Izotopy protaktynu
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 (β−). 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
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
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(β−,22 min) → 233Pa(β−, 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
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
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
Przypisy
- ↑ 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.).
- ↑ Aristid v. Grosse. Über die Halbwertszeit des Protactiniums. „Naturwissenschaften”. 20 (27), s. 505, 1932-07-01. Springer Berlin. DOI: 10.1007/BF01505061. (niem.).
- ↑ a b c d e Protactinium. W: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht: Springer Netherlands, 2011, s. 166–170. ISBN 978-94-007-0211-0.
- ↑ Protactinium. W: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. Dordrecht: Springer Netherlands, 2011, s. 163–164. ISBN 978-94-007-0211-0.
- ↑ Ruth Lewin Sime: Lise Meitner: A Life in Physics. California Studies in the History of Science, 1997-06, s. 456. ISBN 978-0-520-20860-5. (ang.).
- ↑ C.E. Crouthamel, F. Adams, R. Dams: Applied gamma-ray spectrometry. Oxford, New York: Pergamon Press, 1970. ISBN 0-08-006888-X.
- ↑ C.W. Sill. Research Article Preparation of Protactinium-233 Tracer. „Analytical Chemistry”. 38 (11), s. 1458–1463, 1966-10. DOI: 10.1021/ac60243a004. (ang.).
- ↑ J.R. deJ.R. Laeter J.R. deJ.R. i inni, Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 6, 75, 2003, s. 683–800, DOI: 10.1351/pac200375060683 (ang.).
- ↑ 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. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A. (ang.).
- ↑ 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.).
- ↑ a b National Nuclear Data Center: NuDat 2.1 database. Brookhaven National Laboratory. [dostęp 2012-06-21]. (ang.).