نظائر الزركونيوم

يتكون الزركونيوم الطبيعي ( 40Zr ) من أربعة نظائر مستقرة (أحدها، 94Zr ، قد يُكتشف مشعًا في المستقبل )، ونظير مشع طويل العمر جدًا ( 96Zr )، وهو نواة بدائية تتحلل عبر اضمحلال بيتا مزدوج بنصف عمر جزئي مُلاحظ يبلغ 2.34 × 10^ 19 سنة؛ [ 5 ] كما يمكن أن يخضع لاضمحلال بيتا أحادي ، بنصف عمر جزئي يبلغ [2.27 +0.53 −0.36 (إحصائي) ± 0.27 (نظامي)] × 10^ 20 سنة. [ 2 ] ثاني أكثر النظائر المشعة استقرارًا هو 93Zr ، الذي يبلغ نصف عمره 1.61 مليون سنة. وقد رُصدت ثلاثون نظيرًا مشعًا آخر من 77Zr إلى 114Zr . جميعها لها أعمار نصفية أقل من يوم واحد باستثناء الزركونيوم -95 (64.032 يومًا)، والزركونيوم -88 (83.4 يومًا)، والزركونيوم -89 (78.36 ساعة). أما أكثر الحالات المتماثلة استقرارًا ، فتبلغ مدة نصفها 4.16 دقيقة فقط للزركونيوم -89 .

تتحلل النظائر المشعة التي تزيد عن أعداد الكتلة المستقرة نظريًا 90-92 عن طريق انبعاث الإلكترون مما يؤدي إلى نظائر النيوبيوم ، بينما تتحلل تلك التي تقل عن ذلك عن طريق انبعاث البوزيترون أو التقاط الإلكترون ، مما يؤدي إلى نظائر الإيتريوم .

