Izotopy protaktynu

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Protaktyn (Pa) nie ma trwałych izotopów, znanych jest natomiast jego 29 izotopów promieniotwórczych, z których najstabilniejsze to 231Pa o okresie półtrwania (t1/2) 32 760 lat, 233Pa t1/2 = 26,97 dni i 230Pa t1/2 = 17,4 dni. Wszystkie pozostałe radioaktywne izotopy mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż 1,6 dnia, a większość z nich ma czasy połowicznego zaniku mniejsze niż 1,8 sekundy.

Jedynymi naturalnie występującymi izotopami są: 231Pa, który występuje jako produkt pośredni rozpadu 235U i stanowi blisko 100% naturalnego protaktynu, oraz krótko żyjące 234Pa i 234mPa, występujące w śladowych ilościach jako produkty pośrednie w rozpadzie 238U. Średnia masa atomowa naturalnego protaktynu wynosi 231,03588(2) u.

Głównym procesem rozpadu jądrowego dla izotopów protaktynu o Z ≤ 231 jest rozpad alfa, z wyjątkiem jąder o Z = 228–230, w których następuje wychwyt elektronu prowadzący do izotopów toru. Głównym procesem dla cięższych izotopów jest rozpad beta minus). Głównymi produktami rozpadu 231Pa i izotopów lżejszych (włączając w to 227Pa) są izotopy aktynu, a dla cięższych izotopów protaktynu produktami rozpadu są izotopy uranu.

Protaktyn-231[edytuj | edytuj kod]

231Pa jest źródłem promieniowania α, o masie ustalonej na 231,03588 ±0,00002[1], będący członkiem naturalnie występującego szeregu promieniotwórczego uranu-235 (4n+3). Jest produktem rozpadu 231Th, a dalej rozpada się na 227Ac, od którego zaczerpnął swoją nazwę. Potwierdzone okresy półtrwania wynoszą od 32 000 lat ±10%[2] do 34 300 ±300 lat. Ostatnie badania ustaliły okres półtrwania na ok. 35 530 ±250 lat (z 95% pewnością)[3]. Dlatego też 231Pa jest jedynym izotopem dostępnym w miligramowych ilościach. Przekrój czynny wychwytu neutronów termicznych wynosi 211 ±2 barnów. Okres półtrwania samorzutnego rozszczepienia wynosi 1,1×1016 lat.[3]

231Pa może być wyizolowany z przetworzonych rud uranowych lub wytworzony na drodze dwóch reakcji jądrowych: 232Th(n,2n)231Th lub 230Th(n,α)231Th. W zasadzie powinno to wyeliminować wszystkie problemy związane z otrzymywaniem 231Pa. Jednakże napromieniowanie neutronami 232Th daje duże ilości 233Pa i innych niepożądanych zanieczyszczeń, a względnie małe ilości 231Pa[3].

Protaktyn-233[edytuj | edytuj kod]

233Pa jest jedynym izotopem protaktynu, który otrzymywany jest w gramowych ilościach. Pierwszy gram został otrzymany w 1964 roku przez naukowców w National Reactor Testing Station w Idaho[4]. Znaczenie tego izotopu wynika z faktu, że jest etapem pośrednim w produkcji rozszczepialnego 233U. Reakcja została odkryta w 1938 roku przez Meitner[5]:

232Th(n,α)233Th,22 min) → 233Pa, 27 dni) → 233U

233Pa wyparł izotop 234Pa z zastosowań jako znacznik izotopowy ze względu na swój okres półtrwania, stosunkową łatwość otrzymywania oraz łatwe do wykrycia widmo gamma[6][7].

Protaktyn-234[edytuj | edytuj kod]

Nuklid 234Pa występuje naturalnie w dwóch postaciach izomerycznych: 234mPa, odkryty przez Fajansa i Göhringa w 1913 roku oraz 234Pa, odkryty przez Hahna w 1921 roku. Oba izotopy są źródłami promieniowania β, rozpadając się do 234U, ale 234mPa jest metastabilny i w 0,13% rozpadów, w wyniku przejścia izomerycznego, rozpada się do swojego stanu podstawowego, 234Pa[3].

Tabela izotopów[edytuj | edytuj kod]

Nuklid Nazwa
historyczna
Z(p) N(n)  
Masa izotopu (u)[8]
 
