Изотопы циркония

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):

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

Изотоп 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

Изотоп 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

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+
  1. ↑ Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в 94Mo
  2. ↑ Теоретически может претерпевать β− распад в 96Nb с парциальным периодом полураспада более 2,4⋅1019 лет

Пояснения к таблице

  • 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

  1. ↑ 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.
  2. ↑ 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. — Bibcode: 2003NuPhA.729..337A.
  3. ↑ 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. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.Открытый доступ
  4. ↑ 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.Открытый доступ
  5. ↑ 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.
  6. ↑ 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.
  7. ↑ 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.
  8. ↑ 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.