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Isótopos de samario

El samario natural ( 62 Sm) se compone de cinco isótopos estables , 144 Sm, 149 Sm, 150 Sm, 152 Sm y 154 Sm, y dos radioisótopos de vida extremadamente larga , 147 Sm (vida media: 1,06 × 1011  años) y 148 Sm (6,3 × 1015  y), siendo 152 Sm el más abundante (26,75% de abundancia natural ). 146 Sm también tiene una vida bastante larga, pero no lo suficiente como para haber sobrevivido en cantidades significativas desde la formación del Sistema Solar en la Tierra, aunque sigue siendo útil en la datación radiométrica en el Sistema Solar como un radionucleido extinto . [4] [5] Un artículo de 2012 que revisaba la vida media estimada de 146 Sm de 10,3 (5) × 10 7  años a 6,8 (7) × 10 7 años  se retractó en 2023. [5] [6] Es el nucleido de vida más larga que ha Aún no se ha confirmado que sea primordial .

Aparte de los isótopos naturales, los radioisótopos de vida más larga son el 151 Sm, que tiene una vida media de 94,6 años, [7] y el 145 Sm, que tiene una vida media de 340 días. Todos los radioisótopos restantes, que oscilan entre 129 Sm y 168 Sm, tienen vidas medias inferiores a dos días, y la mayoría de ellos tienen vidas medias inferiores a 48 segundos. Este elemento también tiene doce isómeros conocidos , siendo los más estables 141m Sm (t 1/2 22,6 minutos), 143m1 Sm (t 1/2 66 segundos) y 139m Sm (t 1/2 10,7 segundos).

Los isótopos de vida larga, 146 Sm, 147 Sm y 148 Sm, se desintegran principalmente por desintegración alfa en isótopos de neodimio . Los isótopos inestables más ligeros del samario se desintegran principalmente por captura de electrones en isótopos de prometio , mientras que los más pesados ​​se desintegran por desintegración beta en isótopos de europio .

Los isótopos de samario se utilizan en la datación con samario-neodimio para determinar las relaciones de edad de rocas y meteoritos.

El 151 Sm es un producto de fisión de vida media y actúa como veneno de neutrones en el ciclo del combustible nuclear . El producto de fisión estable 149 Sm también es un veneno de neutrones.

El samario es teóricamente el elemento más ligero con un número atómico par y sin isótopos estables (en teoría, todos sus isótopos pueden sufrir desintegración alfa , beta o doble beta ), otros elementos similares son aquellos con números atómicos > 66 ( disprosio , que es el nucleido teóricamente estable más pesado).

Lista de isótopos

  1. ^ m Sm - Isómero nuclear excitado .
  2. ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da de forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  3. ^ # – Masa atómica marcada #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de Mass Surface (TMS).
  4. ^ Vida media en negrita  : casi estable, vida media más larga que la edad del universo .
  5. ^ abc #: los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
  6. ^ Modos de descomposición:
  7. ^ Símbolo en negrita y cursiva como hijo: el producto hijo es casi estable.
  8. ^ Símbolo en negrita como hijo: el producto hijo es estable.
  9. ^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
  10. ^ Posiblemente experimentando desintegración β + β + a 144 Nd [1]
  11. ^ Ver nota de retractación arriba
  12. ^ ab Radioisótopo primordial
  13. ^ abcdef Producto de fisión
  14. ^ Utilizado en la datación por samario-neodimio
  15. ^ ab Veneno de neutrones en reactores
  16. ^ Se cree que sufre una desintegración α a 145 Nd con una vida media superior2 × 10 15  años [1] [8]
  17. ^ Posiblemente sufra una desintegración α a 146 Nd [8]
  18. ^ Posiblemente sufra una desintegración α a 148 Nd [8]
  19. ^ Se cree que sufre una desintegración β - β - a 154 Gd con una vida media superior2,3 × 10 18  años [1]

Samario-149

Samario-149 ( 149 Sm) es un isótopo observacionalmente estable de samario (se prevé que se desintegrará, pero nunca se han observado desintegraciones, lo que le otorga una vida media al menos varios órdenes de magnitud más larga que la edad del universo), y una Producto de la cadena de desintegración del producto de fisión 149 Nd (rendimiento 1,0888%). El 149 Sm es un veneno nuclear que absorbe neutrones y tiene un efecto significativo en el funcionamiento de los reactores nucleares , sólo superado por el 135 Xe . Su sección transversal de neutrones es de 40140 graneros para neutrones térmicos .

La concentración de equilibrio (y por tanto el efecto de envenenamiento) aumenta hasta un valor de equilibrio en aproximadamente 500 horas (aproximadamente 20 días) de operación del reactor, y como el 149 Sm es estable, la concentración permanece esencialmente constante durante la operación posterior del reactor. Esto contrasta con el xenón-135 , que se acumula a partir de la desintegración beta del yodo-135 (un producto de fisión de vida corta ) y tiene una sección transversal de neutrones alta, pero se desintegra con una vida media de 9,2 horas (por lo que no permanece en estado constante). concentración mucho después de la parada del reactor), provocando el llamado pozo de xenón .

Samario-151

El samario-151 ( 151 Sm) tiene una vida media de 88,8 años, sufre desintegración beta de baja energía y tiene un rendimiento de producto de fisión del 0,4203% para neutrones térmicos y 235 U , aproximadamente el 39% del rendimiento de 149 Sm. El rendimiento es algo mayor con 239 Pu .

Su sección transversal de absorción de neutrones térmicos es alta, 15200 graneros , aproximadamente el 38% de la sección transversal de absorción de 149 Sm, o aproximadamente 20 veces la de 235 U. Dado que las relaciones entre las tasas de producción y absorción de 151 Sm y 149 Sm son casi iguales, los dos isótopos deberían alcanzar concentraciones de equilibrio similares. Dado que 149 Sm alcanza el equilibrio en unas 500 horas (20 días), 151 Sm debería alcanzar el equilibrio en unos 50 días.

