth's stable atmosphere.

Nitrogen-14 is one of the very few stable nuclides with both an odd number of protons and of neutrons (seven each) and is the only one to make up a majority of its element. Unpaired protons or neutrons contribute a half-integer nuclear spin, which in this case is a spin 1/2 orbital, giving the nucleus a total magnetic spin of one (as the spins prefer to align).

The original source of nitrogen-14 and nitrogen-15 in the Universe is believed to be stellar nucleosynthesis, where they are produced as part of the CNO cycle.

Nitrogen-14 is the source of naturally occurring, radioactive, carbon-14. Some kinds of cosmic radiation cause a nuclear reaction with nitrogen-14 in the upper atmosphere of the Earth, creating carbon-14, which decays back to nitrogen-14 with a half-life of 5700 years.

Nitrogen-15

Nitrogen-15 is a rare stable isotope of nitrogen, comprising about 0.38%. Nitrogen-15 presents one of the lowest thermal neutron capture cross sections of all isotopes.[14]

يُستخدم النيتروجين-15 بكثرة في مطيافية الرنين النووي المغناطيسي (NMR ). على عكس النيتروجين-14 الأكثر وفرة، والذي يمتلك عزمًا نوويًا صحيحًا وبالتالي عزمًا رباعي الأقطاب ، فإن النيتروجين -15 يمتلك عزمًا نوويًا كسريًا يساوي النصف، مما يوفر مزايا في مطيافية الرنين النووي المغناطيسي، مثل عرض خط طيفي أضيق. ولأن معظم دراسات الرنين النووي المغناطيسي للنيتروجين تُركز على ذرة نيتروجين واحدة في جزيء عضوي، فإن الوسم النظائري يُعدّ ممكنًا.

يُعد تتبع النيتروجين-15 تقنية تستخدم لدراسة دورة النيتروجين .

النيتروجين-16

يُعدّ النظير المشعّ 16N المصدر الإشعاعي الرئيسي في مياه التبريد للمفاعلات النووية التي تُبرّد بالماء أثناء التشغيل العادي. وينتج هذا النظير من 16O (الموجود في الماء) عبر تفاعل (n,p) ، حيث تلتقط ذرة 16O نيوترونًا وتطلق بروتونًا. يتميز النظير بعمر نصف قصير يبلغ 7.13 ثانية، إلا أن تحلّله عائدًا إلى 16O يُنتج إشعاع غاما عالي الطاقة (خط رئيسي بطاقة 6.13 ميغا إلكترون فولت [ 15 ] ). [ 16 ] ولهذا السبب، يجب تقييد الوصول إلى أنابيب التبريد الأساسية في مفاعل الماء المضغوط أثناء تشغيل المفاعل . [ 16 ] فهو مؤشر حساس وفوري على التسريبات من نظام التبريد الأساسي إلى دورة البخار الثانوية، ويُعدّ الوسيلة الأساسية للكشف عن هذه التسريبات. [ 16 ]

البصمات النظائرية

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. 1 2 3 "الأوزان الذرية القياسية: النيتروجين" . CIAAW . 2009.
  3. ↑ بروهاسكا، توماس؛ إيرجيهير، جوهانا؛ بينيفيلد، جاكلين؛ بوهلكه، جون ك.؛ تشيسون، ليزلي أ.؛ كوبلين، تايلر ب.؛ دينغ، تيبينغ؛ دان، فيليب جيه إتش؛ غرونينغ، مانفريد؛ هولدن، نورمان إي.؛ ماير، هارو إيه جيه (2022-05-04). "الأوزان الذرية القياسية للعناصر 2021 (تقرير فني من الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية)" . الكيمياء البحتة والتطبيقية . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 . 
  4. ↑ وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع*". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  5. ↑ مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النويدات، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2279152 .
  6. ↑ مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النوى، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2572219 .
  7. 1 2 3 تشو، أدريان (25 سبتمبر 2023). "شكل عابر من النيتروجين يوسع النظرية النووية إلى أقصى حدودها" . science.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 سبتمبر 2023 .
  8. ↑ كاستلفيكي، دافيد (22 نوفمبر 2017). "البرق يُنتج نظائر جديدة" . مجلة نيتشر . doi : 10.1038/nature.2017.23033 . تاريخ الاسترجاع: 29 نوفمبر 2017 .
  9. ↑ تيرواكي إينوتو وآخرون (23 نوفمبر 2017). "التفاعلات النووية الضوئية الناتجة عن تفريغ البرق". مجلة نيتشر . 551 (7681): 481-484 . arXiv : 1711.08044 . Bibcode : 2017Natur.551..481E . doi : 10.1038/nature24630 . PMID: 29168803. S2CID : 4388159 .   
  10. ↑ فيليبس، أ. س. (1994). فيزياء النجوم . جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 0-471-94057-7.
  11. ↑ إسلام، م. ر.؛ بني، م. س.؛ نغ، س.؛ وآخرون . (2022). "مراقبة مدى البروتون باستخدام ذروة 13N لتطبيقات العلاج بالبروتونات" . PLOS ONE . 17 (2): e0263521-1–e0263521-18. Bibcode : 2022PLoSO..1763521I . doi : 10.1371/journal.pone.0263521 . PMC 8846528. PMID 35167589 .   
  12. ↑ بيريكوفا، فيرونيكا؛ كوروك، جوزيف (2007). "تخليق المستحضرات الصيدلانية المشعة للتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني" . وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب المعلومات العلمية والتقنية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2022 .
  13. ↑ يوكيل، دانيال ل.؛ رايس، بيتر أ.؛ نيلاميجام، راميش؛ الفخري، جورج (13 مايو 2020). "تطوير وتوثيق وقبول الجهات التنظيمية لتحسين تنقية الأمونيا [ 13N ] وتبسيط مراقبة جودتها " . المجلة الأوروبية للكيمياء الإشعاعية والصيدلانية الطبية (EJNMMI Radiopharm Chem . 5 (11): 11. doi : 10.1186/s41181-020-00097-7 . PMC 7221112. PMID 32405797 .  
  14. ↑ "استرجاع ورسم ملف البيانات النووية المقيمة (ENDF)" . المركز الوطني للبيانات النووية.
  15. ↑ المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية . "قاعدة بيانات NuDat 3.0" . مختبر بروكهافن الوطني .
  16. 1 2 3 نيب، كارل هاينز (1997). الكيمياء الإشعاعية لمحطات الطاقة النووية ذات مفاعلات الماء الخفيف . برلين-نيويورك: والتر دي جرويتر. ص 227. ISBN  978-3-11-013242-7أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 2016-02-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2015-12-20 .