Kosmogenní nuklid - Cosmogenic nuclide
Kosmogenního nuklidy (nebo kosmogenního izotopy ) jsou vzácné nuklidy ( izotopů ) vytvořené při vysokoenergetického kosmického záření interaguje s jádrem po dosažení in situ sluneční soustavy atomu , což způsobuje nukleonů (protony a neutrony), které mají být vyloučen z atomu (viz kosmického záření spallace ). Tyto nuklidy se vyrábějí v materiálech Země, jako jsou kameny nebo zemina , v zemské atmosféře a v mimozemských předmětech, jako jsou meteoroidy . Měřením kosmogenních nuklidů mohou vědci získat přehled o řadě geologických a astronomických procesů. Existují jak radioaktivní, tak stabilní kosmogenní nuklidy. Některé z těchto radionuklidů jsou tritium , uhlík-14 a fosfor-32 .
Předpokládá se, že určité světelné (nízké atomové číslo) prvotní nuklidy (izotopy lithia , berylia a boru ) byly vytvořeny nejen během Velkého třesku , ale také (a možná primárně) byly vytvořeny po Velkém třesku, ale ještě před kondenzace sluneční soustavy, procesem spalování kosmického záření na mezihvězdný plyn a prach. To vysvětluje jejich vyšší výskyt v kosmických paprscích ve srovnání s jejich výskytem na Zemi. To také vysvětluje nadbytek raných přechodových kovů těsně před železem v periodické tabulce-kosmické spalování železa produkuje skandium skrz chrom na jedné straně a helium skrz bór na straně druhé. Libovolná definující kvalifikace kosmogenních nuklidů, které se tvoří „in situ ve sluneční soustavě“ (to znamená uvnitř již agregovaného kusu sluneční soustavy), však brání tomu, aby prvotní nuklidy vytvořené spallací kosmického paprsku před vznikem sluneční soustavy byly nazývané „kosmogenní nuklidy“ - i když mechanismus jejich vzniku je úplně stejný. Stejná nuklidy stále přicházejí na Zemi v malých množstvích v kosmických paprscích a jsou tvořena v meteoroidech, v atmosféře, na Zemi, „kosmogenně“. Beryllium (všechno stabilní berylium-9) je však ve sluneční soustavě přítomno v mnohem větším množství, protože existovalo před kondenzací sluneční soustavy, a je tedy přítomno v materiálech, ze kterých sluneční soustava vznikla.
Abychom to odlišili jiným způsobem, načasování jejich vzniku určuje, která podskupina nuklidů produkovaných spalací kosmického záření se označuje jako prvotní nebo kosmogenní (nuklid nemůže patřit do obou tříd). Podle konvence určité stabilní nuklidy lithia, berylia a bóru se předpokládá, že byly vyrobeny spallation kosmického paprsku v časovém období mezi k velkému třesku a vzniku Sluneční soustavy (čímž by se tyto prvotní nuklidy , podle definice) nejsou nazývají „kosmogenní“, přestože byly vytvořeny stejným procesem jako kosmogenní nuklidy (i když v dřívější době). Prvotní nuklid beryllium-9, jediný stabilní izotop berylia, je příkladem tohoto typu nuklidu.
Naproti tomu, přestože radioaktivní izotopy beryllium-7 a beryllium-10 spadají do této řady tří světelných prvků (lithium, beryllium, bor) tvořených převážně nukleosyntézou spalovací kosmického záření , oba tyto nuklidy mají příliš krátký poločas rozpadu (53 dní a asi 1,4 milionu let, resp.), aby byly vytvořeny před vznikem sluneční soustavy, a nemohou tedy být prvotními nuklidy. Vzhledem k tomu, že cesta spalování kosmického záření je jediným možným zdrojem výskytu berylia-7 a berylia-10 přirozeně v prostředí, jsou proto kosmogenní.
