Zaniklé izotopy těžkých prvků - Extinct isotopes of superheavy elements - Wikipedia

Zaniklé izotopy z supertěžké prvky jsou izotopy prvků, jejichž poločasy rozpadu byly příliš krátké na to, aby trvaly formováním sluneční soustavy[1] a protože nejsou doplněny přírodními procesy, lze je dnes najít pouze jako jejich dcery uvězněni ve vzorcích sedimentů a meteoritů datovaných před miliardami let.

Štěpný xenon uhlíkatého chondritu

Štěpení uhlíkatých chondritů Xe, často zkráceně CCF Xe, je souborem různých izotopů xenonu, o nichž se předpokládalo, že vznikly rozpadem těžkého prvku v ostrov stability. První studie navrhly, aby byl poločas teoretického předka CCF Xe řádově 108 let.[2] Pozdější pokus o charakterizaci předka v roce 1975 Edwardem Andersem, profesorem chemie na univerzitě v Chicagu, a kolegou Johnem Larimerem navrhl odpařovací teplo 54 kJ / mol a bod varu 2500 K pro prvek a na základě na odhadovaných akrečních teplotách navrhli také prvky 111 a 115 (dnes pojmenované rentgenium a moscovium ) jako nejpravděpodobnější kandidáti za předpokladu, že prvek kondenzuje v čisté formě.[3]

Allende meteorit

Anders pokračoval ve studiu vzorků Allende meteorit, největší uhlíkatý chondrit kdy nalezen na Zemi. Výsledky těchto studií naznačují prvek 113-115 (dnes nihonium, flerovium a moscovium)[4] jako nejpravděpodobnější kandidáti na předka CCF Xe. Tyto studie také navrhly, aby progenitor kondenzoval jako sulfid chromitý železitý.[5] Toto je později zpochybňováno, protože sulfid chromitý železný je velmi vzácný s relativním množstvím 0,4%.[6]

Důkazy proti xenonu štěpného uhlíku

V 80. letech byla CCF Xe vlastně produktem štěpení pochybná a alternativní teorie, že vznikla z r-procesu (zachycení neutronů) nukleosyntéza získal více prostoru.[7] Vědci zkoumali izotopové anomálie v sousedních prvcích izotopů barya, neodymu a samaria a srovnávali je s množstvím Xe. Ať už byl CCF Xe produkován nukleosyntézou nebo štěpením, mělo by být produkováno srovnatelné množství baria 135.[6] Když vědci porovnali experimentální data s předpovězeným množstvím baria po každém modelu, žádný z modelů se ani nepřiblížil správnému předpovědi anomálií, což vedlo k Lewisovi a spol. nazývat experiment „trapností“ pro oba modely. V případě nukleosyntézy je však možné, že Sm, Nd a Ba byly odděleny od Xe předchozí kondenzací v plášti supernovy nebo plazmatickými procesy.[6] Na základě těchto údajů se považovalo za nepravděpodobné, že CCF Xe skutečně vznikl štěpením.

Plutonium-244

Srovnání relativních výtěžků fissiogenních xenonů nalezených v meteoritech Pasamonte a Kapoeta s výtěžky laboratorního vzorku plutonia 244.[8]

Plutonium-244 je jedním z několika vyhynulých radionuklidy která předcházela vzniku sluneční soustavy. Jeho poločas rozpadu 80 milionů let zajišťoval jeho cirkulaci ve sluneční soustavě před jeho zánikem[1] a vskutku, 244Pu dosud nebyl nalezen v jiné hmotě než v meteoritech.[9] Radionuklidy, jako např 244Pu, podrob se rozkladu, aby vznikly fissiogenní - vznikající štěpením - xenonové izotopy, které pak mohou být použity k načasování událostí rané sluneční soustavy. Ve skutečnosti analýzou dat ze zemského pláště, které naznačují, že asi 30% stávajícího fissiogenního xenonu lze přičíst 244Rozpad Pu, načasování vzniku Země lze odvodit, že k němu došlo téměř 50-70 milionů let po vzniku sluneční soustavy.[10]

Identifikace a objev

244Pu.png

Před analýzou dat hmotnostních spekter získaných analýzou vzorků nalezených v meteoritech bylo v nejlepším případě inferenční 244Pu jako nuklid zodpovědný za nalezený fissiogenní xenon. Ale analýza laboratorního vzorku 244Pu ve srovnání s fissiogenním xenonem shromážděným z meteoritů Pasamonte a Kapoeta vytvořili shodná spektra, která okamžitě nezanechávala žádné pochybnosti o zdroji izotopových anomálií xenonu. Data spektra byla dále získána pro další aktinid, 244Cm, ale taková data se ukázala rozporuplná a pomohla vymazat další pochybnosti, kterým bylo štěpení náležitě připisováno 244Pu.[11]

