Русская Википедия:Изотопы бора

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Изото́пы бо́ра — разновидности атомовядер) химического элемента бора, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Природный бор состоит из двух стабильных изотопов, — бора-10 с концентрацией около 20 ат.% и остальное — бора-11. Соотношение этих двух изотопов варьируется в различных природных источниках в результате естественных природных процессов обогащения тем или иным изотопом. Усреднённые по разным природным источникам бора концентрации бора−10 и бора-11 составляют 19,97 ат.% и 80,17 ат.% соответственно с вариацией в пределах 18,929—20,386 и 79,614—81,071 ат.% соответственно.

Все остальные изотопы бора радиоактивны, самый долгоживущий из них — бор-8 с периодом полураспада 770 мс.

Таблица изотопов бора

Символ
нуклида
Z(p) N(n) Масса изотопа[1]
(а. е. м.)
Период
полураспада
[2]
(T1/2)
Канал распада Продукт распада Спин и чётность
ядра[2]
Распространённость
изотопа в природе
Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Энергия возбуждения
Шаблон:SimpleNuclide 5 2 Шаблон:Val Шаблон:Val
[[[:Шаблон:Val]]]
p Шаблон:SimpleNuclide (3/2−)
Шаблон:SimpleNuclide 5 3 Шаблон:Val Шаблон:Val β+, α Шаблон:SimpleNuclide 2+
Шаблон:SimpleNuclide Шаблон:Val 0+
Шаблон:SimpleNuclide 5 4 Шаблон:Val Шаблон:Val p Шаблон:SimpleNuclide 3/2−
Шаблон:SimpleNuclide 5 5 Шаблон:Val стабилен 3+ [[[:Шаблон:Val]], Шаблон:Val][3]
Шаблон:SimpleNuclide 5 6 Шаблон:Val стабилен 3/2− [[[:Шаблон:Val]], Шаблон:Val][3]
Шаблон:SimpleNuclide Шаблон:Val 1/2+, (3/2+)
Шаблон:SimpleNuclide 5 7 Шаблон:Val Шаблон:Val β (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide 1+
β, α (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide 5 8 Шаблон:Val Шаблон:Val β (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide 3/2−
β, n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide 5 9 Шаблон:Val Шаблон:Val β (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide 2−
β, n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide Шаблон:Val Шаблон:Val 0+
Шаблон:SimpleNuclide 5 10 Шаблон:Val Шаблон:Val β, n (> Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide 3/2−
β (< 1,3%) Шаблон:SimpleNuclide
β, 2n (< 1,5%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide 5 11 Шаблон:Val > Шаблон:Val n Шаблон:SimpleNuclide 0−
Шаблон:SimpleNuclide 5 12 Шаблон:Val Шаблон:Val β, n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide (3/2−)
β (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
β, 2n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
β, 3n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
β, 4n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide 5 13 Шаблон:Val < Шаблон:Val n Шаблон:SimpleNuclide (2−)
Шаблон:SimpleNuclide 5 14 Шаблон:Val Шаблон:Val β, n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide (3/2−)
β, 2n (Шаблон:Val%) Шаблон:SimpleNuclide
β, 3n (< 9,1%) Шаблон:SimpleNuclide
β (> 2,9%) Шаблон:SimpleNuclide
Шаблон:SimpleNuclide[4] 5 15 Шаблон:Val > Шаблон:Val n Шаблон:SimpleNuclide (1−, 2−)
Шаблон:SimpleNuclide[4] 5 16 Шаблон:Val > Шаблон:Val 2n Шаблон:SimpleNuclide (3/2−)

Шаблон:Примечания

Пояснения к таблице

  • Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.
  • Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
  • Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
  • Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Шаблон:Math и Шаблон:Math). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
  • Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Применение

Файл:Neutroncrosssectionboron-ru.svg
Сечения захвата нейтрона, барн, у изотопов 10В (красная линия) и 11В (синяя линия) в зависимости от энергии нейтрона, эВ

Бор-10 имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства изотопов других элементов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуется возбуждённое ядро бора-11 (11B*) сразу распадающееся на два стабильных ядра (альфа-частицу и ядро лития-7), эти ядра очень быстро тормозятся в среде, а проникающая радиация (гамма-излучение и нейтроны) при этом отсутствуют, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими изотопами:

<chem>^{10}B + n -> ^{11}{B^{\ast}} -> ^{4}{He} + ^{7}{Li}</chem> + 2,31 МэВ.

Поэтому 10В в составе раствора борной кислоты и других химических соединений, например, карбида бора применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности, а также для биологической защиты персонала от тепловых нейтронов. Для повышения эффективности поглощения нейтронов бор, применяемый в реакторах, иногда специально обогащают изотопом бор-10.

Кроме того, соединения бора применяются в нейтрон-захватной терапии некоторых видов рака мозга, пробег ионизирующих быстрых ядер гелия-4 и лития-7 в тканях организма очень мал и поэтому при этом не поражаются ионизирующим излучением здоровые ткани.

Газообразное химическое соединение бора BF3 используется в качестве рабочей среды в ионизационных камерах детекторов тепловых нейтронов.

В 2015 году в опубликованной в журнале Science статье[5] было предложено применить измерение соотношения изотопов бора в древних осадочных породах позднего пермского периода и начала триасового периодов для определения изменения кислотности воды (pH) палеоокеанов в те эпохи, для объяснения возможных причин массового пермского вымирания в основном водных организмов, вызванное, вероятно, глобальным усилением вулканической деятельности, сопровождающейся выбросом углекислого газа в атмосферу. Этот метод определения кислотности древних океанов, по-видимому, более точен, чем ранее применявшийся метод определения кислотности по соотношению изотопов кальция[6] и изотопов углерода.

Примечания

Шаблон:Примечания

Шаблон:Список изотопов

  1. Данные приведены по Шаблон:AME2020
  2. 2,0 2,1 Данные приведены по Шаблон:Nubase2020
  3. 3,0 3,1 Шаблон:Cite web
  4. 4,0 4,1 Шаблон:Cite journal
  5. Clarkson, M. O. et al. (2015) Science 348, 229—232.
  6. Witze, Alexandra (2015) Acidic oceans linked to greatest extinction ever; Rocks from 252 million years ago suggest that carbon dioxide from volcanoes made sea water lethal. Journal Nature; News publiée le 09 avril 2015