Interested Article - Изотопы франция

Изотопы франция — разновидности атомов (и ядер ) химического элемента франция , имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Франций не имеет стабильных изотопов. На 2022 год известно 37 изотопов франция с массовыми числами 197—233 и несколько метастабильных ядерных изомеров . Франций-223 (самый долгоживущий из изотопов франция, период полураспада 22 минуты) входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 и содержится в крайне малых количествах в урановых минералах.

История получения

В 1948 году изотопы ²¹² Fr, ²¹⁸ Fr, ²¹⁹ Fr и ²²⁰ Fr зафиксировали при распаде продуктов обстрела тория дейтронами на синхротроне в Беркли .

В Дубне металлический уран облучали протонами, при этом получался франций-212. За 15 минут облучения в 1 г урана получали до 5·10 ⁻¹³ г франция.

В 1967 году в продуктах распада актиния, который нарабатывали бомбардировкой висмута ядрами углерода на ускорителе в Дубне нашли франций-214. С конца 60-х годов на Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли облучали свинец и таллий ядрами азота и неона. Удалось получить изотопы франций-215 и 216. Там же, обстреливая золото , свинец , таллий ядрами кислорода, бора и углерода получили франций-213 и легкие изотопы 204—211. Стреляя протонами по мишени из расплавленного олова , в 1969 году на синхротроне в ЦЕРНе получили тяжёлые изотопы — ²²⁴ Fr, ²²⁵ Fr и ²²⁶ Fr, в 1975 году там же обнаружили франций-229, бомбардируя протонами уран- лантановую мишень. Самый тяжёлый изотоп франций-233 открыли в 2010 году на синхротроне в Дармштадте другим способом — обстреливали легкую мишень из бериллия ионами урана.

Франций 197-198

Открыты в 2013 году. Возможные реакции получения :

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{197}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{198}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Франций 199-200

Франций-199 впервые получен в 1999 году на циклотроне RIKEN в Японии . Тулиевую мишень обстреливали ядрами лёгкого изотопа аргона-36 (215 МэВ):

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{36}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{199}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

В 1995 году там же получили франций-200. Использовали поток ядер аргона-36 с энергией 186 МэВ :

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{36}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{200}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Эти 2 изотопа также можно получить бомбардировкой празеодима никелем-60 .

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{199}{\textrm {Fr}}+{2}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{200}{\textrm {Fr}}+_{0}^{1}{\textrm {n}}

Франций 201-202

В 1980 году в продуктах облучения урана 600 МэВ-протонами в синхроциклотроне ЦЕРН нашли изотопы франций-201 и франций-202 .

Франций-203

В 1967 году было анонсировано открытие франция-203. На Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли облучали золото-197 и таллий-205 кислородом-16 (166 МэВ) и углеродом-12 (126 МэВ) соответственно . Его можно получить таким же способом как и франций-199-200, только используется тяжёлый изотоп аргона :

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{203}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Франций 204-211

Об обнаружении изотопов франция с массовыми числами 204-211 сообщили в 1964 году. Золото-197, таллий-203, 205, и тяжёлый свинец-208 облучали кислородом-16, углеродом-12 и бором-11 (энергия частиц до 10,38 МэВ) на Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли .

Франций-204-207

Для получения этих изотопов золото облучали лёгким кислородом :

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{204}{\textrm {Fr}}+{9}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{205}{\textrm {Fr}}+{8}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{206}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{207}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Известна реакция получения франция-205 из тулия-169 и аргона-40 :

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{205}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Также известна реакция получения франция-207 из тантала -181 и тяжёлого изотопа кремния :

{}_{73}^{181}{\textrm {Ta}}+{}_{14}^{30}{\textrm {Si}}\rightarrow {}_{87}^{207}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Франций-208

Для получения этого относительно долгоживущего изотопа (период полураспада около 1 мин) используют золото и тяжёлый кислород :

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{208}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Известен ещё один способ получения франция-208: легкую мишень из бериллия облучают ядрами урана-238 .