Kosmogenní nuklidy
Zde je seznam radioizotopů vytvořených působením kosmických paprsků ; seznam také obsahuje produkční režim izotopu. Většina kosmogenních nuklidů se tvoří v atmosféře, ale některé se vytvářejí in situ v půdě a hornině vystavené kosmickým paprskům, zejména vápníku-41 v tabulce níže.
Izotop | Způsob formování | poločas rozpadu |
---|---|---|
3 H (tritium) | 14 N (n, T) 12 C | 12,3 r |
7 Be | Spallation (N and O) | 53,2 d |
10 Be | Spallation (N and O) | 1 387 000 r |
12 B | Spallation (N and O) | |
11 C. | Spallation (N and O) | 20,3 min |
14 C. | 14 N (n, p) 14 C a 208 Pb (α, 14 C) 198 Pt | 5 730 let |
18 F | 18 O (p, n) 18 F a Spallation (Ar) | 110 min |
22 Na | Spallation (Ar) | 2,6 r |
24 Na | Spallation (Ar) | 15 h |
27 mg | Spallation (Ar) | |
28 mg | Spallation (Ar) | 20.9 hod |
26 Al | Spallation (Ar) | 717 000 let |
31 Si | Spallation (Ar) | 157 min |
32 Si | Spallation (Ar) | 153 let |
32 str | Spallation (Ar) | 14,3 d |
34m tř | Spallation (Ar) | 34 min |
35 S. | Spallation (Ar) | 87,5 d |
36 Cl | 35 Cl (n, γ) 36 Cl a spallace (Ar) | 301 000 let |
37 Ar | 37 Cl (p, n) 37 Ar | 35 d |
38 Cl | Spallation (Ar) | 37 min |
39 Ar | 40 Ar (n, 2n) 39 Ar | 269 let |
39 Cl | 40 Ar (n, np) 39 Cl | 56 min |
41 Ar | 40 Ar (n, γ) 41 Ar | 110 min |
41 Ca | 40 Ca (n, γ) 41 Ca | 102 000 let |
45 Ca | Spallation (Fe) | |
47 Ca | Spallation (Fe) | |
44 Sc | Spallation (Fe) | |
46 Sc | Spallation (Fe) | |
47 Sc | Spallation (Fe) | |
48 Sc | Spallation (Fe) | |
44 Ti | Spallation (Fe) | |
45 Ti | Spallation (Fe) | |
81 kr | 80 Kr (n, γ) 81 Kr | 229 000 let |
95 Tc | 95 Mo (p, n) 95 Tc | |
96 Tc | 96 Mo (p, n) 96 Tc | |
97 Tc | 97 Mo (p, n) 97 Tc | |
97 m Tc | 97 Mo (p, n) 97 m Tc | |
98 Tc | 98 Mo (p, n) 98 Tc | |
99 Tc | Spallation (Xe) | |
107 Pd | Spallation (Xe) | |
129 já | Spallation (Xe) | 15 700 000 r |
182 Yb | Spallation (Pb) | |
182 Lu | Spallation (Pb) | |
183 Lu | Spallation (Pb) | |
182 Hf | Spallation (Pb) | |
183 Hf | Spallation (Pb) | |
184 Hf | Spallation (Pb) | |
185 Hf | Spallation (Pb) | |
186 Hf | Spallation (Pb) | |
185 W. | Spallation (Pb) | |
187 W. | Spallation (Pb) | |
188 W. | Spallation (Pb) | |
189 W. | Spallation (Pb) | |
190 W. | Spallation (Pb) | |
188 Re | Spallation (Pb) | |
189 Re | Spallation (Pb) | |
190 Re | Spallation (Pb) | |
191 Re | Spallation (Pb) | |
192 Re | Spallation (Pb) | |
191 Os | Spallation (Pb) | |
193 Os | Spallation (Pb) | |
194 Os | Spallation (Pb) | |
195 Os | Spallation (Pb) | |
196 Os | Spallation (Pb) | |
192 Ir | Spallation (Pb) | |
194 Ir | Spallation (Pb) | |
195 Ir | Spallation (Pb) | |
196 Ir | Spallation (Pb) |
Aplikace v geologii seřazené podle izotopů
živel | Hmotnost | poločas rozpadu (roky) | typická aplikace |
---|---|---|---|
beryllium | 10 | 1 387 000 | expoziční datování hornin, půd, ledových jader |
hliník | 26 | 720 000 | expoziční datování hornin, sedimentů |