قائمة النظائر

النظير [ n 1 ]Zشمالالكتلة النظيرية ( دالتون ) [ 6 ] [ n2 ] [ n3 ]سنة الاكتشاف [ 7 ] [ 8 ]نصف العمر [ 1 ] [ n 4 ] [ n 5 ]وضع التحلل [ 1 ]النظير الناتج [ n 6 ]الدوران والتكافؤ [ 1 ] [ n 7 ] [ n 5 ]الوفرة الطبيعية ( الكسر المولي) 
طاقة الإثارةالنسبة الطبيعية [ 1 ]نطاق التباين
77 زركونيوم403776.96608(43)#2017100#  ميكروثانية3/2−#
78 زركونيوم403877.95615(43)#200150#  مللي ثانية [>200  نانو ثانية]0+
79 زركونيوم403978.94979(32)#199956(30)  مللي ثانيةβ +79 Y5/2+#
80 زركونيوم404079.940818(86) [ 9 ]19874.6(6)  ثانيةβ +80 سنة0+
81 Zr404180.938211(11) [ 9 ]19975.5(4)  sβ + (99.88%)81 Y(3/2−)
β + ، p (0.12%)80 كبير
82 زركونيوم404281.9317075(17)198232(5)  sβ +82 Y0+
83 زركونيوم404382.92923591(70) [ 9 ]197442(2)  sβ +83 Y1/2−#
β + ، p (؟%)82 Sr
83m1 Zr52.72(5)  كيلو إلكترون فولت19880.53(12)  ميكروثانيةهو - هي83 زركونيوم(5/2−)
83 متر مربع زركونيوم77.04(7)  كيلو إلكترون فولت19881.8(1)  ميكروثانيةهو - هي83 زركونيوم(7/2+)
84 زركونيوم404483.9233257(59)197725.8(5)  دقيقةβ +84 Y0+
85 زركونيوم404584.9214432(69)19637.86(4)  دقيقةβ +85 Y(7/2+)
85 متر زركونيوم292.2(3)  كيلو إلكترون فولت197610.9(3)  sهو - هي (؟٪)85 زركونيوم1/2−#
β + (?%)85 Y
86 زركونيوم404685.9162968(38)195116.5(1)  ساعةβ +86 Y0+
87 زركونيوم404786.9148173(45)19491.68(1)  ساعةβ +87 Y9/2+
87 م زركونيوم335.84(19)  كيلو إلكترون فولت197214.0(2)  sهو - هي87 زركونيومنصف -
88 Zr [ n 8 ]404887.9102207(58)195183.4(3)  دالمفوضية الأوروبية88 Y0+
88 م زر2887.79(6)  كيلو إلكترون فولت19711.320(25)  ميكروثانيةهو - هي88 زركونيوم8+
89 زركونيوم404988.9088798(30)193878.360(23)  ساعةβ +89 Y9/2+
89 م زركونيوم587.82(10)  كيلو إلكترون فولت19404.161(10)  دقيقةتكنولوجيا المعلومات (93.77%)89 زركونيومنصف -
β + (6.23%)89 Y
90 Zr [ n 9 ]405089.90469876(13)1924مستقر0+0.5145(4)
90m1 Zr2319.000(9)  كيلو إلكترون فولت1963809.2(20)  مللي ثانيةهو - هي90 زركونيوم5-
90 متر مربع زركونيوم3589.418(15)  كيلو إلكترون فولت1959131(4)  nsهو - هي90 زركونيوم8+
91 Zr [ n 9 ]405190.90564021(10)1934مستقر5/2+0.1122(5)
91 م زركونيوم3167.3(4)  كيلو إلكترون فولت19754.35(14)  ميكروثانيةهو - هي91 Zr(21/2+)
92 Zr [ n 9 ]405291.90503534(10)1924مستقر0+0.1715(3)
93 Zr [ n 10 ]405392.90647066(49)19501.61(5)×10 6  yβ (73٪) [ 10 ]93م1 نب5/2+
β (27%) [ 10 ]93 نب
94 Zr [ n 9 ]405493.90631252(18)1924مستقر من الناحية الرصدية [ ن 11 ]0+0.1738(4)
95 Zr [ n 9 ]405594.90804028(93)194664.032(6)  دβ 95 نيب5/2+
96 Zr [ n 9 ] [ n 12 ]405695.90827762(12)19342.1(2)×10 19  yβ β ​​(91%)96 شهرًا0+0.0280(2)
β (9%) [ 2 ]96 نيب
97 زركونيوم405796.91096380(13)195116.749(8)  ساعةβ 97 متر شمالنصف+
97 م زركونيوم1264.35(16)  كيلو إلكترون فولت1985104.8(17)  نانوثانيةهو - هي97 زركونيوم7/2+
98 زركونيوم405897.9127404(91)196730.7(4)  sβ 98 نب0+
98 م زركونيوم6601.9(11)  كيلو إلكترون فولت20061.9(2)  ميكروثانيةهو - هي98 زركونيوم(17−)
99 زركونيوم405998.916675(11)19702.1(1)  sβ 99 متر شمالنصف+
99 م زركونيوم251.96(9)  كيلو إلكترون فولت1970336(5)  nsهو - هي99 زركونيوم7/2+
100 زركونيوم406099.9180105(87)19707.1(4)  sβ 100 نبتة0+
101 زركونيوم4061100.9214585(89)19702.29(8)  ثانيةβ 101 نب3/2+
102 Zr4062101.9231542(94)19702.01(8)  ثانيةβ 102 نيب0+
103 Zr4063102.9272041(99)19871.38(7)  ثانيةβ (>99%)103 نيب(5/2−)
β ، ن (<1%)102 نيب
104 Zr4064103.929449(10)1990920(28)  مللي ثانيةβ (>99%)104 نيوب0+
β ، ن (<1%)103 نيب
105 زركونيوم4065104.934022(13)1992670(28)  مللي ثانيةβ (>98%)105 نيوبنصف رطل
β ، ن (<2%)104 نيوب
106 Zr4066105.93693(22)#1994179(6)  مللي ثانيةβ (>98%)106 نيوب0+
β ، ن (<2%)105 نيوب
107 Zr4067106.94201(32)#1994145.7(24)  مللي ثانيةβ (>77%)107 نيب5/2+#
β ، ن (<23%)106 نيوب
108 زركونيوم4068107.94530(43)#199778.5(20)  مللي ثانيةβ 108 نيب0+
108 متر زركونيوم2074.5(8)  كيلو إلكترون فولت2011540(30)  nsهو - هي108 زركونيوم(6+)
109 زركونيوم4069108.95091(54)#199756(3)  مللي ثانيةβ 109 نب5/2+#
110 زركونيوم4070109.95468(54)#199737.5(20)  مللي ثانيةβ 110 نيب0+
111 Zr4071110.96084(64)#201024.0(5)  مللي ثانيةβ 111 نب5/2+#
112 زركونيوم4072111.96520(75)#201043(21)  مللي ثانيةβ 112 نيب0+
113 زركونيوم4073112.97172(32)#201815#  مللي ثانية [>550  نانو ثانية]3/2+
114 Zr [ 11 ]407420210+
رأس وتذييل هذا الجدول:
  1. m Zrنظير 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. نصف العمر بالخط العريض شبه مستقر، نصف العمر أطول من عمر الكون . 
  5. 1 2 # القيم المميزة بـ # ليست مستمدة بشكل كامل من البيانات التجريبية، ولكنها مستمدة جزئيًا على الأقل من اتجاهات النوى المجاورة (TNN). 
  6. رمز غامق كعلامة فرعية المنتج الفرعي مستقر. 
  7. () قيمة الدوران - تشير إلى الدوران مع وسائط التعيين الضعيفة. 
  8. ثاني أقوى ممتص للنيوترونات معروف
  9. 1 2 3 4 5 6 ناتج الانشطار
  10. ناتج انشطار طويل الأمد
  11. يُعتقد أنه يتحلل بواسطة β β ​​إلى 94 مو بنصف عمر يزيد عن 1.1×10 17 سنة
  12. النظير المشع البدائي

