Изотопы бора

Изото́пы бо́ра — разновидности атомов (и ядер) химического элемента бора, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Все изотопы бора имеют 5 протонов 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
7
B		 5 2 7,029 712 ± (27) (570 ± (14))⋅10-24 с
[801 ± (20) кэВ]		 p 6
Be		 (3/2−)
8
B		 5 3 8,0 246 073 ± (11) 771,9 ± (9) мс β+, α 4
He		 2+
8m
B		 10 624 ± (8) кэВ 0+
9
B		 5 4 9,0 133 296 ± (10) (800 ± (300))⋅10-21 с p 8
Be		 3/2−
10
B		 5 5 10,012 936 862 ± (16) стабилен 3+ [0,189, 0,204][3]
11
B		 5 6 11,009 305 167 ± (13) стабилен 3/2− [0,796, 0,811][3]
11m
B		 12 560 ± (9) кэВ 1/2+, (3/2+)
12
B		 5 7 12,0 143 526 ± (14) 20,20 ± (2) мс β− (99,40 ± (2)%) 12
C		 1+
β−, α (0,60 ± (2)%) 8
Be
13
B		 5 8 13,0 177 800 ± (11) 17,16 ± (18) мс β− (99,734 ± (36)%) 13
C		 3/2−
β−, n (0,266 ± (36)%) 12
C
14
B		 5 9 14,025 404 ± (23) 12,36 ± (29) мс β− (93,96 ± (23)%) 14
C		 2−
β−, n (6,04 ± (23)%) 13
C
14m
B		 17 065 ± (29) кэВ (4,15 ± (1,90))⋅10-21 с 0+
15
B		 5 10 15,031 087 ± (23) 10,18 ± (35) мс β−, n (> 98,7 ± (1,0)%) 14
C		 3/2−
β− (< 1,3%) 15
C
β−, 2n (< 1,5%) 13
C
16
B		 5 11 16,039 841 ± (26) > 4,6⋅10-21 с n 15
B		 0−
17
B		 5 12 17,04 693 ± (22) 5,08 ± (5) мс β−, n (63 ± (1)%) 16
C		 (3/2−)
β− (21,1 ± (2,4)%) 17
C
β−, 2n (12 ± (2)%) 15
C
β−, 3n (3,5 ± (7)%) 14
C
β−, 4n (0,4 ± (3)%) 13
C
18
B		 5 13 18,05 560 ± (22) < 26 нс n 17
B		 (2−)
19
B		 5 14 19,06 417 ± (56) 2,92 ± (13) мс β−, n (71 ± (9)%) 18
C		 (3/2−)
β−, 2n (17 ± (5)%) 17
C
β−, 3n (< 9,1%) 16
C
β− (> 2,9%) 19
C
20
B[4]		 5 15 20,07 451 ± (59) > 912,4⋅10-24 с n 19
B		 (1−, 2−)
21
B[4]		 5 16 21,08 415 ± (60) > 760⋅10-24 с 2n 19
B		 (3/2−)

    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 Z и N). 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
    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:

    + 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
    1. Данные приведены по Meng Wang, Huang W. J., Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030003-1—030003-512. — doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
    2. Данные приведены по Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
    3. Atomic Weight of Boron. CIAAW.
    4. Leblond, S.; et al. (2018). “First observation of 20B and 21B”. Physical Review Letters. 121 (26): 262502–1–262502–6. arXiv:1901.00455. DOI:10.1103/PhysRevLett.121.262502. PMID 30636115.
    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
    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.