Франций-209

Известны следующие реакции получения этого нуклида :

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Интересна реакция с участием иттербия для получения франция-209 :

{}_{70}^{176}{\textrm {Yb}}+{}_{17}^{37}{\textrm {Cl}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Эту же реакцию можно использовать для получения франция-210 (см. ниже) :

{}_{70}^{176}{\textrm {Yb}}+{}_{17}^{37}{\textrm {Cl}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Франций-210-211

Эти изотопы живут относительно долго, их период полураспада порядка 3 минут. Для получения франция-210 и 211 пригодны пары Au-O и Tl-C :

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{81}^{205}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{12}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{81}^{203}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{13}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{81}^{205}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{12}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Таблица изотопов франция

Символ нуклида	Историческое название	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
Символ нуклида	Историческое название	Энергия возбуждения			Период полураспада (T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе
¹⁹⁷ Fr		87	110	197,01101(6)	2,3(1,9) мс	α	¹⁹³ At	(7/2-)
¹⁹⁸ Fr		87	111	198,01028(3)	15(3) мс	α	¹⁹⁴ At	3+#
¹⁹⁹ Fr		87	112	199,00726(4)	16(7) мс			1/2+#
²⁰⁰ Fr		87	113	200,00657(8)	24(10) мс	α	¹⁹⁶ At	3+#
^200m Fr		60(110) кэВ			650(210) мс	α	¹⁹⁶ At	10−#
^200m Fr		60(110) кэВ			650(210) мс	ИП (редко)	²⁰⁰ Fr	10−#
²⁰¹ Fr		87	114	201,00386(8)	67(3) мс	α (99 %)	¹⁹⁷ At	(9/2−)
²⁰¹ Fr		87	114	201,00386(8)	67(3) мс	β ⁺ (1 %)	²⁰¹ Rn	(9/2−)
²⁰² Fr		87	115	202,00337(5)	290(30) мс	α (97 %)	¹⁹⁸ At	(3+)
²⁰² Fr		87	115	202,00337(5)	290(30) мс	β ⁺ (3 %)	²⁰² Rn	(3+)
^202m Fr		330(90)# кэВ			340(40) мс	α (97 %)	¹⁹⁸ At	(10−)
^202m Fr		330(90)# кэВ			340(40) мс	β ⁺ (3 %)	²⁰² Rn	(10−)
²⁰³ Fr		87	116	203,000925(17)	0,55(2) с	α (95 %)	¹⁹⁹ At	(9/2−)#
²⁰³ Fr		87	116	203,000925(17)	0,55(2) с	β ⁺ (5 %)	²⁰³ Rn	(9/2−)#
²⁰⁴ Fr		87	117	204,000653(26)	1,7(3) с	α (96 %)	²⁰⁰ At	(3+)
²⁰⁴ Fr		87	117	204,000653(26)	1,7(3) с	β ⁺ (4 %)	²⁰⁴ Rn	(3+)
^204m1 Fr		50(4) кэВ			2,6(3) с	α (90 %)	²⁰⁰ At	(7+)
^204m1 Fr		50(4) кэВ			2,6(3) с	β ⁺ (10 %)	²⁰⁴ Rn	(7+)
^204m2 Fr		326(4) кэВ			1,7(6) с			(10−)
²⁰⁵ Fr		87	118	204,998594(8)	3,80(3) с	α (99 %)	²⁰¹ At	(9/2−)
²⁰⁵ Fr		87	118	204,998594(8)	3,80(3) с	β ⁺ (1 %)	²⁰⁵ Rn	(9/2−)
²⁰⁶ Fr		87	119	205,99867(3)	~16 с	β ⁺ (58 %)	²⁰⁶ Rn	(2+, 3+)
²⁰⁶ Fr		87	119	205,99867(3)	~16 с	α (42 %)	²⁰² At	(2+, 3+)
^206m1 Fr		190(40) кэВ			15,9(1) с			(7+)
