Калий-40 - Potassium-40

Калий-40,40K
Общий
Символ40K
Именакалий-40, К-40
Протоны19
Нейтронов21
Данные о нуклидах
Природное изобилие0.0117(1)%
Период полураспада1.251(3)×109 у
Родительские изотопыИзначальный
Продукты распада40Ca (β−)
40Ar (EC, γ; β+)
Изотопная масса39.96399848(21) ты
Вращение4−
Избыточная энергия−33505 кэВ
Связующая энергия341523 кэВ
Режимы распада
Режим распадаЭнергия распада (МэВ )
β−1.31109
EC, γ1.5049
Изотопы калия
Полная таблица нуклидов

Калий-40 (40K) это радиоактивный изотоп из калий который имеет длинный период полураспада из 1,251×109 годы. Он составляет 0,012% (120 промилле ) от общего количества калия, встречающегося в природе.

Калий-40 - редкий пример изотопа, который подвергается обоим типам бета-распад. Примерно в 89,28% случаев он распадается на кальций-40 (40Ca) с испусканием бета-частица (β−, электрон ) с максимальной энергией 1,31МэВ и антинейтрино. Примерно в 10,72% случаев он распадается на аргон-40 (40Ar) пользователем захват электронов (EC), с выбросом нейтрино а затем 1,460 МэВ гамма-луч.[1] Радиоактивный распад этого конкретного изотопа объясняет большое содержание аргона (около 1%) в Атмосфера Земли, а также преобладание 40Ar над другие изотопы. Очень редко (0,001% событий) распадается на 40Ar, испуская позитрон (β+) и нейтрино.[2]

Калий-аргоновое датирование

Схема распада
Основная статья: K – Ar датирование

Калий-40 особенно важен при датировании калий-аргон (K-Ar). Аргон - это газ, который обычно не соединяется с другими элементами. Итак, когда минеральная формы - ли из расплавленных камень, или от веществ, растворенных в воде - она ​​изначально будет без аргона, даже если в жидкости есть немного аргона. Однако, если минерал содержит калий, то распад 40Присутствующий изотоп K создаст свежий аргон-40, который останется заблокированным в минерале. Поскольку скорость, с которой происходит это преобразование, известна, можно определить время, прошедшее с момента образования минерала, путем измерения отношения 40K и 40В нем содержатся атомы Ar.

Содержание аргона в атмосфере Земли составляет 99,6%. 40Ar; в то время как аргон на Солнце - и, предположительно, в первичном материале, который конденсировался в планеты - в основном 36Ar, с менее чем 15% 38Ar. Отсюда следует, что большая часть земного аргона образуется из калия-40, который распался до аргона-40, который в конечном итоге ушел в атмосферу.

Вклад в естественную радиоактивность

Эволюция радиогенного теплового потока мантии Земли во времени: вклад 40K желтым.

Радиоактивный распад 40K в мантии Земли занимает третье место после 232Чт и 238U, как источник радиогенное тепло. В активной зоне, вероятно, также присутствуют радиогенные источники, хотя их количество неизвестно. Было высказано предположение, что значительная радиоактивность активной зоны (1-2 ТВт) может быть вызвана высокими уровнями U, Th и K.[3][4]

Калий-40 является крупнейшим источником естественной радиоактивности у животных, включая человека. В организме человека весом 70 кг содержится около 140 г калия, следовательно, около 0,000117 × 140 = 0,0164 г калия. 40K; распад которого производит около 4300 распадов в секунду (беккерель ) непрерывно на протяжении всей жизни тела.[5][6]

Эквивалентная доза банана

Калий-40 известен своим использованием в Эквивалентная доза банана, неформальная единица измерения, в основном используемая в общих образовательных учреждениях, для сравнения доз радиоактивных веществ с количеством, полученным при употреблении банан. Радиоактивная доза от употребления одного банана обычно составляет 10−7 Зиверт, или 0,1 микрозиверта, что составляет 1% от ежедневного потребления радиоактивных веществ средним американцем.[7]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Этот фотон можно было бы назвать рентгеновский снимок если испускается из электрона. В ядерной физике принято называть фотоны в соответствии с их происхождением, а не их энергией, фотоны высокой энергии, производимые электрическими переходами, называются «рентгеновскими лучами», а те, которые испускаются атомными ядрами, называют «рентгеновскими лучами».гамма излучение "независимо от их энергии.
  2. ^ Engelkemeir, D. W .; Флинн, К. Ф .; Гленденин, Л. Э. (1962). «Излучение позитронов при распаде K40". Физический обзор. 126 (5): 1818. Bibcode:1962ПхРв..126.1818Э. Дои:10.1103 / PhysRev.126.1818.
  3. ^ Wohlers, A .; Вуд, Б. Дж. (2015). "Ртуть-подобный компонент ранней Земли дает уран в ядре и высокой мантии. 142Nd ". Природа. 520 (7547): 337–340. Bibcode:2015Натура. 520..337Вт. Дои:10.1038 / природа14350. ЧВК  4413371. PMID  25877203.
  4. ^ Мурти, В. Рама; Ван Вестренен, Вим; Фэй, Инвэй (2003). «Экспериментальные доказательства того, что калий является значительным радиоактивным источником тепла в ядрах планет». Природа. 423 (6936): 163–5. Bibcode:2003Натура 423..163М. Дои:10.1038 / природа01560. PMID  12736683.
  5. ^ Число радиоактивных распадов в секунду в данной массе 40K - количество атомов в этой массе, деленное на среднее время жизни 40K атом в секундах. Количество атомов в одном грамме 40K - это Число Авогадро 6.022×1023 (количество атомов на крот ) делится на атомный вес калия-40 (39,96 грамма на моль), что составляет около 0,1507×1023 за грамм. Как и в любом экспоненциальный спад, среднее время жизни - это период полураспада, деленный на натуральный логарифм 2, или около 56,82×1015 секунд.
  6. ^ Бин Самат, С .; Green, S .; Беддо, А. Х. (1997). "The 40K активность одного грамма калия ». Физика в медицине и биологии. 42 (2): 407–13. Bibcode:1997ПМБ .... 42..407С. Дои:10.1088/0031-9155/42/2/012. PMID  9044422.
  7. ^ https://www.radiation-dosimetry.org/what-is-banana-equivalent-dose-bed-definition/

Рекомендации

внешняя ссылка


Более легкий:
калий-39		Калий-40 - это
изотоп из калий		Тяжелее:
калий-41
Продукт распада из:
—		Цепочка распада
калия-40		Распада к:
аргон-40, кальций-40, Стабильный