Kosmogenní nuklid - Cosmogenic nuclide

Kosmogenní nuklidy (nebo kosmogenní izotopy) jsou vzácné nuklidy (izotopy ) vytvořený při vysoké energii kosmický paprsek interaguje s jádro z in situ Sluneční Soustava atom, způsobující vylučování nukleonů (protonů a neutronů) z atomu (viz spalace kosmického záření ). Tyto nuklidy se vyrábějí v pozemských materiálech, jako jsou skály nebo půda, v Země atmosféra, a v mimozemských věcech, jako je meteority. Měřením kosmogenních nuklidů vědci jsou schopni nahlédnout do řady geologický a astronomický procesy. Jsou oba radioaktivní a stabilní kosmogenní nuklidy. Některé z těchto radionuklidů jsou tritium, uhlík-14 a fosfor-32.

Určité světlo (nízké atomové číslo) prvotní nuklidy (některé izotopy z lithium, berylium a bór ) jsou považovány za vytvořené nejen během Velký třesk, a také (a možná primárně) k tomu, aby byly vyrobeny po Velkém třesku, ale před kondenzací sluneční soustavy, procesem spalace kosmického záření na mezihvězdném plynu a prachu. To vysvětluje jejich vyšší početnost v kosmických paprskech ve srovnání s jejich poměry a četností určitých jiných nuklidů na Zemi. To také vysvětluje nadbytek raného období přechodné kovy těsně před žehlička v periodické tabulce; tak vzniká kosmická zářič železa skandium přes chrom na jedné straně a hélium přes bor na druhé straně.^[1] Avšak svévolná definující kvalifikace pro vznik kosmogenních nuklidů „in situ ve sluneční soustavě“ (to znamená uvnitř již agregované části sluneční soustavy) brání prvotním nuklidům vytvořeným spalací kosmického záření před formování sluneční soustavy, které se nazývá „kosmogenní nuklidy“ - i když mechanismus jejich vzniku je přesně stejný. Tytéž nuklidy stále přicházejí na Zemi v malém množství v kosmickém záření a jsou vytvářeny v meteoroidech, v atmosféře, na Zemi, „kosmogenně“. Je však přítomno berylium (všechno stabilní berylium-9)^{[Citace je zapotřebí ]} prvotně ve sluneční soustavě v mnohem větších množstvích, které existovaly před kondenzací sluneční soustavy, a tedy přítomné v materiálech, ze kterých sluneční soustava vznikla.

Chcete-li rozlišovat jiným způsobem, načasování jejich formace určuje, která podmnožina nuklidů produkovaných spalinem kosmického záření se nazývá prvotní nebo kosmogenní (Nuklid nemůže patřit do obou tříd). Konvencí se uvažuje o určitých stabilních nuklidech lithia, berylia a boru^[1] byly vyrobeny spalací kosmického záření v časovém období mezi the Velký třesk a formace sluneční soustavy (což je dělá prvotní nuklidy, podle definice) nejsou označovány jako „kosmogenní“, přestože tomu tak bylo^{[Citace je zapotřebí ]} vytvořené stejným procesem jako kosmogenní nuklidy (i když dříve). Prvotní nuklid berylium-9, jediný stabilní izotop berylia, je příkladem tohoto typu nuklidu.

Naproti tomu, i když radioaktivní izotopy berylium-7 a berylium-10 spadají do této řady tří lehkých prvků (lithium, berylium, bór), které se tvoří většinou^{[Citace je zapotřebí ]} kosmickým paprskem nukleosyntéza, oba tyto nuklidy mají poločasy příliš krátké na to, aby vznikly před vznikem sluneční soustavy, a proto nemohou být prvotními nuklidy. Protože jediným možným zdrojem je trasa spallace kosmického záření^{[Citace je zapotřebí ]} berylia-7 a berylia-10, které se přirozeně vyskytují v životním prostředí, jsou proto kosmogenní.

Kosmogenní nuklidy

Zde je seznam radioizotopů vytvořených působením kosmické paprsky; seznam také obsahuje produkční režim izotopu.^[2] Většina kosmogenních nuklidů se tvoří v atmosféře, ale některé se tvoří in situ v půdě a horninách vystavených kosmickým paprskům, zejména v tabulce níže vápník-41.

Aplikace v geologii uvedené podle izotopu

Použití v geochronologii

Jak je vidět v tabulce výše, existuje široká škála užitečných kosmogenních nuklidů, které lze měřit v půdě, horninách, podzemních vodách a atmosféře. Všechny tyto nuklidy sdílejí společný rys nepřítomnosti v hostitelském materiálu v době vzniku. Tyto nuklidy jsou chemicky odlišné a spadají do dvou kategorií. Zajímavé nuklidy jsou buď vzácné plyny které díky svému inertnímu chování nejsou ze své podstaty zachyceny v krystalizovaném minerálu nebo mají dostatečně krátký poločas, kdy se od té doby rozpadly nukleosyntéza ale dostatečně dlouhý poločas, kdy si vytvořil měřitelné koncentrace. První zahrnuje měření množství ⁸¹Kr a ³⁹Ar vzhledem k tomu, že druhý zahrnuje měření množství ¹⁰Být, ¹⁴C a ²⁶Al.

Jakmile kosmický paprsek zasáhne hmotu, mohou nastat 3 typy reakcí kosmického záření, které zase produkují měřené kosmogenní nuklidy.^[3]

• spalace kosmického záření což je nejběžnější reakce na blízkém povrchu (obvykle 0 až 60 cm pod) Zemi a může vytvářet sekundární částice, které mohou způsobit další reakci při interakci s jinými jádry zvanými a kolize kaskády.
• zachycení mionů prostupuje v hloubkách několik metrů pod podpovrchem, protože miony jsou ze své podstaty méně reaktivní a v některých případech s vysokoenergetickými miony mohou dosáhnout větší hloubky^[4]
• zachycení neutronů které jsou díky nízké energii neutronů zachyceny do jádra, nejčastěji vodou, ale jsou velmi závislé na sněhu, půdní vlhkosti a koncentraci stopových prvků.

Opravy toků kosmického záření

Vzhledem k tomu, že Země vyboulí na rovníku a hory a hluboké oceánské příkopy umožňují odchylky několik kilometrů od rovnoměrně hladkého sféroidu, kosmické paprsky bombardují zemský povrch nerovnoměrně na základě zeměpisné šířky a nadmořské výšky. Aby bylo možné přesně určit tok kosmického záření, musí být pochopeno mnoho geografických a geologických hledisek. Atmosférický tlak Například, která se mění s nadmořskou výškou, může změnit rychlost výroby nuklidů uvnitř minerálů o faktor 30 mezi hladinou moře a vrcholem 5 km vysoké hory. Dokonce i změny ve svahu země mohou ovlivnit, jak daleko mohou vysokoenergetické miony proniknout pod povrch.^[5] Síla geomagnetického pole, která se časem mění, ovlivňuje rychlost produkce kosmogenních nuklidů, i když některé modely předpokládají, že odchylky intenzity pole jsou v geologickém čase zprůměrovány a nejsou vždy brány v úvahu.

Reference