Нуклид - Nuclide

Ядерная физика
Ядро  · Нуклоны  (п, п ) · Ядерное дело  · Ядерная сила  · Ядерная структура  · Ядерная реакция
Модели ядра Жидкая капля  · Модель ядерной оболочки  · Модель взаимодействующих бозонов  · Ab initio
Нуклиды классификация Изотопы - равный Z Изобары - равный А Изотоны - равный N Исодиаферы - равный N − Z      Изомеры - равно всем вышеперечисленным Зеркальные ядра  – Z ↔ N Стабильный  · Магия  · Даже странно  · Гало  (Борромео )
Ядерная стабильность Связующая энергия  · соотношение p – n  · Капельная линия  · Остров стабильности  · Долина стабильности
Радиоактивный распад Альфа α  · Бета β  (2β, β+ ) · К / л захват  · Изомерный  (Гамма γ  · Внутреннее преобразование ) · Самопроизвольное деление  · Распад кластера  · Эмиссия нейтронов  · Испускание протонов Энергия распада  · Цепочка распада  · Продукт распада  · Радиогенный нуклид
Ядерное деление Спонтанный  · Продукты  (разрыв пары ) · Фотоделение
Процессы захвата электрон (2× ) · нейтрон  (s  · р ) · протон  (п  · rp )
Высокоэнергетические процессы Скалывание (космическим лучом ) · Фотодезинтеграция
Нуклеосинтез и ядерная астрофизика Термоядерная реакция Процессы: Звездный  · Большой взрыв  · Сверхновая звезда Нуклиды: Изначальный  · Космогенный  · Искусственный
Ядерная физика высоких энергий Кварк-глюонная плазма  · RHIC  · LHC
Ученые Альварес  · Беккерель  · Быть  · А. Бор  · Н. Бор  · Чедвик  · Кокрофт  · Ir. Кюри  · Пт. Кюри  · Пи. Кюри  · Склодовская-Кюри  · Дэвиссон  · Ферми  · Хан  · Дженсен  · Лоуренс  · Mayer  · Meitner  · Олифант  · Оппенгеймер  · Proca  · Перселл  · Раби  · Резерфорд  · Soddy  · Strassmann  · Witecki  · Сцилард  · Кассир  · Томсон  · Уолтон  · Вигнер

А нуклид (или нуклеид, от ядро, также известный как ядерные частицы) представляет собой атом, характеризующийся количеством протоны, Z, его количество нейтроны, N, и его ядерная энергетическое состояние.^[1]

Слово нуклид был придуман Трумэн П. Кохман в 1947 г.^[2][3] Кохман определил нуклид как «разновидность атома, характеризующаяся строением ядра», содержащая определенное количество нейтронов и протонов. Таким образом, термин первоначально был сосредоточен на ядре.

Нуклиды против изотопов

Нуклид - это разновидность атома с определенным числом протонов и нейтронов в ядре, например углерод-13 с 6 протонами и 7 нейтронами. Концепция нуклидов (относящаяся к отдельным видам ядер) подчеркивает ядерные свойства над химическими свойствами, в то время как изотоп концепция (группировка всех атомов каждого элемента) подчеркивает химическое над ядерным. В нейтрон число имеет большое влияние на ядерные свойства, но его влияние на химические реакции для большинства элементов незначительно. Даже в случае самых легких элементов, где отношение числа нейтронов к атомному числу наиболее сильно различается между изотопами, это обычно имеет лишь небольшой эффект, но в некоторых случаях имеет значение. Для водорода, самого легкого элемента, изотопный эффект достаточно велик, чтобы сильно повлиять на биологические системы. Для гелия He4 подчиняется Статистика Бозе-Эйнштейна, а He3 подчиняется Статистика Ферми-Дирака. Поскольку изотоп - более старый термин, он более известен, чем нуклид, и до сих пор иногда используется в контекстах, в которых нуклид может быть более подходящим, например, в ядерных технологиях и ядерной медицине.

Типы нуклидов

Хотя слова «нуклид» и «изотоп» часто используются как синонимы, быть изотопами на самом деле является лишь одной связью между нуклидами. В следующей таблице перечислены некоторые другие отношения.