الزركونيوم-88

88Zr هو نظير مشع للزركونيوم ، ويبلغ عمر النصف له 83.4 يومًا. في يناير 2019، اكتُشف أن لهذا النظير مقطعًا عرضيًا لالتقاط النيوترونات الحرارية يبلغ حوالي 861,000 بارن؛ وهو أكبر بعدة مراتب من المتوقع، وأكبر من أي نظير آخر باستثناء الزينون-135 . [ 12 ]

الزركونيوم-89

الزركونيوم -89 هو نظير مشع للزركونيوم، يبلغ عمر النصف له 78.36 ساعة، ويُنتج عن طريق تشعيع الإيتريوم الطبيعي (الإيتريوم -89 ) بالبروتونات . يُصدر هذا النظير فوتون غاما رئيسي (ينتج عنه 99% من عمليات الاضمحلال) بطاقة 909  كيلو إلكترون فولت، كما يُصدر بوزيترونًا (بدلاً من التقاط الإلكترون) في حوالي 23% من عمليات الاضمحلال. [ 13 ] يُستخدم الزركونيوم-89 في تطبيقات تشخيصية متخصصة باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني [ 14 ] ، على سبيل المثال، باستخدام الأجسام المضادة الموسومة بالزركونيوم-89 (التصوير المناعي بالإصدار البوزيتروني). [ 15 ]

الزركونيوم-93

الناتج ،  % لكل انشطار [ 16 ]
حراريسريع14 ميغا إلكترون فولت
232 Thغير قابل للانشطار6.70 ± 0.405.58 ± 0.16
233 يو6.979 ± 0.0986.94 ± 0.075.38 ± 0.32
235 يو6.346 ± 0.0446.25 ± 0.045.19 ± 0.31
238 يوغير قابل للانشطار4.913 ± 0.0984.53 ± 0.13
239 بو3.80 ± 0.033.82 ± 0.033.0 ± 0.3
241 بو2.98 ± 0.042.98 ± 0.33؟
نوكليودنصفأَثْمَرس [ أ 1 ]βγ
( ما )(%) [ a 2 ]( كيلو إلكترون فولت )
99 تي سي0.2116.1385294β
126 Sn0.230.10844050 [ أ 3 ]β γ
79 جنوب شرق0.330.0447151β
135 سي إس1.336.9110 [ a 4 ]269β
93 زركونيوم1.615.457591βγ
107 Pd6.51.249933β
129 أنا16.10.8410194βγ
  1. يتم تقسيم طاقة الاضمحلال بين جسيمات بيتا والنيوترينووجسيمات غاما إن وجدت.
  2. لكل 65 انشطارًا حراريًا بالنيوترونات من 235 U و 35 من 239 Pu .
  3. طاقة اضمحلالها 380 كيلو إلكترون فولت، لكن ناتج اضمحلالها 126 Sb لديه طاقة اضمحلال 3.67 ميجا إلكترون فولت.
  4. أقل في المفاعلات الحرارية لأن 135 Xe ، سلفه، يمتص النيوترونات بسهولة .

