ベリリウムの同位体

ベリリウム の同位体（4Be）
主な同位体[ 1 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
7ベ トレース53.22日ε7李
8ベシンセ8.2 × 10 −17 秒[ n 1 ]α4彼
9ベ 100% 安定した
10ベトレース 1.387 × 10 6 年β −10 B
標準原子量A r °(Be)

ベリリウム（4Be）には11の同位体と3つの異性体が知られているが、これらの同位体のうち1つだけ（9Be）は安定しており、原始核種です。そのため、ベリリウムはモノアイソトピック元素と考えられています。また、他の同位体の半減期が非常に短いため、どれも原始的ではなく、存在量も非常に少ないため、モノアイソトピック元素でもあります。ベリリウムは、陽子数が偶数（原子番号が偶数）で中性子数が奇数である唯一のモノアイソトピック元素という点で独特です。[ 2 ]他の25個のモノアイソトピック元素はすべて、陽子数が奇数（原子番号が奇数）で中性子数が偶数であるため、総質量数は依然として奇数です。

ベリリウムの10種類の放射性同位体のうち、最も安定しているのは10半減期は138万7000年で、7半減期は53.22日 です。他の放射性同位元素の半減期は15秒未満です。

多くの軽元素の安定同位体（酸素まで、そして原子番号が偶数の元素ではカルシウムまで）に見られる1:1の中性子-陽子比は、ベリリウムでは極度の不安定性によって妨げられています。8二つに分裂する4He原子核はアルファ崩壊または核分裂のいずれかで見られるが、いずれの場合も半減期はわずか8.2 × 10 −17 秒と、通常は非結合とみなされるほど短い。これは、リチウム、ベリリウム、ホウ素の同位体すべてが相対的に不安定であるのと同様に、ヘリウム4原子核の極めて強い結合によって有利に働く。

ベリリウムは、中性子と陽子の比が非常に不均衡であるため、陽子4個と中性子6個からなる安定同位体を持つことができません。しかしながら、この同位体であるベリリウム10は、半減期が100万年以上、崩壊エネルギーが1MeV未満であり、この条件下では異常な安定性を示しています。

宇宙に存在するベリリウムの大部分は、ビッグバンから太陽系形成までの期間に、宇宙線核融合反応による宇宙線元素合成によって形成されたと考えられています。同位体は7存在して10Beはどちらも宇宙線生成核種である。なぜなら太陽系内では炭素14と同様に核破砕によって崩壊する速度で継続的に生成されるからである[ 4 ]。

同位体のリスト

核種[ n 2 ]Z北同位体質量（Da）[ 5 ] [ n 3 ] [ n 4 ]半減期[ 1 ] [共鳴幅] 減衰モード[ 1 ] [ n 5 ]娘同位体[ n 6 ]スピンとパリティ[ 1 ] [ n 7 ]同位体存在比
励起エネルギー
6なる[ n 8 ]4 2 6.019 726 (6)5.0(3) zs [91.6(5.6) keV ] 2ページ4彼0歳以上
7なる[ n 9 ]4 3 7.016 928 71 (8)53.22(6) dε7李3/2− トレース[ n 10 ]
8ベ[ n 11 ]4 4 8.005 305 10 (4)81.9(3.7) [5.58(25) eV ] α [ n 1 ]4彼0歳以上
8メートルなれ16 626 (3) keVα 4彼2歳以上
9なれ4 5 9.012 183 06 (8)安定した3/2− 1
9分なれ14 390 .3(1.7) keV1.25(10) [367(30) eV ] 3/2−
10なれ4 6 10.013 534 69 (9)1.387(12) × 10 6 年[注 1 ]β −10B0歳以上 トレース[ n 10 ]
11なる[ n 12 ]4 7 11.021 661 08 (26)13.76(7)秒β −（96.7(1)% ) 11B1/2以上
β − α (3.3(1)% ) 7李
β − p (0.0013(3)% ) 10なれ
11メートルなれ21 158 (20) keV0.93(13) zs [500(75) keV ] それ ？ 11なれ3/2−
12なれ4 8 12.026 9221 (20)21.46(5)ミリ秒β −（99.50(3)% ) 12B0歳以上
β − n (0.50(3)% ) 11B
12メートルなれ2251(1) keV233(7) nsそれ12なれ0歳以上
13なれ4 9 13.036 135 (11)1.0(7) zsn  ? 12なれ（1/2−）
13分なれ1500(50) keV（5/2+）
14ベ[ n 13 ]4 10 14.042 89 (14)4.53(27)ミリ秒β − n (86(6)% ) 13B0歳以上
β −（>9.0（6.3）％） 14B
β − 2n (5(2)% ) 12B
β − t (0.02(1)% ) 11なれ
β − α (<0.004%） 10李
14分なれ1520(150) keV（2歳以上）
15なれ4 11 15.053 49 (18)790(270)年n 14なれ（5/2+）
16なれ4 12 16.061 67 (18)650(130)年[0.73(18) MeV ] 2n 14なれ0歳以上
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ a b自発核分裂とも考えられる。82つに均等に分割4ヘリウム原子核
  2. ^ m Be – 励起核異性体。
  3. ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
  4. ^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
  5. ^ 崩壊のモード:
    EC:電子捕獲