Набор нуклидов с одинаковым числом протонов (атомный номер ), т. е. того же химический элемент но разные нейтронные числа, называются изотопы элемента. Конкретные нуклиды по-прежнему часто условно называют «изотопами», но термин «нуклид» в целом является правильным (т.е. когда Z не фиксируется). Аналогичным образом набор нуклидов с равной массовое число А, но разные атомный номер, называются изобары (изобара = равный вес), и изотоны являются нуклидами с одинаковым числом нейтронов, но с различным числом протонов. Точно так же нуклиды с таким же нейтронным избытком (N − Z) называются изодиаферами.^[4] Название изотопе произошло от названия изотопд, чтобы подчеркнуть, что в первой группе нуклидов постоянно число нейтронов (n), а во второй - число протонов (p).^[5]

Увидеть Изотоп # Обозначение для объяснения обозначений, используемых для различных типов нуклидов или изотопов.

Ядерные изомеры являются членами набора нуклидов с равным числом протонов и равным массовым числом (что делает их по определению одним и тем же изотопом), но с разными состояниями возбуждения. Примером могут служить два состояния одного изотопа ⁹⁹
₄₃Tc
показан среди схемы распада. Каждое из этих двух состояний (технеций-99m и технеций-99) квалифицируется как отдельный нуклид, что иллюстрирует один способ, которым нуклиды могут отличаться от изотопов (изотоп может состоять из нескольких разных нуклидов с разными состояниями возбуждения).

Самый долгоживущий не-основное состояние ядерный изомер - нуклид тантал-180м (^{180 м}
₇₃Та
), имеющий период полураспада превышает 1000 триллионов лет. Этот нуклид существует изначально, и его распад до основного состояния никогда не наблюдался. (Напротив, нуклид тантал-180 в основном состоянии изначально не встречается, так как он распадается с периодом полураспада всего 8 часов до ¹⁸⁰Hf (86%) или ¹⁸⁰W (14%)).

В природе существует 252 нуклида, распад которых никогда не наблюдался. Они встречаются среди 80 различных элементов, которые имеют один или несколько стабильных изотопов. Увидеть стабильный нуклид и первичный нуклид. Нестабильные нуклиды радиоактивный и называются радионуклиды. Их продукты распада («дочерние» продукты) называются радиогенные нуклиды. 252 стабильных и около 87 нестабильных (радиоактивных) нуклидов существуют в природе на Земле, в общей сложности около 339 природных нуклидов на Земле.^[6]

Происхождение естественных радионуклидов

Природные радионуклиды можно условно разделить на три типа.^[7] Во-первых, те, чьи период полураспада т_1/2 составляют не менее 2% до возраста Земля (для практических целей их трудно обнаружить с периодом полураспада менее 10% от возраста Земли) (4.6×10⁹ лет). Это остатки нуклеосинтез это происходило в звездах до образования Солнечная система. Например, изотоп ²³⁸
U
(т_1/2 = 4.5×10⁹ лет) из уран все еще довольно распространен в природе, но короткоживущий изотоп ²³⁵
U
(т_1/2 = 0.7×10⁹ лет) встречается в 138 раз реже. Было обнаружено около 34 из этих нуклидов (см. Список нуклидов и Первородный нуклид подробнее).

Вторая группа радионуклидов, которые существуют в природе, состоит из радиогенные нуклиды такие как ²²⁶
Ра
(т_1/2 = 1602 года), изотоп радий, которые образованы радиоактивный распад. Они встречаются в цепочках распада первичных изотопов урана или тория. Некоторые из этих нуклидов очень недолговечны, например изотопы франция. Существует около 51 из этих дочерних нуклидов, период полураспада которых слишком короткий, чтобы быть первичными, и которые существуют в природе исключительно за счет распада более долгоживущих радиоактивных первичных нуклидов.

Третья группа состоит из нуклидов, которые непрерывно производятся другим способом, а не просто спонтанно. радиоактивный распад (т.е. только один атом участвует без входящей частицы), но вместо этого включает естественный ядерная реакция. Это происходит, когда атомы реагируют с естественными нейтронами (от космических лучей, спонтанное деление, или другие источники), или бомбардируются непосредственно космические лучи. Последние, если они не являются изначальными, называются космогенные нуклиды. Другие типы естественных ядерных реакций производят нуклиды, которые, как говорят, нуклеогенный нуклиды.