الزركونيوم -93 هو نظير مشع للزركونيوم، يبلغ عمر النصف له 1.61 مليون سنة، ويتحلل بانبعاث جسيم بيتا منخفض الطاقة . 73% من عمليات التحلل تؤدي إلى حالة مثارة من النيوبيوم -93، الذي يتحلل بدوره بعمر نصف يبلغ 13.9 سنة (بشكل شبه كامل عن طريق التحول الداخلي ، دون انبعاث أشعة غاما ) إلى الحالة الأرضية المستقرة للنيوبيوم -93 ، بينما تؤدي نسبة الـ 27% المتبقية من عمليات التحلل إلى الحالة الأرضية مباشرةً. [ 10 ] وهو أحد نواتج الانشطار السبعة طويلة العمر . يحد النشاط الإشعاعي المنخفض والطاقة المنخفضة لإشعاعه من المخاطر الإشعاعية لهذا النظير، كما أن عدم ذوبانه يجعل من غير المرجح تسربه من مستودع النفايات ؛ وتشترك هذه الخصائص مع البلاديوم-107 .

ينتج الانشطار النووي هذا العنصر بنسبة 6.3% (انشطار حراري نيوتروني لليورانيوم -235 )، وهو أحد أكثر نواتج الانشطار وفرةً. تحتوي المفاعلات النووية عادةً على كميات كبيرة من الزركونيوم كغلاف لقضبان الوقود (انظر: سبيكة الزركونيوم )، كما ينتج عن تشعيع الزركونيوم -92 بالنيوترونات بعض الزركونيوم -93 ، على الرغم من أن هذه الكمية محدودة بسبب انخفاض مقطع امتصاص النيوترونات للزركونيوم -92 ، والذي يبلغ 0.22 بارن . في الواقع، يُعد انخفاض مقطع امتصاص النيوترونات أحد الأسباب الرئيسية لاستخدام الزركونيوم في غلاف قضبان الوقود.

يتميز الزركونيوم -93 أيضًا بمقطع عرضي منخفض لالتقاط النيوترونات يبلغ 0.7 بارن. [ 17 ] [ 18 ] يتكون معظم الزركونيوم الناتج عن الانشطار من نظائر أخرى؛ النظير الآخر ذو المقطع العرضي الكبير لامتصاص النيوترونات هو الزركونيوم -91 بمقطع عرضي يبلغ 1.24 بارن. يُعد الزركونيوم -93 خيارًا أقل جاذبية للتخلص منه عن طريق التحويل النووي مقارنةً بالتكنيتيوم -99 واليود -129 . يمكن إعادة تدوير هذا النظير: إذا كان تأثيره على اقتصاد النيوترونات للزركونيوم -93يُعتبر المقطع العرضي الأعلى للزركونيوم مقبولاً، ويمكن استخدام الغلاف المشع وزركونيوم ناتج الانشطار (اللذان يُخلطان معًا في معظم طرق إعادة معالجة المفاعلات النووية الحالية ) لتشكيل غلاف جديد من سبيكة الزركونيوم. بمجرد وضع الغلاف داخل المفاعل، يمكن تحمل مستوى النشاط الإشعاعي المنخفض نسبيًا، ولكن قد يتطلب النقل والتصنيع احتياطات غير مُتخذة حاليًا.

