نويدة مستقرة

النوى المستقرة هي نظائر لعنصر كيميائي، حيث تكون نيوكليوناتها في تكوين لا يسمح لها باكتساب الطاقة الزائدة اللازمة لإنتاج انبعاث إشعاعي. لا تُشعّ نوى هذه النظائر، وعلى عكس النوى المشعة، لا تخضع للتحلل الإشعاعي تلقائيًا . ^{[ 1 ]} وعند الإشارة إلى هذه النوى فيما يتعلق بعناصر محددة، يُطلق عليها عادةً اسم النظائر المستقرة لذلك العنصر .

تضم العناصر الثمانون التي لها نظير مستقر واحد أو أكثر، ما مجموعه 251 نويدة لم يثبت تحللها باستخدام الأجهزة الحالية. من بين هذه العناصر الثمانين، 26 عنصرًا لها نظير مستقر واحد فقط وتُسمى أحادية النظير . أما العناصر الـ 56 المتبقية فلها أكثر من نظير مستقر. يمتلك القصدير عشرة نظائر مستقرة، وهو أكبر عدد من النظائر المستقرة بين جميع العناصر.

معظم النظائر المشعة الموجودة في الطبيعة مستقرة (حوالي 251 نظيرًا؛ انظر القائمة في نهاية هذه المقالة)، وهناك حوالي 35 نظيرًا آخر (ليصبح المجموع 286 نظيرًا) معروفة بأنها مشعة ولها أعمار نصفية طويلة بما يكفي (معروفة أيضًا) لتُعتبر نظائر بدائية. إذا كان عمر النصف لنظير ما يُقارب عمر الأرض أو يزيد عنه (4.5 مليار سنة)، فإن كمية كبيرة منه ستكون قد نجت منذ تكوين النظام الشمسي ، ويُقال حينها إنه نظير بدائي . سيُساهم هذا النظير في التركيب النظائري الطبيعي للعنصر الكيميائي. يسهل الكشف عن النظائر المشعة البدائية ذات أعمار النصف القصيرة التي تصل إلى 700 مليون سنة (مثل اليورانيوم -235 ⁾ . هذا هو الحد الأقصى الحالي للكشف، حيث لم يتم الكشف بشكل قاطع عن النظائر ذات الأعمار الأقصر في الطبيعة إلا عند إنتاجها حديثًا، مثل نواتج التحلل أو التفتت الناتج عن الأشعة الكونية.

تُظهر العديد من النظائر المشعة الطبيعية (حوالي 53 نظيرًا آخر، ليصبح المجموع حوالي 339 نظيرًا) فترات نصف عمر أقصر من 700 مليون سنة، ولكنها تتكون حديثًا، كمنتجات ثانوية لعمليات تحلل النوى البدائية (على سبيل المثال، الراديوم من اليورانيوم)، أو من تفاعلات نشطة مستمرة، مثل النوى الكونية الناتجة عن القصف الحالي للأرض بالأشعة الكونية (على سبيل المثال، الكربون ^-14 المصنوع من النيتروجين).

يُتوقع أن تتمتع بعض النظائر المصنفة على أنها مستقرة (أي لم يُرصد لها أي نشاط إشعاعي) بفترات نصف عمر طويلة للغاية (تصل أحيانًا إلى 10^ ¹⁸ سنة أو أكثر). ^{[ 2 ]} إذا وقع عمر النصف المتوقع ضمن نطاق يمكن قياسه تجريبيًا، فإن هذه النظائر لديها فرصة للانتقال من قائمة النظائر المستقرة إلى فئة النظائر المشعة، بمجرد رصد نشاطها الإشعاعي. على سبيل المثال، كان البزموت ^-209 والتنغستن ^-180 مصنفين سابقًا على أنهما مستقران، ولكن وُجد أنهما نشطان إشعاعيًا من نوع ألفا في عام 2003. ومع ذلك، لا يتغير تصنيف هذه النظائر كنظائر بدائية عند اكتشاف نشاطها الإشعاعي.

يُعتقد أن معظم النظائر المستقرة على الأرض قد تشكلت في عمليات التخليق النووي ، إما في الانفجار العظيم ، أو في أجيال النجوم التي سبقت تكوين النظام الشمسي . مع ذلك، تُظهر بعض النظائر المستقرة أيضًا اختلافات في وفرتها على الأرض نتيجةً لتحلل النويدات المشعة طويلة العمر. تُسمى نواتج هذا التحلل بالنظائر المشعة ، وذلك لتمييزها عن المجموعة الأكبر بكثير من النظائر غير المشعة.