Пример нуклидов, образованных в результате ядерных реакций, космогенных ¹⁴
C
(радиоуглерод ), который сделан космический луч бомбардировка другими элементами и нуклеогенными ²³⁹
Пу
который до сих пор создается нейтронной бомбардировкой естественного ²³⁸
U
в результате естественного деления урановых руд. Космогенные нуклиды могут быть стабильными или радиоактивными. Если они стабильны, их существование должно быть выведено на фоне стабильных нуклидов, поскольку каждый известный стабильный нуклид присутствует на Земле изначально.

Искусственно произведенные нуклиды

Помимо 339 природных нуклидов, более 3000 радионуклидов с различным периодом полураспада были искусственно произведены и охарактеризованы.

Известные нуклиды показаны в Таблица нуклидов. Список первичных нуклидов дается отсортированный по элементам, по адресу Список элементов по стабильности изотопов. Список нуклидов сортируется по периоду полураспада для 905 нуклидов с периодом полураспада более одного часа.

Сводная таблица количества нуклидов каждого класса

Это сводная таблица^[8] для нуклидов 905 с периодом полураспада более одного часа, приведенных в список нуклидов. Обратите внимание, что числа неточные и могут немного измениться в будущем, если некоторые «стабильные» нуклиды будут радиоактивными с очень большим периодом полураспада.

Ядерные свойства и стабильность

Устойчивость нуклидов по (Z, N), пример таблица нуклидов:
Черный - стабильный (все исконно)
Красный - изначальный радиоактивный
Другое - радиоактивное, с понижающейся стабильностью от оранжевого до белого.

Атомные ядра, кроме водорода ¹
₁ЧАС
имеют протоны и нейтроны, связанные вместе остаточная сильная сила. Поскольку протоны заряжены положительно, они отталкиваются друг от друга. Нейтроны, которые электрически нейтральны, стабилизируют ядро ​​двумя способами. Их совместное присутствие немного раздвигает протоны, уменьшая электростатическое отталкивание между протонами, и они оказывают ядерное притяжение друг на друга и на протоны. По этой причине один или несколько нейтронов необходимы для того, чтобы два или несколько протонов могли быть связаны в ядро. По мере увеличения числа протонов увеличивается и отношение нейтронов к протонам, необходимое для обеспечения стабильности ядра (см. График). Например, хотя нейтронно-протонное отношение из ³
₂Он
составляет 1: 2, нейтронно-протонное отношение ²³⁸
₉₂U
больше 3: 2. Ряд более легких элементов имеет стабильные нуклиды в соотношении 1: 1 (Z = N). Нуклид ⁴⁰
₂₀Ca
(кальций-40) по наблюдениям является самым тяжелым стабильным нуклидом с таким же количеством нейтронов и протонов (теоретически самым тяжелым стабильным является сера-32). Все стабильные нуклиды тяжелее кальция-40 содержат больше нейтронов, чем протонов.

Четные и нечетные числа нуклонов

Отношение протон-нейтрон - не единственный фактор, влияющий на ядерную стабильность. Это зависит также от четного или нечетного паритет его атомного номера Z, нейтронное число N и, следовательно, из их суммы массовое число А. Странность обоих Z и N имеет тенденцию понижать энергия связи ядра, что делает нечетные ядра, как правило, менее стабильными. Это замечательное различие ядерной энергии связи между соседними ядрами, особенно нечетными.А изобары, имеет важные последствия: нестабильные изотопы с неоптимальным числом нейтронов или протонов распадаются на бета-распад (включая распад позитрона), захват электронов или более экзотические средства, такие как спонтанное деление и кластерный распад.

Большинство стабильных нуклидов являются четно-протонно-нейтронными, где все числа Z, N, и А четные. Странный-А стабильные нуклиды делятся (примерно поровну) на нуклиды с нечетным протоном и четным нейтроном и нуклиды с четным протоном и нечетным нейтроном. Нуклиды (и ядра) с нечетными протонами и нейтронами встречаются реже всего.

Смотрите также

• Изотоп (гораздо больше информации о количестве стабильных нуклидов)
• Список элементов по стабильности изотопов
• Список нуклидов (отсортировано по периоду полураспада)
• Таблица нуклидов
• Альфа-нуклид
• Моноизотопный элемент
• Мононуклидный элемент
• Первозданный элемент
• Радионуклид
• Гиперядро

использованная литература

внешние ссылки

• Периодическая таблица в Керли
• Livechart - Таблица нуклидов в Международном агентстве по атомной энергии