Zkoumání dat spekter i studium štěpných stop vedlo k několika nálezům Plutonium-244. v západní Austrálie, se analýza hmotnostního spektra xenonu v rozmezí 4,1 - 4,2 Gy-starých zirkonů setkala s nálezy různých úrovní 244Štěpení pu.[1] Přítomnost 244Štěpné stopy Pu lze stanovit pomocí počátečního poměru 244Pu do 238U (Pu / U)0 v době T0 = 4.58×109 roky, kdy tvorba Xe poprvé začala v meteoritech, a zvážením toho, jak se poměr štěpných stop Pu / U v průběhu času mění. Zkoumání krystalu whitlockitu uvnitř vzorku měsíční horniny přeneseného z mise Apollo 14 stanovilo proporce štěpných stop Pu / U v souladu s (Pu / U)0 časová závislost.[9]

Pozoruhodné zaniklé radionuklidy a jejich produkty rozpadu
RadionuklidPoločas rozpadu (roky)Způsob rozpaduProdukty rozpadu
244Pu8.00×107α rozpad, spontánní štěpení232Čt, 131-136Xe
146Sm6.80×107α rozpad142Nd
129Já1.57×107β- rozpad129Xe
247Cm1.56×107α rozpad235U
182Hf8.90×106β- rozpad182Ž
107Pd6.5×106β- rozpad107Ag
53Mn3.74×106elektronový záchyt53Cr
60Fe2.62×106β- rozpad60Ni
26Al7.17×105β + rozpad, elektronový záchyt26Mg

Reference

  1. ^ A b C Turner, Grenville; Harrison, T. Mark; Holland, Greg; Mojzsis, Stephen J .; Gilmour, Jamie (01.01.2004). "Zaniklý $ ^ {244} Pu $ ve starověkých zirkonech". Věda. 306 (5693): 89–91. Bibcode:2004Sci ... 306 ... 89T. doi:10.1126 / science.1101014. JSTOR  3839259. PMID  15459384.
  2. ^ Schramm, David N. (1971-09-24). „Implikovaný superheavy elementární rozpad života po celý život od Meteoritů“. Příroda. 233 (5317): 258–260. Bibcode:1971Natur.233..258S. doi:10.1038 / 233258a0. PMID  16063318.
  3. ^ Anders, Edward; Larimer, John W. (01.01.1972). "Zaniklý superheavy prvek v meteoritech: pokus o charakterizaci". Věda. 175 (4025): 981–983. Bibcode:1972Sci ... 175..981A. doi:10.1126 / science.175.4025.981. JSTOR  1732722. PMID  17791931.
  4. ^ Anders, Edward; Lewis, R.S. (01.03.1981). „XE129 a původ xenonu CCF v meteoritech“. LUNAR AND PLANETARY SCIENCE XII, S. 616-618. Abstraktní.: 616. Bibcode:1981LPI .... 12..616L.
  5. ^ Anders, Edward; Higuchi, H .; Gros, Jacques; Takahashi, H .; Morgan, John W. (01.01.1975). "Zaniklý supertěžký prvek v Allende Meteorite". Věda. 190 (4221): 1262–1271. Bibcode:1975Sci ... 190.1262A. doi:10.1126 / science.190.4221.1262. JSTOR  1741804.
  6. ^ A b C Lewis, R. S .; Anders, E .; Shimamura, T .; Lugmair, G. W. (01.01.1983). „Izotopy baria v Allende Meteorite: Důkazy proti zaniklému superheavy prvku“. Věda. 222 (4627): 1013–1015. Bibcode:1983Sci ... 222.1013L. doi:10.1126 / science.222.4627.1013. JSTOR  1691282. PMID  17776244.
  7. ^ Black, David C. (06.02.1975). "Alternativní hypotéza o původu xenonu CCF". Příroda. 253 (5491): 417–419. Bibcode:1975 Natur.253..417B. doi:10.1038 / 253417a0.
  8. ^ Alexander, E. C .; Lewis, R. S .; Reynolds, J. H .; Michel, M. C. (01.01.1971). „Plutonium-244: Potvrzení jako zaniklá radioaktivita“. Věda. 172 (3985): 837–840. Bibcode:1971Sci ... 172..837A. doi:10.1126 / science.172.3985.837. JSTOR  1731927. PMID  17792940.
  9. ^ A b Hutcheon, I.D .; Price, P. B. (01.01.1972). „Štěpné stopy plutonia-244: Důkazy v měsíční skále staré 3,95 miliardy let“. Věda. 176 (4037): 909–911. Bibcode:1972Sci ... 176..909H. doi:10.1126 / science.176.4037.909. JSTOR  1733798. PMID  17829301.
  10. ^ Kunz, Joachim; Staudacher, Thomas; Allègre, Claude J. (01.01.1998). „Xenon s štěpením plutonia nalezený v zemském plášti“. Věda. 280 (5365): 877–880. Bibcode:1998Sci ... 280..877K. doi:10.1126 / science.280.5365.877. JSTOR  2896480. PMID  9572726.
  11. ^ Alexander, E. C .; Lewis, R. S .; Reynolds, J. H .; Michel, M. C. (01.01.1971). „Plutonium-244: Potvrzení jako zaniklá radioaktivita“. Věda. 172 (3985): 837–840. Bibcode:1971Sci ... 172..837A. doi:10.1126 / science.172.3985.837. JSTOR  1731927. PMID  17792940.