^206m2 Fr		730(40) кэВ			700(100) мс			(10−)
²⁰⁷ Fr		87	120	206,99695(5)	14,8(1) с	α (95 %)	²⁰³ At	9/2−
²⁰⁷ Fr		87	120	206,99695(5)	14,8(1) с	β ⁺ (5 %)	²⁰⁷ Rn	9/2−
²⁰⁸ Fr		87	121	207,99714(5)	59,1(3) с	α (90 %)	²⁰⁴ At	7+
²⁰⁸ Fr		87	121	207,99714(5)	59,1(3) с	β ⁺ (10 %)	²⁰⁸ Rn	7+
²⁰⁹ Fr		87	122	208,995954(16)	50,0(3) с	α (89 %)	²⁰⁵ At	9/2−
²⁰⁹ Fr		87	122	208,995954(16)	50,0(3) с	β ⁺ (11 %)	²⁰⁹ Rn	9/2−
²¹⁰ Fr		87	123	209,996408(24)	3,18(6) мин	α (60 %)	²⁰⁶ At	6+
²¹⁰ Fr		87	123	209,996408(24)	3,18(6) мин	β ⁺ (40 %)	²¹⁰ Rn	6+
²¹¹ Fr		87	124	210,995537(23)	3,10(2) мин	α (80 %)	²⁰⁷ At	9/2−
²¹¹ Fr		87	124	210,995537(23)	3,10(2) мин	β ⁺ (20 %)	²¹¹ Rn	9/2−
²¹² Fr		87	125	211,996202(28)	20,0(6) мин	β ⁺ (57 %)	²¹² Rn	5+
²¹² Fr		87	125	211,996202(28)	20,0(6) мин	α (43 %)	²⁰⁸ At	5+
²¹³ Fr		87	126	212,996189(8)	34,6(3) с	α (99,45 %)	²⁰⁹ At	9/2−
²¹³ Fr		87	126	212,996189(8)	34,6(3) с	β ⁺ (0,55 %)	²¹³ Rn	9/2−
²¹⁴ Fr		87	127	213,998971(9)	5,0(2) мс	α	²¹⁰ At	(1−)
^214m1 Fr		123(6) кэВ			3,35(5) мс	α	²¹⁰ At	(8−)
^214m2 Fr		638(6) кэВ			103(4) нс			(11+)
^214m3 Fr		6477+Y кэВ			108(7) нс			(33+)
²¹⁵ Fr		87	128	215,000341(8)	86(5) нс	α	²¹¹ At	9/2−
²¹⁶ Fr		87	129	216,003198(15)	0,70(2) мкс	α	²¹² At	(1−)
²¹⁶ Fr		87	129	216,003198(15)	0,70(2) мкс	β ⁺ (2⋅10 ⁻⁷ %)	²¹⁶ Rn	(1−)
²¹⁷ Fr		87	130	217,004632(7)	16,8(19) мкс	α	²¹³ At	9/2−
²¹⁸ Fr		87	131	218,007578(5)	1,0(6) мс	α	²¹⁴ At	1−
^218m1 Fr		86(4) кэВ			22,0(5) мс	α	²¹⁴ At
^218m1 Fr		86(4) кэВ			22,0(5) мс	ИП (редко)	²¹⁸ Fr
^218m2 Fr		200(150)# кэВ						высокий
²¹⁹ Fr		87	132	219,009252(8)	20(2) мс	α	²¹⁵ At	9/2−
²²⁰ Fr		87	133	220,012327(4)	27,4(3) с	α (99,65 %)	²¹⁶ At	1+
²²⁰ Fr		87	133	220,012327(4)	27,4(3) с	β ⁻ (0,35 %)	²²⁰ Ra	1+
²²¹ Fr		87	134	221,014255(5)	4,9(2) мин	α (99,9 %)	²¹⁷ At	5/2−
						β ⁻ (0,1 %)	²²¹ Ra
						КР (8,79⋅10 ⁻¹¹ %)	²⁰⁷ Tl ¹⁴ C
²²² Fr		87	135	222,017552(23)	14,2(3) мин	β ⁻	²²² Ra	2−
²²³ Fr	Актиний K	87	136	223,0197359(26)	22,00(7) мин	β ⁻ (99,99 %)	²²³ Ra	3/2(−)	следовые количества
²²³ Fr	Актиний K	87	136	223,0197359(26)	22,00(7) мин	α (0,006 %)	²¹⁹ At	3/2(−)	следовые количества
²²⁴ Fr		87	137	224,02325(5)	3,33(10) мин	β ⁻	²²⁴ Ra	1−
²²⁵ Fr		87	138	225,02557(3)	4,0(2) мин	β ⁻	²²⁵ Ra	3/2−
²²⁶ Fr		87	139	226,02939(11)	49(1) с	β ⁻	²²⁶ Ra	1−
²²⁷ Fr		87	140	227,03184(11)	2,47(3) мин	β ⁻	²²⁷ Ra	1/2+
²²⁸ Fr		87	141	228,03573(22)#	38(1) с	β ⁻	²²⁸ Ra	2−
²²⁹ Fr		87	142	229,03845(4)	50,2(4) с	β ⁻	²²⁹ Ra	(1/2+)#
²³⁰ Fr		87	143	230,04251(48)#	19,1(5) с	β ⁻	²³⁰ Ra
²³¹ Fr		87	144	231,04544(50)#	17,6(6) с	β ⁻	²³¹ Ra	(1/2+)#
²³² Fr		87	145	232,04977(69)#	5(1) с	β ⁻	²³² Ra
²³³ Fr		87	146	233,052518(21)	900(100) мс	β ⁻	²³³ Ra	1/2+ #