من بين العناصر الكيميائية المعروفة، يمتلك 80 عنصرًا على الأقل نظيرًا مستقرًا واحدًا. وتشمل هذه العناصر الـ 82 الأولى من الهيدروجين إلى الرصاص ، باستثناء عنصرين هما التكنيتيوم (العنصر 43) والبروميثيوم (العنصر 61)، اللذان لا يمتلكان أي نظائر مستقرة. وبحلول عام 2024، بلغ إجمالي عدد النظائر "المستقرة" المعروفة 251 نظيرًا. ويُقصد بـ"المستقر" في هذا السياق النظير الذي لم يُرصد تحلله في البيئة الطبيعية. وبالتالي، فإن أعمار النصف لهذه العناصر طويلة جدًا بحيث يتعذر قياسها بأي وسيلة، سواء مباشرة أو غير مباشرة.

النظائر المستقرة:

• يحتوي عنصر واحد ( القصدير ) على 10 نظائر مستقرة
• تحتوي العناصر الخمسة على 7 نظائر مستقرة لكل منها
• تحتوي العناصر السبعة على ستة نظائر مستقرة لكل منها
• تحتوي 11 عنصرًا على 5 نظائر مستقرة لكل منها
• تحتوي العناصر التسعة على 4 نظائر مستقرة لكل منها
• تحتوي العناصر الخمسة على 3 نظائر مستقرة لكل منها
• لكل عنصر من العناصر الستة عشر نظيران مستقران
• 26 عنصراً لها نظير مستقر واحد.

تُسمى هذه العناصر الستة والعشرون الأخيرة بالعناصر أحادية النظائر . ^{[ 3 ]} يبلغ متوسط ​​عدد النظائر المستقرة للعناصر التي لها نظير مستقر واحد على الأقل 251/80 = 3.1375.

المتماكبات النووية، بما في ذلك المتماكب "المستقر".

تشمل النظائر المستقرة المعروفة البالغ عددها 251 نظير التنتالوم-180m، فمع أن تحلله يُفترض تلقائيًا لكونه "شبه مستقر"، إلا أنه لم يُرصد. جميع النظائر "المستقرة" (المستقرة بالملاحظة، لا نظريًا) هي الحالة الأرضية للنوى، باستثناء التنتالوم-180m، الذي يُعدّ نظيرًا نوويًا أو حالة مثارة. التنتالوم-180m في حالته الأرضية مشعّ وله عمر نصف يبلغ 8 ساعات؛ في المقابل، يُحظر تحلل النظير النووي بشدة وفقًا لقواعد اختيار اللف المغزلي والتكافؤ. وقد أُفيد من خلال الملاحظة المباشرة أن عمر النصف لتحلل التنتالوم ^-180m إلى أشعة غاما يجب أن يكون أكبر من 10^ ¹⁵ سنة. كما لم تُرصد أنماط التحلل الأخرى المحتملة للتنتالوم ^-180m (تحلل بيتا، والتقاط الإلكترون، وتحلل ألفا).

من المتوقع أن يُتيح تحسين حساسية التجارب اكتشاف النشاط الإشعاعي المنخفض جدًا لبعض النظائر التي تُعتبر مستقرة حاليًا. على سبيل المثال، في عام 2003، أُفيد بأن البزموت-209 (النظير البدائي الوحيد للبزموت) ذو نشاط إشعاعي منخفض جدًا، بنصف عمر (1.9 ± 0.2) × 10^ ¹⁹ سنة، ^{[ 6 ] [ 7 ]} مما يؤكد التنبؤات النظرية السابقة ^{[ 8 ]} من الفيزياء النووية بأن البزموت-209 سيتحلل ببطء شديد بواسطة جسيمات ألفا .

تُسمى النظائر التي يُعتقد نظريًا أنها غير مستقرة، ولكن لم يُرصد تحللها، بالنظائر المستقرة رصديًا . يوجد حاليًا 105 نظائر "مستقرة" غير مستقرة نظريًا، رُصد 40 منها بالتفصيل دون أي علامة على التحلل، وأخفها على الإطلاق هو الأرجون ^-36 . العديد من النوى "المستقرة" هي شبه مستقرة ، ولكن لم يُرصد تحللها، ^{[ 9 ]} ومن المتوقع أن تخضع لأنواع نادرة جدًا من التحلل الإشعاعي ، بما في ذلك تحلل بيتا المزدوج .

146 نواة من 62 عنصرًا بأعداد ذرية من 1 ( الهيدروجين ) إلى 66 ( الديسبروسيوم ) باستثناء 43 ( التكنيتيوم )، 61 ( البروميثيوم )، 62 ( الساماريوم )، و63 ( اليوروبيوم ) مستقرة نظريًا لأي نوع من أنواع الاضمحلال النووي  - باستثناء الاحتمال النظري لاضمحلال البروتون ، والذي لم تتم ملاحظته على الرغم من عمليات البحث المكثفة عنه؛ والانشطار التلقائي (SF)، وهو ممكن نظريًا للنوى ذات الأعداد الكتلية الذرية ≥ 93، ^{[ 10 ]} أي جميع تلك التي لها أعداد ذرية ≥ 41.

