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Isótopos de circonio

El circonio natural ( 40 Zr) se compone de cuatro isótopos estables (de los cuales uno puede ser radiactivo en el futuro ) y un radioisótopo de vida muy larga ( 96 Zr), un nucleido primordial que se desintegra mediante desintegración beta doble con una velocidad observada. vida media de 2,0×10 19 años; [5] también puede sufrir una desintegración beta simple , que aún no se ha observado, pero el valor teóricamente predicho de t 1/2 es 2,4×10 20 años. [6] El segundo radioisótopo más estable es el 93 Zr , que tiene una vida media de 1,53 millones de años. Se han observado otros treinta radioisótopos. Todos tienen vidas medias inferiores a un día, excepto 95 Zr (64,02 días), 88 Zr (83,4 días) y 89 Zr (78,41 horas). El modo de desintegración principal es la captura de electrones para isótopos más ligeros que el 92 Zr, y el modo principal para isótopos más pesados ​​es la desintegración beta.

Lista de isótopos

  1. ^ m Zr - 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. ^ ab #: 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. ^ Símbolo en negrita como hijo: el producto hijo es estable.
  7. ^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
  8. ^ Segundo absorbente de neutrones más potente conocido
  9. ^ abcdef Producto de fisión
  10. ^ Producto de fisión de larga duración
  11. ^ Se cree que se desintegra en β − β − ​​a 94 Mo con una vida media superior a 1,1 × 10 17 años.
  12. ^ Radionúclido primordial
  13. ^ Se prevé que será capaz de sufrir una desintegración beta triple y una desintegración beta cuádruple con vidas medias parciales muy largas.
  14. ^ Se teoriza que también sufre una desintegración β - a 96 Nb con una vida media parcial mayor que 2,4 × 10 19  y [7]

Circonio-88

88 Zr es un radioisótopo de circonio con una vida media de 83,4 días. En enero de 2019, se descubrió que este isótopo tenía una sección transversal de captura de neutrones de aproximadamente 861.000 graneros; esto es varios órdenes de magnitud mayor de lo previsto y mayor que el de cualquier otro nucleido excepto el xenón-135 . [11]

Circonio-89

89 Zr es un radioisótopo de circonio con una vida media de 78,41 horas. Se produce mediante irradiación de protones de itrio-89 natural. Su fotón gamma más destacado tiene una energía de 909 keV.

El circonio-89 se emplea en aplicaciones de diagnóstico especializadas mediante tomografía por emisión de positrones [12] , por ejemplo, con anticuerpos marcados con circonio-89 (inmuno-PET). [13] Para ver una tabla de desintegración, consulte Maria Vosjan. "Circonio-89 (89Zr)". Ciclotrón.nl.

Circonio-93

93 Zr es un radioisótopo de circonio con una vida media de 1,53 millones de años y que se desintegra mediante la emisión de una partícula beta de baja energía. El 73% de las desintegraciones pueblan un estado excitado de niobio -93, que se desintegra con una vida media de 14 años y un rayo gamma de baja energíahasta el estado fundamental estable de 93 Nb, mientras que el 27% restante de las desintegraciones pueblan directamente el estado fundamental. [15] Es uno de los siete productos de fisión de larga duración . La baja actividad específica y la baja energía de sus radiaciones limitan los peligros radiactivos de este isótopo.

La fisión nuclear lo produce con un rendimiento de fisión del 6,3% (fisión térmica de neutrones de 235 U), a la par de los demás productos de fisión más abundantes. Los reactores nucleares suelen contener grandes cantidades de circonio como revestimiento de las barras de combustible (ver zircaloy ), y la irradiación de neutrones de 92 Zr también produce alrededor de 93 Zr, aunque esto está limitado por la baja sección transversal de captura de neutrones del 92 Zr de 0,22 barn . De hecho, una de las principales razones para utilizar circonio en los revestimientos de las barras de combustible es su baja sección transversal.

El 93 Zr también tiene una sección transversal de captura de neutrones baja de 0,7 graneros. [16] [17] La ​​mayor parte del circonio de fisión se compone de otros isótopos; el otro isótopo con una sección transversal de absorción de neutrones significativa es el 91 Zr con una sección transversal de 1,24 graneros. El 93 Zr es un candidato menos atractivo para la eliminación mediante transmutación nuclear que el 99 Tc y el 129 I. La movilidad en el suelo es relativamente baja, por lo que la eliminación geológica puede ser una solución adecuada. Alternativamente, si el efecto sobre la economía de neutrones de93
La mayor sección transversal de Zr se considera aceptable, el revestimiento irradiado y el producto de fisión circonio (que se mezclan en la mayoría de los métodos de reprocesamiento nuclear actuales ) podrían usarse para formar nuevos revestimientos de circonio. Una vez que el revestimiento está dentro del reactor, se puede tolerar un nivel relativamente bajo de radiactividad, pero el transporte y la fabricación pueden requerir precauciones especiales.