انظر أيضاً

منتجات ثانوية أخرى غير الزركونيوم

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 باراباش، ع. إيفسيف، س. فيلوسوفوف، د.؛ جافريليوك، يو. م. جانجابشيف، صباحا؛ جورشكوف، ن.؛ كازالوف، ف.ف. كازارتسيف، س. خوسينوف، ت.؛ كوزمينوف، ف.ف. لوباشيفسكي، أ.؛ بونوماريف، DV. روزوف، س. تيميربولاتوفا، ن.؛ فاسيليف، س. ياكوشيف، EA؛ يوماتوف، السادس (19 مايو 2026). “الملاحظة الأولى لاضمحلال بيتا الفردي البالغ 96 Zr”. أرخايف : 2605.18344 [ nucl-ex ].
  3. "الأوزان الذرية القياسية: الزركونيوم" . CIAAW . 2024.
  4. 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 . 
  5. "قائمة قيم اضمحلال بيتا المزدوج (ββ) المعتمدة" . المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية، مختبر بروكهافن الوطني. مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 سبتمبر 2007 .
  6. 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 .
  7. مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النويدات، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2279152 .
  8. مجموعة بيانات FRIB النووية. "مشروع اكتشاف النوى، قاعدة بيانات النظائر" . doi : 10.11578/frib/2572219 .
  9. هاماكر ، أ.؛ ليستنشنايدر، إ.؛ جاين، ر.؛ بولين، ج.؛ جولياني، س.أ.؛ لوند، ك.؛ نازاريفيتش، و.؛ نيوفورت، ل.؛ نيكولوف، س.ر.؛ بوينتيس، د.؛ رينجل، ر.؛ سوميثراراتشي، س.س.؛ ياندو، إ.ت. (ديسمبر 2021). "قياس دقيق لكتلة نواة 80Zr خفيفة الوزن ذاتية الاقتران". مجلة نيتشر فيزيكس . 17 ( 12): 1408-1412 . doi : 10.1038/s41567-021-01395-w . OSTI 1870105 . 
  10. 1 2 3 كاسيت، ب.؛ شارتييه، ف.؛ إسنارد، هـ.؛ فريشو، س.؛ لازاك، إ.؛ ديغرو، ج.ب.؛ بي، م.م.؛ ليبي، م.س.؛ تارتس، إ. (2010). "تحديد مخطط اضمحلال الزركونيوم -93 ونصف عمره" . الإشعاع التطبيقي والنظائر . 68 (1): 122-130 . Bibcode : 2010AppRI..68..122C . doi : 10.1016/j.apradiso.2009.08.011 . PMID 19734052 . 
  11. سوميكاما، ت.؛ وآخرون (2021). "رصد نظائر جديدة غنية بالنيوترونات في جوار Zr110" . مجلة Physical Review C. 103 ( 1) 014614. Bibcode : 2021PhRvC.103a4614S . doi : 10.1103/PhysRevC.103.014614 . hdl : 10261/260248 . S2CID 234019083 .  
  12. شوسترمان، جيه إيه؛ سيلزو، إن دي؛ توماس، كيه جيه؛ نورمان، إي بي؛ لابي، إس إي؛ لوفليس، سي إس؛ بيترز، إن جيه؛ روبرتسون، جيه دي؛ شونيسي، دي إيه؛ تونشيف، إيه بي (2019). " المقطع العرضي الكبير بشكلٍ مُثير للدهشة لالتقاط النيوترونات لنظير الزركونيوم -88 " . مجلة نيتشر . 565 (7739): 328-330 . Bibcode : 2019Natur.565..328S . doi : 10.1038/s41586-018-0838-z . OSTI 1512575. PMID 30617314. S2CID 57574387 .   
  13. المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية . "قاعدة بيانات NuDat 3.0" . مختبر بروكهافن الوطني .
  14. ديلورث، جوناثان ر.؛ باسكو، صوفيا إ. (2018). "كيمياء التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني باستخدام الزركونيوم-89". مجلة الجمعية الكيميائية . 47 (8): 2554-2571 . doi : 10.1039/C7CS00014F . PMID 29557435 . 
  15. فان دونجن، جي إيه؛ فوسجان، إم جيه (أغسطس 2010). "التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني المناعي: إلقاء الضوء على العلاج السريري بالأجسام المضادة". العلاج البيولوجي للسرطان والمستحضرات الصيدلانية الإشعاعية . 25 (4): 375-385 . doi : 10.1089/cbr.2010.0812 . PMID 20707716 . 
  16. MB Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fision Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (تم الاطلاع عليه على الرابط www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  17. "ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)" . المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية، مختبر بروكهافن الوطني. 22 ديسمبر 2011. مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 يوليو 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 نوفمبر 2014 .
  18. س. ناكامورا وآخرون (2007). "المقاطع العرضية لالتقاط النيوترونات الحرارية للزركونيوم-91 والزركونيوم-93 باستخدام مطيافية أشعة غاما الفورية". مجلة العلوم والتكنولوجيا النووية . 44 (1): 21-28 . Bibcode : 2007JNST...44...21N . doi : 10.1080/18811248.2007.9711252 . S2CID 96087661 .