Interested Article - Изотопы бора

Изото́пы бо́ра — разновидности атомов (и ядер ) химического элемента бора , имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Природный бор состоит из двух стабильных изотопов , — бора-10 с концентрацией около 20 ат.% и остальное — бора-11. Соотношение этих двух изотопов варьируется в различных природных источниках в результате естественных природных процессов обогащения тем или иным изотопом. Усреднённые по разным природным источникам бора концентрации бора−10 и бора-11 составляют 19,97 ат.% и 80,17 ат.% соответственно с вариацией в пределах 18,929—20,386 и 79,614—81,071 ат.% соответственно.

Все остальные изотопы бора радиоактивны , самый долгоживущий из них — бор-8 с периодом полураспада 770 мс.

Таблица изотопов бора

Символ нуклида	Z ( p )	N( n )	Масса изотопа ( а. е. м. )	Период полураспада (T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Энергия возбуждения			Период полураспада (T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
7 B	5	2	7,029 712 ± (27)	(570 ± (14))⋅10 ⁻²⁴ с [ 801 ± (20) кэВ ]	p	6 Be	(3/2−)
8 B	5	3	8,0 246 073 ± (11)	771,9 ± (9) мс	β ⁺ , α	4 He	2+
8m B	10 624 ± (8) кэВ						0+
9 B	5	4	9,0 133 296 ± (10)	(800 ± (300))⋅10 ⁻²¹ с	p	8 Be	3/2−
10 B	5	5	10,012 936 862 ± (16)	стабилен			3+	[ 0,189 , 0,204 ]
11 B	5	6	11,009 305 167 ± (13)	стабилен			3/2−	[ 0,796 , 0,811 ]
11m B	12 560 ± (9) кэВ						1/2+, (3/2+)
12 B	5	7	12,0 143 526 ± (14)	20,20 ± (2) мс	β ⁻ ( 99,40 ± (2) %)	12 C	1+
12 B	5	7	12,0 143 526 ± (14)	20,20 ± (2) мс	β ⁻ , α ( 0,60 ± (2) %)	8 Be	1+
13 B	5	8	13,0 177 800 ± (11)	17,16 ± (18) мс	β ⁻ ( 99,734 ± (36) %)	13 C	3/2−
13 B	5	8	13,0 177 800 ± (11)	17,16 ± (18) мс	β ⁻ , n ( 0,266 ± (36) %)	12 C	3/2−
14 B	5	9	14,025 404 ± (23)	12,36 ± (29) мс	β ⁻ ( 93,96 ± (23) %)	14 C	2−
14 B	5	9	14,025 404 ± (23)	12,36 ± (29) мс	β ⁻ , n ( 6,04 ± (23) %)	13 C	2−
14m B	17 065 ± (29) кэВ			(4,15 ± (1,90))⋅10 ⁻²¹ с			0+
15 B	5	10	15,031 087 ± (23)	10,18 ± (35) мс	β ⁻ , n (> 98,7 ± (1,0) %)	14 C	3/2−
					β ⁻ (< 1,3%)	15 C
					β ⁻ , 2n (< 1,5%)	13 C
16 B	5	11	16,039 841 ± (26)	> 4,6⋅10 ⁻²¹ с	n	15 B	0−
17 B	5	12	17,04 693 ± (22)	5,08 ± (5) мс	β ⁻ , n ( 63 ± (1) %)	16 C	(3/2−)
					β ⁻ ( 21,1 ± (2,4) %)	17 C
					β ⁻ , 2n ( 12 ± (2) %)	15 C
					β ⁻ , 3n ( 3,5 ± (7) %)	14 C
					β ⁻ , 4n ( 0,4 ± (3) %)	13 C
18 B	5	13	18,05 560 ± (22)	< 26 нс	n	17 B	(2−)
19 B	5	14	19,06 417 ± (56)	2,92 ± (13) мс	β ⁻ , n ( 71 ± (9) %)	18 C	(3/2−)
					β ⁻ , 2n ( 17 ± (5) %)	17 C
					β ⁻ , 3n (< 9,1%)	16 C
					β ⁻ (> 2,9%)	19 C
20 B	5	15	20,07 451 ± (59)	> 912,4⋅10 ⁻²⁴ с	n	19 B	(1−, 2−)
21 B	5	16	21,08 415 ± (60)	> 760⋅10 ⁻²⁴ с	2n	19 B	(3/2−)

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.

Применение

Сечения захвата нейтрона, барн , у изотопов ¹⁰ В (красная линия) и ¹¹ В (синяя линия) в зависимости от энергии нейтрона, эВ

Бор-10 имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов , равное 3837 барн (для большинства изотопов других элементов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуется возбуждённое ядро бора-11 ( ¹¹ B*) сразу распадающееся на два стабильных ядра ( альфа-частицу и ядро лития-7), эти ядра очень быстро тормозятся в среде, а проникающая радиация ( гамма-излучение и нейтроны) при этом отсутствуют, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими изотопами:

{\ce {^{10}B+n->^{11}{B^{\ast }}->^{4}{He}+^{7}{Li}}}

+ 2,31 МэВ .

Поэтому ¹⁰ В в составе раствора борной кислоты и других химических соединений , например, карбида бора применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности , а также для биологической защиты персонала от тепловых нейтронов . Для повышения эффективности поглощения нейтронов бор, применяемый в реакторах, иногда специально обогащают изотопом бор-10.

Кроме того, соединения бора применяются в нейтрон-захватной терапии некоторых видов рака мозга , пробег ионизирующих быстрых ядер гелия-4 и лития-7 в тканях организма очень мал и поэтому при этом не поражаются ионизирующим излучением здоровые ткани.

Газообразное химическое соединение бора BF ₃ используется в качестве рабочей среды в ионизационных камерах детекторов тепловых нейтронов .

В 2015 году в опубликованной в журнале Science статье было предложено применить измерение соотношения изотопов бора в древних осадочных породах позднего пермского периода и начала триасового периодов для определения изменения кислотности воды ( pH ) палеоокеанов в те эпохи, для объяснения возможных причин массового пермского вымирания в основном водных организмов, вызванное, вероятно, глобальным усилением вулканической деятельности, сопровождающейся выбросом углекислого газа в атмосферу. Этот метод определения кислотности древних океанов, по-видимому, более точен, чем ранее применявшийся метод определения кислотности по соотношению изотопов кальция и изотопов углерода .

Примечания

Данные приведены по Meng Wang , Huang W. J. , Kondev F. G. , Audi G. , Naimi S. (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43 , iss. 3 . — P. 030003-1—030003-512 . — doi : .
↑ Данные приведены по Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. , Audi G. (англ.) // . — 2021. — Vol. 45 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-180 . — doi : .
↑ . CIAAW . Дата обращения: 13 февраля 2022. 20 марта 2022 года.
↑ Leblond, S.; et al. (2018). "First observation of ²⁰ B and ²¹ B". Physical Review Letters . 121 (26): 262502–1–262502–6. arXiv : . doi : . PMID .
Clarkson, M. O. et al. (2015) Science 348, 229—232.
Witze, Alexandra (2015) Acidic oceans linked to greatest extinction ever; Rocks from 252 million years ago suggest that carbon dioxide from volcanoes made sea water lethal. Journal Nature; News publiée le 09 avril 2015