Referencias

  1. ^ 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. ^ Prítychenko, Boris; Tretyak, V. "Datos adoptados de desintegración beta doble". Centro Nacional de Datos Nucleares . Consultado el 11 de febrero de 2008 .
  3. ^ "Pesos atómicos estándar: circonio". CIAAW . 1983.
  4. ^ 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.
  5. ^ "Lista de valores de desintegración de doble beta (ββ) adoptados". Centro Nacional de Datos Nucleares, Laboratorio Nacional Brookhaven.
  6. ^ H Heiskanen; MT Mustonen; J Suhonen (30 de marzo de 2007). "Vida media teórica de la desintegración beta del 96Zr". Revista de Física G: Física Nuclear y de Partículas . 34 (5): 837–843. doi :10.1088/0954-3899/34/5/005.
  7. ^ Pinzón, SO; Tornow, W. (2016). "Búsqueda de la desintegración β de 96Zr". Instrumentos y métodos nucleares en la investigación en física Sección A: aceleradores, espectrómetros, detectores y equipos asociados . 806 : 70–74. Código Bib : 2016NIMPA.806...70F. doi : 10.1016/j.nima.2015.09.098 .
  8. ^ ab Ohnishi, Tetsuya; Kubo, Toshiyuki; Kusaka, Kensuke; et al. (2010). "Identificación de 45 nuevos isótopos ricos en neutrones producidos por fisión en vuelo de un haz de 238U a 345 MeV/nucleón". J. Física. Soc. Japón . 79 (7). Sociedad de Física de Japón: 073201. arXiv : 1006.0305 . Código Bib : 2010JPSJ...79g3201T. doi : 10.1143/JPSJ.79.073201 .
  9. ^ Shimizu, Yohei; et al. (2018). "Observación de nuevos isótopos ricos en neutrones entre fragmentos de fisión de fisión en vuelo de 345 MeV = nucleón 238U: búsqueda de nuevos isótopos realizada simultáneamente con campañas de medición de desintegración". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 87 (1): 014203. Código bibliográfico : 2018JPSJ...87a4203S. doi : 10.7566/JPSJ.87.014203 .
  10. ^ Sumikama, T.; et al. (2021). "Observación de nuevos isótopos ricos en neutrones en las proximidades de Zr110". Revisión Física C. 103 (1): 014614. Código bibliográfico : 2021PhRvC.103a4614S. doi : 10.1103/PhysRevC.103.014614. hdl : 10261/260248 . S2CID  234019083.
  11. ^ Shusterman, JA; Scielzo, ND; Thomas, KJ; normando, EB; Lapi, SE; Sin amor, CS; Peters, Nueva Jersey; Robertson, JD; Shaughnessy, DA; Tonchev, AP (2019). "La sección transversal de captura de neutrones sorprendentemente grande del 88Zr". Naturaleza . 565 (7739): 328–330. Código Bib :2019Natur.565..328S. doi :10.1038/s41586-018-0838-z. OSTI  1512575. PMID  30617314. S2CID  57574387.
  12. ^ Dilworth, Jonathan R.; Pascu, Sofía I. (2018). "La química de las imágenes PET con circonio-89". Reseñas de la sociedad química . 47 (8): 2554–2571. doi :10.1039/C7CS00014F. PMID  29557435.
  13. ^ Van Dongen, Georgia; Vosjan, MJ (agosto de 2010). "Tomografía por emisión de inmunopositrones: arrojando luz sobre la terapia clínica con anticuerpos". Bioterapia del Cáncer y Radiofármacos . 25 (4): 375–85. doi :10.1089/cbr.2010.0812. PMID  20707716.
  14. ^ MB Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Datos nucleares para ciencia y tecnología: secciones transversales, covarianzas, rendimientos de productos de fisión y datos de desintegración", Nucl. Hojas de datos 112(2011)2887. (consultado en www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  15. ^ Casete, P.; Chartier, F.; Isnard, H.; Frechou, C.; Laszak, I.; Degros, JP; Bé, MM; Lepy, MC; Tartés, I. (2010). "Determinación del esquema de desintegración y vida media del 93Zr". Radiaciones Aplicadas e Isótopos . 68 (1): 122-130. doi :10.1016/j.apradiso.2009.08.011. PMID  19734052.
  16. ^ "ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)". Centro Nacional de Datos Nucleares, Laboratorio Nacional Brookhaven. 2011-12-22. Archivado desde el original el 20 de julio de 2009 . Consultado el 20 de noviembre de 2014 .
  17. ^ S. Nakamura; et al. (2007). "Secciones transversales de captura de neutrones térmicos de circonio-91 y circonio-93 mediante espectroscopia rápida de rayos gamma". Revista de ciencia y tecnología nucleares . 44 (1): 21–28. Código Bib : 2007JNST...44...21N. doi :10.1080/18811248.2007.9711252. S2CID  96087661.