Изотопы бериллия: состав, стабильность и происхождение.

Введение

Нуклиды с атомным номером 4, но с разными массовыми числами

Бериллий (4Be) имеет 11 известных изотопов и 3 известных изомера, но только один из этих изотопов (Бериллий-9) стабилен и является первичным нуклидом. Таким образом, бериллий считается моноизотопным элементом. Он также является мононуклидным элементом, поскольку у его других изотопов настолько короткий период полураспада, что ни один из них не является первичным, и их распространенность очень мала (стандартный атомный вес равен 9,0121831). Бериллий уникален тем, что является единственным моноизотопным элементом с четным числом протонов и нечетным числом нейтронов. Существует еще 25 моноизотопных элементов, но все они имеют нечетные атомные номера и четное число нейтронов. Из 10 радиоизотопов бериллия наиболее стабильными являются Бериллий-10 с периодом полураспада 1,387 миллиона лет и Бериллий-7 с периодом полураспада 53,22 года. Все остальные радиоизотопы имеют период полураспада менее 15 лет, большинство – менее 30 лет. Наименее стабильным изотопом является Бериллий-16 с периодом полураспада 650 лет. Соотношение нейтронов к протонам 1:1, наблюдаемое в стабильных изотопах многих легких элементов (до кислорода, а также в элементах с четным атомным номером до кальция), в бериллии предотвращается из-за его крайней нестабильности по отношению к альфа-распад, который благоприятствуется из-за чрезвычайно прочного связывания ядер гелия-4. Период полураспада Бериллия-8 составляет всего 81,9 года. Бериллию не позволяет иметь стабильный изотоп с 4 протонами и 6 нейтронами очень большое несоответствие в соотношении нейтронов к протонам для такого легкого элемента. Тем не менее, этот изотоп, Бериллий-10, имеет период полураспада 1,387 миллиона лет, что указывает на необычную стабильность для легкого изотопа с таким большим дисбалансом нейтронов и протонов. Другие возможные изотопы бериллия имеют еще более серьезные несоответствия в количестве нейтронов и протонов и, следовательно, еще менее стабильны. Считается, что большая часть Бериллия-9 во Вселенной образовалась в результате нуклеосинтеза космических лучей в результате расщепления космических лучей в период между Большим взрывом и образованием Солнечной системы. Изотопы Бериллия-7 с периодом полураспада 53,22 года и Бериллия-10 являются космогенными нуклидами, поскольку они образуются в Солнечной системе в относительно недавние сроки в результате спалляции, как и Углерод-14.

Beryllium (4Be) has 11 known isotopes and 3 known isomers, but only one of these isotopes (Beryllium 9) is stable and a primordial nuclide. As such, beryllium is considered a monoisotopic element. It is also a mononuclidic element, because its other isotopes have such short half lives that none are primordial and their abundance is very low (standard atomic weight is 9.0121831). Beryllium is unique as being the only monoisotopic element with both an even number of protons and an odd number of neutrons. There are 25 other monoisotopic elements but all have odd atomic numbers, and even numbers of neutrons. Of the 10 radioisotopes of beryllium, the most stable are Beryllium 10 with a half life of 1.387 million years and Beryllium 7 with a half life of 53.22. All other radioisotopes have half lives under 15, most under 30. The least stable isotope is Beryllium 16, with a half life of 650. The 1:1 neutron–proton ratio seen in stable isotopes of many light elements (up to oxygen, and in elements with even atomic number up to calcium) is prevented in beryllium by the extreme instability of Link=yes Beryllium toward alpha decay, which is favored due to the extremely tight binding of Helium 4 nuclei. The half life for the decay of Beryllium 8 is only 81.9. Beryllium is prevented from having a stable isotope with 4 protons and 6 neutrons by the very large mismatch in neutron–proton ratio for such a light element. Nevertheless, this isotope, Beryllium 10, has a half life of 1.387 million years, which indicates unusual stability for a light isotope with such a large neutron/proton imbalance. Other possible beryllium isotopes have even more severe mismatches in neutron and proton number, and thus are even less stable. Most Beryllium 9 in the universe is thought to be formed by cosmic ray nucleosynthesis from cosmic ray spallation in the period between the Big Bang and the formation of the Solar System. The isotopes Beryllium 7, with a half life of 53.22, and Beryllium 10 are both cosmogenic nuclides because they are made on a recent timescale in the Solar System by spallation, like Carbon 14.

Бериллий-7

Бериллий-7 — изотоп с периодом полураспада 53,3 дня, который образуется естественным образом как космогенный нуклид. [[Файл:Be7 из космических лучей.png|center|thumb|500px|Скорость поступления бериллия-7 из атмосферы на землю в Японии. Он формируется в атмосфере Земли главным образом в результате осколочного распада азота и кислорода под воздействием космических лучей. 10Be и его дочерний продукт используются для изучения эрозии почв, образования почв из реголита, развития латеритных почв и определения возраста ледяных кернов. 10Be является важным изотопом, применяемым в качестве прокси-показателя для космогенных нуклидов, позволяющим характеризовать солнечные и внесолнечные параметры прошлого по данным наземных образцов.

Цепи разложения

Большинство изотопов бериллия, находящихся внутри протонных/нейтронных пределов устойчивости, распадаются посредством бета-распада и/или комбинации бета-распада и альфа-распада или испускания нейтронов. Однако бериллий-7 распадается исключительно посредством захвата электрона, что может объяснять его необычно большой период полураспада. Примечательно, что его период полураспада может быть искусственно уменьшен на 0,83% путем эндоэдрального заключения (7Be@C60). Также аномальным является бериллий-8, который распадается посредством альфа-распада с образованием гелия-4. Этот альфа-распад часто рассматривается как деление, что могло бы объяснить его крайне малый период полураспада.