Interested Article - Изотопы бора
- 2021-03-30
- 1
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 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | |||||||||
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+ | ||
β − , α ( 0,60 ± (2) %) |
8
Be |
||||||||
13
B |
5 | 8 | 13,0 177 800 ± (11) | 17,16 ± (18) мс | β − ( 99,734 ± (36) %) |
13
C |
3/2− | ||
β − , n ( 0,266 ± (36) %) |
12
C |
||||||||
14
B |
5 | 9 | 14,025 404 ± (23) | 12,36 ± (29) мс | β − ( 93,96 ± (23) %) |
14
C |
2− | ||
β − , n ( 6,04 ± (23) %) |
13
C |
||||||||
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
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:
- + 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
- 2021-03-30
- 1