Промежуточный продукт распада урана-235

Пояснения к таблице

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

↑ Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. , Audi G. (англ.) // . — 2021. — Vol. 45 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-180 . — doi : .
↑ Z. Kalaninová, A.N. Andreyev, S. Antalic, B. Andel, Š. Šáro, J.F.W. Lane, V. Liberati, K. Sandhu, F.P. Heßberger, D. Ackermann, S. Hofmann, B. Kindler, B. Lommel, M.C. Drummond, R.D. Page, A. Thornthwaite, M. Huyse, E. Rapisarda, P. Van Duppen. . Physical Review C (2013). Дата обращения: 15 июня 2023. 14 июня 2023 года.
↑ Dr. Mrutunjaya Bhuyan, S. Mahapatro, Shailesh Kumar Singh, Suresh Kumar Patra. . International Journal of Modern Physics (2015). Дата обращения: 15 июня 2023. 11 июня 2023 года.
А. Мотыляев. . Химия и жизнь (2018). Дата обращения: 30 апреля 2023. 30 апреля 2023 года.
↑ C. Fry, M. Thoennessen. . National Superconducting Cyclotron Laboratory and Department of Physics and Astronomy, Michigan State University (26 мая 2012). Дата обращения: 15 июня 2023. 13 июня 2023 года.
F.G. Kondev. . Nucl. Data Sheets 2021 (4 июля 2021).
Alpha-Decay Properties of Some Francium Isotopes Near the 126-Neutron Closed Shell. Roger D. Griffioen and Ronald D. Macfarlane. Phys. Rev. 133, B1373 – Published 23 March 1964.
F.G. Kondev. . Nucl. Data Sheets 2020 (20 апреля 2020).
F.G. Kondev, S. Lalkovski. . Nucl. Data Sheets 2011 (1 августа 2010).
G. Stancari, S. Veronesi, L. Corradi, S.N. Atutov, R. Calabrese, A. Dainelli, E. Mariotti, L. Moi, S. Sanguinetti, L. Tomassetti. . Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment (15 февраля 2006). Дата обращения: 7 июня 2023. 11 июня 2023 года.
M. J. Martin. . Nucl. Data Sheets 2007 (1 июня 2007).
↑ J. Chen and F.G. Kondev. . Nucl. Data Sheets 2015 (30 сентября 2013).
↑ . State University of New York at Stony Brook (20 февраля 2007). Дата обращения: 15 июня 2023. Архивировано 15 мая 2008 года.
↑ M. Shamsuzzoha Basunia. . Nucl. Data Sheets 2014 (31 марта 2014).
A. Sonzogni, G. Mukherjee, H. Huang, A. Tarazaga, J. Wang. . Nucl. Data Sheets 2013 (28 февраля 2013).
Данные приведены по Wang M. , Audi G. , Kondev F. G. , Huang W. J. , Naimi S. , Xu X. (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41 , iss. 3 . — P. 030002-1—030002-344 . — doi : .
↑ Данные приведены по Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra A. H. // Nuclear Physics A . — 2003. — Т. 729 . — С. 3—128 . — doi : . — Bibcode : .