Изотопы ксенона с атомным номером 54

Введение

Нуклиды с атомным номером 54, но с разными массовыми числами

Естественно встречающийся ксенон (54Xe) состоит из семи стабильных изотопов и двух изотопов с очень большим периодом полураспада. Двойной захват электронов наблюдался у 124Xe (период полураспада), который является одним из самых длительных измеренных периодов полураспада среди всех нуклидов. Изотопы 126Xe и 134Xe также предсказывается подвергаться двойному бета-распаду, но этот процесс никогда не наблюдался для этих изотопов, поэтому они считаются стабильными. Помимо этих стабильных форм, изучено 32 искусственных нестабильных изотопа и различные изомеры, самый долгоживущий из которых – 127Xe с периодом полураспада 36,345 дней. Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 12 дней, большинство – менее 20 часов. Самый короткоживущий изотоп, 108Xe, имеет период полураспада 58 мкс и является самым тяжелым известным нуклидом с равным числом протонов и нейтронов. Среди известных изомеров самый долгоживущий – 131mXe с периодом полураспада 11,934 дня. 129Xe образуется при бета-распаде 129I (период полураспада: 16 миллионов лет); 131mXe, 133Xe, 133mXe и 135Xe являются одними из продуктов деления 235U и 239Pu и используются в качестве индикаторов ядерных взрывов. Искусственный изотоп 135Xe имеет большое значение в работе ядерных реакторов деления. 135Xe обладает огромным сечением для тепловых нейтронов – 2,65×106 барн, поэтому он действует как поглотитель нейтронов или "яд", который может замедлить или остановить цепную реакцию после определенного времени работы. Это было обнаружено в первых ядерных реакторах, построенных американским Манхэттенским проектом для производства плутония. Из-за этого эффекта конструкторы должны предусматривать увеличение реактивности реактора (количество нейтронов на деление, которые вызывают деление других атомов ядерного топлива) по сравнению с начальным значением, необходимым для запуска цепной реакции. По той же причине продукты деления, образующиеся при ядерном взрыве и на атомной электростанции, существенно различаются, поскольку большая часть будет поглощать нейтроны в стационарном реакторе, в то время как практически ни одна из них не успеет распасться до ксенона до того, как взрыв бомбы отделит ее от нейтронного излучения. Относительно высокие концентрации радиоактивных изотопов ксенона также обнаруживаются при работе ядерных реакторов из-за выброса этого газа деления из поврежденных топливных стержней или деления урана в охлаждающей воде. Концентрации этих изотопов обычно все еще невелики по сравнению с природным радиоактивным благородным газом 222Rn. Поскольку ксенон является индикатором двух родительских изотопов, соотношения изотопов Xe в метеоритах являются мощным инструментом для изучения формирования Солнечной системы. Метод датирования I-Xe позволяет определить время, прошедшее между нуклеосинтезом и конденсацией твердого тела из солнечной туманности (ксенон – газ, поэтому внутри тела будет присутствовать только та его часть, которая образовалась после конденсации). Изотопы ксенона также являются мощным инструментом для понимания дифференциации Земли. Избыток 129Xe, обнаруженный в газах скважин углекислого газа в Нью-Мексико, предположительно, образовался в результате распада газов мантийного происхождения вскоре после формирования Земли. Предполагается, что изотопный состав атмосферного ксенона колебался до Великого окислительного события (GOE), прежде чем стабилизироваться, возможно, в результате увеличения концентрации атмосферного O2.

Naturally occurring xenon (54Xe) consists of seven stable isotopes and two very long lived isotopes. Double electron capture has been observed in 124Xe (half life ) which are among the longest measured half lives of all nuclides. The isotopes 126Xe and 134Xe are also predicted to undergo double beta decay, but this process has never been observed in these isotopes, so they are considered to be stable. Beyond these stable forms, 32 artificial unstable isotopes and various isomers have been studied, the longest lived of which is 127Xe with a half life of 36.345 days. All other isotopes have half lives less than 12 days, most less than 20 hours. The shortest lived isotope, 108Xe, has a half life of 58 μs, and is the heaviest known nuclide with equal numbers of protons and neutrons. Of known isomers, the longest lived is 131mXe with a half life of 11.934 days. 129Xe is produced by beta decay of 129I (half life: 16 million years); 131mXe, 133Xe, 133mXe, and 135Xe are some of the fission products of both 235U and 239Pu, so are used as indicators of nuclear explosions. The artificial isotope 135Xe is of considerable significance in the operation of nuclear fission reactors. 135Xe has a huge cross section for thermal neutrons, 2.65×106 barns, so it acts as a neutron absorber or "poison" that can slow or stop the chain reaction after a period of operation. This was discovered in the earliest nuclear reactors built by the American Manhattan Project for plutonium production. Because of this effect, designers must make provisions to increase the reactor's reactivity (the number of neutrons per fission that go on to fission other atoms of nuclear fuel) over the initial value needed to start the chain reaction. For the same reason, the fission products produced in a nuclear explosion and a power plant differ significantly as a large share of will absorb neutrons in a steady state reactor, while basically none of the will have had time to decay to xenon before the explosion of the bomb removes it from the neutron radiation. Relatively high concentrations of radioactive xenon isotopes are also found emanating from nuclear reactors due to the release of this fission gas from cracked fuel rods or fissioning of uranium in cooling water. The concentrations of these isotopes are still usually low compared to the naturally occurring radioactive noble gas 222Rn. Because xenon is a tracer for two parent isotopes, Xe isotope ratios in meteorites are a powerful tool for studying the formation of the Solar System. The I Xe method of dating gives the time elapsed between nucleosynthesis and the condensation of a solid object from the solar nebula (xenon being a gas, only that part of it that formed after condensation will be present inside the object). Xenon isotopes are also a powerful tool for understanding terrestrial differentiation. Excess 129Xe found in carbon dioxide well gases from New Mexico was believed to be from the decay of mantle derived gases soon after Earth's formation. It has been suggested that the isotopic composition of atmospheric xenon fluctuated prior to the GOE before stabilizing, perhaps as a result of the rise in atmospheric O2.

Ксенон-133

Ксенон-133 (продается как препарат под торговой маркой Ксенизол, код АТХ) — это изотоп ксенона. Это радионуклид, который ингалируют для оценки функции легких и визуализации легких. Он также используется для визуализации кровотока, в особенности в головном мозге. 133Xe также является важным продуктом ядерного деления. Небольшие количества этого вещества выбрасываются в атмосферу некоторыми атомными электростанциями.

Ксенон-135

Ксенон-135 — радиоактивный изотоп ксенона, образующийся как продукт деления урана. Он имеет период полураспада около 9,2 часов и является самым сильным известным ядерным поглотителем нейтронов (с сечением поглощения нейтронов в 2 миллиона барнов). Общий выход ксенона-135 при делении составляет 6,3%, однако большая часть этого количества образуется в результате радиоактивного распада теллура-135 и йода-135. Xe-135 оказывает значительное влияние на работу ядерных реакторов (явление "ксеноновой ямы"). Небольшие количества этого изотопа выбрасываются в атмосферу некоторыми атомными электростанциями.

Ксенон-136

Ксенон-136 — это изотоп ксенона, который распадается двойным бета-распадом до бария-136 с очень большим периодом полураспада, равным 2,11 года, что более чем на 10 порядков превышает возраст Вселенной (13,799). Он используется в эксперименте Enriched Xenon Observatory для поиска двойного бета-распада без участия нейтрино.