Dado que el combustible nuclear se utiliza durante varios años ( quemado ) en una central nuclear , la cantidad final de 151 Sm en el combustible nuclear gastado en el momento de la descarga es sólo una pequeña fracción del total de 151 Sm producido durante el uso del combustible. Según un estudio, la fracción de masa de 151 Sm en el combustible gastado es aproximadamente 0,0025 para cargas pesadas de combustible MOX y aproximadamente la mitad que para combustible de uranio, que es aproximadamente dos órdenes de magnitud menos que la fracción de masa de aproximadamente 0,15 para el combustible de medio gas. Producto de fisión vivido 137 Cs . [11] La energía de desintegración del 151 Sm también es aproximadamente un orden de magnitud menor que la del 137 Cs. El bajo rendimiento, la baja tasa de supervivencia y la baja energía de desintegración significan que el 151 Sm tiene un impacto insignificante en los residuos nucleares en comparación con los dos principales productos de fisión de vida media, el 137 Cs y el 90 Sr.

Samario-153

El samario-153 ( 153 Sm) tiene una vida media de 46,3 horas y sufre una desintegración β en 153 Eu . Como componente del samario lexidronam , se utiliza en la paliación del cáncer de huesos . [12] El cuerpo lo trata de manera similar al calcio y se localiza selectivamente en el hueso .

Referencias

  1. ^ abcd Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "La evaluación de propiedades nucleares NUBASE2020" (PDF) . Física China C. 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Pesos atómicos estándar: samario". CIAAW . 2005.
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, propinas; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (4 de mayo de 2022). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico IUPAC)". Química Pura y Aplicada . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ Samir Maji; et al. (2006). "Separación de samario y neodimio: un requisito previo para obtener señales de la síntesis nuclear". Analista . 131 (12): 1332-1334. Código bibliográfico : 2006Ana...131.1332M. doi :10.1039/b608157f. PMID  17124541.
  5. ^ ab Kinoshita, N.; Pablo, M.; Kashiv, Y.; Colón, P.; Deibel, CM; DiGiovine, B.; Greene, JP; Henderson, DJ; Jiang, CL; Marley, ST; Nakanishi, T.; Pardo, RC; Rehm, KE; Robertson, D.; Scott, R.; Schmitt, C.; Tang, XD; Vondrasek, R.; Yokoyama, A. (30 de marzo de 2012). "Una vida media más corta de 146Sm medida e implicaciones para la cronología de 146Sm-142Nd en el sistema solar". Ciencia . 335 (6076): 1614-1617. arXiv : 1109.4805 . Código Bib : 2012 Ciencia... 335.1614K. doi : 10.1126/ciencia.1215510. ISSN  0036-8075. PMID  22461609. S2CID  206538240.
  6. ^
    • Kinoshita, N.; Pablo, M.; Kashiv, Y.; Colón, P.; Deibel, CM; DiGiovine, B.; Greene, JP; Jiang, CL; Marley, ST; Pardo, RC; Rehm, KE; Robertson, D.; Scott, R.; Schmitt, C.; Tang, XD; Vondrasek, R.; Yokoyama, A. (30 de marzo de 2023). "Retracción". Ciencia . 379 (6639): 1307. Código bibliográfico : 2023Sci...379.1307K. doi : 10.1126/ciencia.adh7739 . PMID  36996231. S2CID  236990856.
    • Joelving, Frederik (30 de marzo de 2023). "Un pequeño error para un físico, un error garrafal gigante para la ciencia planetaria". Reloj de retracción . Consultado el 30 de marzo de 2023 .
  7. ^ Él, M.; Shen, H.; Shi, G.; Yin, X.; Tian, ​​W.; Jiang, S. (2009). "Se volvió a medir la vida media de 151 Sm". Revisión Física C. 80 (6): 064305. Código bibliográfico : 2009PhRvC..80f4305H. doi : 10.1103/PhysRevC.80.064305.
  8. ^ abc Belli, P.; Bernabéi, R.; Danevich, FA; Incicchitti, A.; Tretyak, VI (2019). "Búsquedas experimentales de desintegraciones alfa y beta raras". Revista física europea A. 55 (140): 4–6. arXiv : 1908.11458 . Código Bib : 2019EPJA...55..140B. doi :10.1140/epja/i2019-12823-2. S2CID  201664098.
  9. ^ abcdefgh Beso, GG; Vitéz-Sveiczer, A.; Saito, Y.; et al. (2022). "Medición de las propiedades de desintegración β de isótopos exóticos de Pm, Sm, Eu y Gd ricos en neutrones para limitar los rendimientos de la nucleosíntesis en la región de las tierras raras". La revista astrofísica . 936 (107): 107. Código bibliográfico : 2022ApJ...936..107K. doi : 10.3847/1538-4357/ac80fc . hdl : 2117/375253 .
  10. ^ https://www-nds.iaea.org/sgnucdat/c3.htm Rendimientos acumulativos de fisión, OIEA
  11. ^ Christophe Demazière. Cálculos de la física de los reactores con combustible MOX en reactores de agua en ebullición (BWR) (PDF) (Reporte). Agencia de Energía Nuclear de la OCDE.Figura 2, página 6
  12. ^ Ballantyne, Jane C; Fishman, Scott M; Rathmell, James P. (1 de octubre de 2009). Manejo del dolor de Bonica. Lippincott Williams y Wilkins. págs. 655–. ISBN 978-0-7817-6827-6. Consultado el 19 de julio de 2011 .