إلى جانب SF، تشمل مسارات التحلل النظرية الأخرى للعناصر الأثقل ما يلي: ^{[ 10 ]}

• تحلل ألفا – 70 نظيرًا ثقيلًا (أخف اثنين هما السيريوم -142 والنيوديميوم -143)
• تحلل بيتا المزدوج – 55 نويدة
• اضمحلال بيتا – التنتالوم -180 مترًا
• التقاط الإلكترون - التيلوريوم -123، التنتالوم-180م
• التقاط الإلكترون المزدوج
• التحول المتماثل – التنتالوم-180 م

وتشمل هذه جميع النوى ذات الكتلة 165 فأكثر. الأرجون-36 هو أخف نواة "مستقرة" معروفة، وهو نظرياً غير مستقر. ^{[ 10 ]}

تعني إيجابية إطلاق الطاقة في هذه العمليات أنها مسموحة حركيًا (لا تنتهك قانون حفظ الطاقة)، ​​وبالتالي، من حيث المبدأ، يمكن أن تحدث. ^{[ 10 ]} لا تُلاحظ هذه العمليات بسبب كبت قوي، ولكنه ليس مطلقًا، من خلال قواعد اختيار اللف المغزلي والتكافؤ (بالنسبة لاضمحلالات بيتا والانتقالات المتماثلة) أو بسبب سُمك حاجز الجهد (بالنسبة لاضمحلالات ألفا واضمحلالات العناقيد والانشطار التلقائي).

This is a summary table from List of nuclides. Numbers are not exact and may change slightly in the future, as nuclides are observed to be radioactive, or new half-lives are determined to some precision.

The primordial radionuclides are included for comparison; they are italicized and offset from the list of stable nuclides proper.

اختصارات للانحلال غير المرصود المتوقع: ^{[ 12 ] [ 2 ] [ 11 ]}

α لتحلل ألفا، B لتحلل بيتا، 2B لتحلل بيتا المزدوج، E لالتقاط الإلكترون، 2E لالتقاط الإلكترون المزدوج، IT للانتقال المتماثل، SF للانشطار التلقائي، * للنويدات التي لها حد أدنى لعمر النصف. تم إدراج تحلل بيتا المزدوج فقط عندما يكون تحلل بيتا غير ممكن أيضًا.

التنتالوم -180م هو نظير شبه مستقر، أي أنه متماثل نووي مُثار للتنتالوم-180. انظر نظائر التنتالوم . مع ذلك، فإن عمر النصف لهذا المتماثل النووي طويل جدًا لدرجة أنه لم يُرصد تحلله مطلقًا، وبالتالي فهو نواة بدائية مستقرة رصديًا ، وهو نظير نادر للتنتالوم. هذا هو المتماثل النووي الوحيد الذي يتمتع بعمر نصف طويل جدًا لدرجة أنه لم يُرصد تحلله مطلقًا. لذلك، فهو مُدرج في هذه القائمة.

^^ كان يُعتقد لفترة طويلة أن البزموت-209 مستقر، وذلك بسبب عمر النصف له الذي يبلغ 2.01 × 10 ¹⁹ سنة، وهو ما يزيد عن مليار ضعف عمر الكون.

§ اليوروبيوم-151 والساماريوم -147 هما نواتج بدائية ذات عمر نصف طويل جدًا يبلغ 4.62 × 10 ¹⁸ سنة و 1.066 × 10 ¹¹ سنة على التوالي.

• الجيوكيمياء النظائرية
• قائمة العناصر حسب استقرار النظائر
• قائمة النظائر المشعة (991 نظيراً مشعاً مرتبة حسب الاستقرار، جميعها بنصف عمر يزيد عن ساعة واحدة)
• عنصر أحادي النظير
• الجدول الدوري
• النظير البدائي
• النظير المشع
• نسبة النظائر المستقرة
• جدول النويدات
• وادي الاستقرار

• مؤلفون متعددون (2002). ليد، ديفيد ر. (محرر). دليل الكيمياء والفيزياء (الطبعة 88  ). سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-0486-6OCLC 179976746. مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 يوليو 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مايو 2008 . 

• مخطط النظائر المشعة المباشر - الوكالة الدولية للطاقة الذرية
• AlphaDelta: Stable Isotope fractionation calculatorArchived 2011-04-02 at the Wayback Machine
• National Isotope Development Center Reference information on isotopes, and coordination and management of isotope production, availability, and distribution
• Isotope Development & Production for Research and Applications (IDPRA) U.S. Department of Energy program for isotope production and production research and development
• IsosciencesArchived 2021-01-18 at the Wayback Machine Use and development of stable isotope labels in synthetic and biological molecules