    それ：異性体転移
    名前:中性子放出
    p:陽子放出
  6. ^太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
  7. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
  8. ^プロトン-プロトン連鎖の中間体（PP Iの最終ステップ）。
  9. ^ビッグバン元素合成で生成されたが、すべてすぐに7 Liに崩壊したため、原始的なものではない。
  10. ^ a b宇宙線生成核種
  11. ^恒星内元素合成におけるトリプルアルファ過程の中間生成物
  12. ^ハロー中性子を1個持つ
  13. ^ハロー中性子を4個持つ

ベリリウム7

ベリリウム7は半減期が53.22日の同位体で、宇宙線生成核種として自然に生成される。[ 4 ]また、原子炉や加速器では厄介な副産物でもある。この短寿命のベリリウム7が7空気から地面への移動は天候によってある程度制御されます。7太陽におけるBe崩壊（捕獲されるのは束縛された電子ではなく自由電子であるため、恒星内での半減期は通常とは大きく異なる）は太陽ニュートリノの発生源の一つであり、ホームステイク実験で初めて検出されたものである。7堆積物中に存在することは、堆積物が新鮮であること、つまり約3～4ヶ月未満、または半減期の約2倍未満であることを証明するためによく使用されます。7なる。[ 6 ]

配達率7日本では空から地上まで[ 6 ]

ベリリウム8

ベリリウム8は、その全エネルギーが2つのアルファ粒子のエネルギーより約92keV大きいため、直ちに2つのアルファ粒子に崩壊し、崩壊に対するクーロン障壁は無視できるほど小さい。これは軽いN = Z核種としては異例であり、恒星内元素合成におけるボトルネックとなる。恒星内元素合成では、3つのアルファ粒子の核融合と呼ばれる、3つ目のアルファ粒子を直ちに捕捉して安定な炭素12を形成し、そこからより重い元素を生成する必要がある。

ベリリウム10

太陽活動の変動を示すグラフ。太陽活動と反比例して変動する10 Be 濃度の変動も含まれています。(ベリリウムのスケールは反転されているため、このスケールが増加するとベリリウム 10 レベルが低下することに注意してください)。

ベリリウム10（10Be）の半減期は138万7000年で、最大エネルギー556.0keVで 安定したホウ素10にベータ崩壊します。

10 Be →  10 B + e −。

ベリリウム10は主に宇宙線による窒素と酸素の核破砕によって地球の大気中で生成される。 [ 7 ] [ 8 ] [ 4 ]

ベリリウムはpH 5.5以下の溶液中に存在しやすいため（多くの工業地帯の上空では雨水のpHが5未満になることがある）、溶解して雨水を介して地表に運ばれる。降水が急速にアルカリ性に傾くと、ベリリウムは溶液から析出する。その結果、宇宙線起源の10Beは土壌表面に蓄積するが、その比較的長い半減期は土壌表面での滞留時間を制限しない。

10 Beとその娘核種は、土壌浸食、表土からの土壌形成、ラテライト土壌の発達、氷床コアの年代を調べるための地表露出年代測定に使用されてきた。[ 9 ]また、核爆発では、空気中の二酸化炭素中の13 Cと高速中性子の反応によって生成され、核実験場での過去の活動の歴史的指標の1つとなっている。10 Beの崩壊は、地球サンプルから過去の太陽および太陽系外の属性を特徴付けるために、宇宙線生成核種の代理データ測定として使用される重要な同位体である。 [ 10 ]