chlór | 36 | 308 000 | expoziční datování hornin, stopovač podzemních vod |
vápník | 41 | 103 000 | expozice datování karbonátových hornin |
jód | 129 | 15 700 000 | stopovač podzemní vody |
uhlík | 14 | 5730 | radiokarbonové seznamování |
síra | 35 | 0,24 | doby zdržení vody |
sodík | 22 | 2.6 | doby zdržení vody |
tritium | 3 | 12,32 | doby zdržení vody |
argon | 39 | 269 | stopovač podzemní vody |
krypton | 81 | 229 000 | stopovač podzemní vody |
Použití v geochronologii
Jak je vidět v tabulce výše, existuje celá řada užitečných kosmogenních nuklidů, které lze měřit v půdě, horninách, podzemních vodách a atmosféře. Všechny tyto nuklidy mají společný znak nepřítomnosti v hostitelském materiálu v době vzniku. Tyto nuklidy jsou chemicky odlišné a spadají do dvou kategorií. Zajímavé nuklidy jsou buď vzácné plyny, které díky svému inertnímu chování ze své podstaty nejsou zachyceny v krystalizovaném minerálu, nebo mají dostatečně krátký poločas rozpadu, kde se rozpadal od nukleosyntézy, ale dostatečně dlouhý poločas, kdy si vybudoval měřitelné koncentrace . První zahrnuje měření hojnosti 81 Kr a 39 Ar, zatímco druhý zahrnuje měření hojnosti 10 Be, 14 C a 26 Al.
Jakmile kosmický paprsek zasáhne hmotu, mohou nastat 3 typy reakcí kosmického záření, které zase produkují naměřené kosmogenní nuklidy.
- spallace kosmického záření, což je nejběžnější reakce na blízkém povrchu (typicky 0 až 60 cm níže) Země a může vytvářet sekundární částice, které mohou po interakci s jinými jádry vyvolat další reakci nazývanou kolizní kaskáda .
- odchyt mionů prostupuje v hloubkách několik metrů pod podpovrchem, protože miony jsou ze své podstaty méně reaktivní a v některých případech mohou miony s vysokou energií dosáhnout větších hloubek
- zachycování neutronů, které jsou díky nízké energii neutronů zachyceny do jádra, nejčastěji vodou, ale jsou vysoce závislé na sněhu, půdní vlhkosti a koncentracích stopových prvků.
Opravy toků kosmického záření
Vzhledem k tomu, že se Země vypíná na rovníku a hory a hluboké oceánské příkopy umožňují odchylky několika kilometrů vzhledem k rovnoměrně hladkému sféroidu, kosmické paprsky bombardují povrch Země nerovnoměrně na základě zeměpisné šířky a nadmořské výšky. Aby bylo možné přesně určit tok kosmického záření, je třeba pochopit mnoho geografických a geologických úvah. Například atmosférický tlak , který se mění s nadmořskou výškou, může změnit produkci nuklidů uvnitř minerálů faktorem 30 mezi hladinou moře a vrcholem 5 km vysoké hory. I kolísání sklonu země může ovlivnit, jak daleko mohou vysokoenergetické miony proniknout do podpovrchové vrstvy. Síla geomagnetického pole, která se mění v čase, ovlivňuje rychlost produkce kosmogenních nuklidů, ačkoli některé modely předpokládají, že variace síly pole jsou zprůměrovány v průběhu geologického času a nejsou vždy brány v úvahu.