t1/2[9] Proces rozpadu[10][11] izotop pochodny spin
jądrowy[11]
energia wzbudzenia
212Pa 91 121 212,02320(8) 8(5) ms
[5,1(+61−19) ms]
7+[a]
213Pa 91 122 213,02111(8) 7(3) ms
[5,3(+40−16) ms]
α 209Ac 9/2−[a]
214Pa 91 123 214,02092(8) 17(3) ms α 210Ac
215Pa 91 124 215,01919(9) 14(2) ms α 211Ac 9/2−[a]
216Pa 91 125 216,01911(8) 105(12) ms α (80%) 212Ac
β+ (20%) 216Ac
217Pa 91 126 217,01832(6) 3,48(9) ms α 213Ac 9/2−[a]
217mPa 1860(7) keV 1,08(3) ms α 213Ac 29/2+[a]
IT (rzadko) 217Pa
218Pa 91 127 218,020042(26) 0,113(1) ms α 214Ac
219Pa 91 128 219,01988(6) 53(10) ns α 215Ac 9/2−
β+ (5×10−9%) 219Ac
220Pa 91 129 220,02188(6) 780(160) ns α 216Ac 1−[a]
221Pa 91 130 221,02188(6) 4,9(8) µs α 217Ac 9/2−
222Pa 91 131 222,02374(8)[a] 3,2(3) ms α 218Ac
223Pa 91 132 223,02396(8) 5,1(6) ms α 219Ac
β+ (0,001%) 223Ac
224Pa 91 133 224,025626(17) 844(19) ms α (99,9%) 220Ac 5−[a]
β+ (0,1%) 224Ac
225Pa 91 134 225,02613(8) 1,7(2) s α 221Ac 5/2−[a]
226Pa 91 135 226,027948(12) 1,8(2) min α (74%) 222Ac
β+ (26%) 226Ac
227Pa 91 136 227,028805(8) 38,3(3) min α (85%) 223Ac (5/2−)
EC (15%) 227Ac
228Pa 91 137 228,031051(5) 22(1) h β+ (98,15%) 228Ac 3+
α (1,85%) 224Ac
229Pa 91 138 229,0320968(30) 1,50(5) d EC (99,52%) 229Ac (5/2+)
α (0,48%) 225Ac
229mPa 11,6(3) keV 420(30) ns 3/2-
230Pa 91 139 230,034541(4) 17,4(5) d β+ (91,6%) 230Ac (2−)
β (8,4%) 230U
α (0,00319%) 226Ac
231Pa Protoaktyn 91 140 231,0358840(24) 3,530(250)×104 a[3] α 227Ac 3/2−
CD (1,34×10−9%) 207Tl
24Ne
SF (3×10−10%) (różne)
CD (10−12%) 208Pb
23F
232Pa 91 141 232,038592(8) 1,31(2) d β 232U (2−)
EC (0,003%) 232Ac
233Pa 91 142 233,0402473(23) 26,975(13) d β 233U 3/2−
234Pa Uranium Z 91 143 234,043308(5) 6,70(5) h β 234U 4+
SF (3×10−10%) (różne)
234mPa Uranium X2
Brevium
78(3) keV 1,17(3) min β (99,83%) 234U (0−)
IT (0,16%) 234Pa
SF (10−10%) (różne)
235Pa 91 144 235,04544(5) 24,44(11) min β 235mU (3/2−)
236Pa 91 145 236,04868(21) 9,1(1) min β 236U 1(−)
β, SF (6×10−8%) (różne)
237Pa 91 146 237,05115(11) 8,7(2) min β 237U (1/2+)
238Pa 91 147 238,05450(6) 2,27(9) min β 238U (3−)[a]
β, SF (2,6×10−6%) (różne)
239Pa 91 148 239,05726(21)[a] 1,8(5) h β 239U (3/2)(−[a])
240Pa 91 149 240,06098(32)[a] 2[a] min β 240U

Uwagi

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 Wartość przynajmniej częściowo jest wynikiem obserwowanego trendu we właściwościach izotopów, a nie danych eksperymentalnych. Spiny o dużym potencjale błędu ujęte są w nawiasy.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. J.R. De Laeter, K.G. Heumann. Isotopic Compositions of the Elements. „Journal of Physical and Chemical Reference Data”. 20 (6), s. 1327–1338, 1991-06. American Institute of Physics. doi:10.1063/1.555903 (ang.). 
  2. Aristid v. Grosse. Über die Halbwertszeit des Protactiniums. „Naturwissenschaften”. 20 (27), s. 505, 1932-07-01. Springer Berlin. doi:10.1007/BF01505061 (niem.). 
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Protactinium. W: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht: Springer Netherlands, 2011, s. 166–170. ISBN 9789400702110.
  4. Protactinium. W: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht: Springer Netherlands, 2011, s. 163–164. ISBN 9789400702110.
  5. Ruth Lewin Sime: Lise Meitner: A Life in Physics. California Studies in the History of Science, 1997-06, s. 456. ISBN 9780520208605. (ang.)
  6. C.E. Crouthamel, F. Adams, R. Dams: Applied gamma-ray spectrometry. Oxford, New York: Pergamon Press, 1970. ISBN 008006888X.
  7. C.W. Sill. Research Article Preparation of Protactinium-233 Tracer. „Analytical Chemistry”. 38 (11), s. 1458–1463, 1966-10. doi:10.1021/ac60243a004 (ang.). 
  8. J.R. de Laeter, J.K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka i inni. Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). „Pure and Applied Chemistry”. 75 (6), s. 683–800, 2003. doi:10.1351/pac200375060683 (ang.). 
  9. G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot i inni. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. „Nuclear Physics A”. 729, s. 3–128, 2003. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. Bibcode2003NuPhA.729....3A (ang.). 
  10. M.E. Wieser. Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report). „Pure and Applied Chemistry”. 78 (11), s. 2051–2066, 2006. doi:10.1351/pac200678112051 (ang.). 
  11. 11,0 11,1 National Nuclear Data Center: NuDat 2.1 database (ang.). Brookhaven National Laboratory. [dostęp 2012-06-21].