ベリリウム10の生成率は太陽活動に依存する。太陽活動が低いとき（黒点数が少なく太陽風も少ない）、終端衝撃波の先にある宇宙線に対する障壁が弱まる（宇宙線#宇宙線フラックスを参照）。これはより多くのベリリウム10が生成されることを意味し、数千年後に検出される可能性がある。したがって、ベリリウム10は、 774-775炭素14スパイクなどのミヤケ事象のマーカーとして機能する可能性がある。気候に影響を与える可能性がある[ 11 ]（ホメロス極小期を参照）。他の宇宙線生成同位体も同様のサイクルを経験するが、高い生成率、長い半減期、および環境中での相対的な不動性により、ベリリウム10はこの目的に最も適している。

崩壊連鎖

安定同位体9Beよりも重いベリリウム同位体は、ベータ崩壊、またはベータ崩壊と中性子放出の組み合わせによって崩壊します。しかし、82つに分割すると4彼は。そして、7Beは電子捕獲によってのみ崩壊しますが、これはこのような軽い元素では例外的な現象です。そのため、Beの半減期は内包（7Be@C 60）によって人工的に0.83%短縮することができます。 [ 12 ]さらに軽い同位体は、陽子を放出することによってのみ崩壊し、 8Beと同様に非結合です。既知のすべてのベリリウム同位体の崩壊は以下のようにまとめられます。

なれ46→5 zs彼24+211Hなれ47+e−→53.22 d李37なれ48→81.9 として224彼なれ410→1.387 まB510+e−なれ411→13.76 sB511+e−なれ411→13.76 s李37+彼24+e−なれ412→21.46 MSB512+e−なれ412→21.46 MSB511+n01+e−なれ413→1 zsなれ412+n01なれ414→4.53 MSB513+n01+e−なれ414→4.53 MSB514+e−なれ414→4.53 MSB512+201n+e−なれ415→790 イースなれ414+n01なれ416→650 イースなれ414+201n{\displaystyle {\begin{array}{l}{}\\{\ce {^{6}_{4}Be->[5\ {\ce {zs}}]{^{4}_{2}He}+{2_{1}^{1}H}}}\\{\ce {{^{7}_{4}Be}+e^{-}->[53.22\ {\ce {d}}]{^{7}_{3}Li}}}\\{\ce {^{8}_{4}Be->[81.9\ {\ce {as}}]{2_{2}^{4}彼}}}\\{\ce {^{10}_{4}Be->[1.387\ {\ce {Ma}}]{^{10}_{5}B}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{4}Be->[13.76\ {\ce {s}}]{^{11}_{5}B}+e^{-}}}\\{\ce {^{11}_{4}Be->[13.76\ {\ce {s}}]{^{7}_{3}Li}+{^{4}_{2}He}+e^{-}}}\\{\ce {^{12}_{4}Be->[21.46\ {\ce {ms}}]{^{12}_{5}B}+e^{-}}}\\{\ce {^{12}_{4}Be->[21.46\ {\ce {ms}}]{^{11}_{5}B}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{13}_{4}Be->[1\ {\ce {zs}}]{^{12}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}}}\\{\ce {^{14}_{4}Be->[4.53\ {\ce {ms}}]{^{13}_{5}B}+{^{1}_{0}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{14}_{4}Be->[4.53\ {\ce {ms}}]{^{14}_{5}B}+e^{-}}}\\{\ce {^{14}_{4}Be->[4.53\ {\ce {ms}}]{^{12}_{5}B}+{2_{0}^{1}n}+e^{-}}}\\{\ce {^{15}_{4}Be->[790\ {\ce {ys}}]{^{14}_{4}Be}+{^{1}_{0}n}}}\\{}{\ce {^{16}_{4}Be->[650\ {\ce {ys}}]{^{14}_{4}Be}+{2_{0}^{1}n}}}\\{}\end{配列}}}

参照

ベリリウム以外の娘製品

注記

  1. ^ NUBASE2020は、グレゴリオ暦ではなく、熱帯年を使用して年と他の時間単位を変換することに。NUBASE2020における年と他の時間単位の関係は次のとおりです。1 y = 365.2422 d = 31 556 926 s

参考文献

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