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Isótopos del 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 vida media observada de 2,0×10 19 años; [4] también puede sufrir desintegración beta simple , que aún no se observa, pero el valor teórico predicho de t 1/2 es 2,4×10 20 años. [5] El segundo radioisótopo más estable es 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 primario es la captura de electrones para los isótopos más ligeros que el 92 Zr, y el modo primario para los isótopos más pesados ​​es la desintegración beta.

Lista de isótopos

  1. ^ m Zr – Isómero nuclear excitado .
  2. ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  3. ^ # – Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
  4. ^ Vida media audaz  : 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 hija: el producto hija es estable.
  7. ^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
  8. ^ El segundo absorbedor de neutrones más potente conocido
  9. ^ abcdef Producto de fisión
  10. ^ Producto de fisión de larga duración
  11. ^ Se cree que se desintegra por β − β − ​​a 94 Mo con una vida media de 1,1×10 17 años.
  12. ^ Radionúclido primordial
  13. ^ Se predice que es capaz de sufrir desintegración beta triple y 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 a 2,4×10 19  y [6]

Circonio-88

El 88 Zr es un radioisótopo del circonio con una vida media de 83,4 días. En enero de 2019, se descubrió que este isótopo tiene una sección eficaz de captura de neutrones de aproximadamente 861.000 barns; esto es varios órdenes de magnitud mayor que lo previsto y mayor que la de cualquier otro nucleido excepto el xenón-135 . [10]

Circonio-89

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

El zirconio-89 se emplea en aplicaciones de diagnóstico especializadas mediante imágenes por tomografía por emisión de positrones [11] , por ejemplo, con anticuerpos marcados con zirconio-89 (inmuno-PET). [12] Para consultar una tabla de desintegración, véase Maria Vosjan. "Zirconio-89 (89Zr)". Cyclotron.nl.

Circonio-93

93 Zr es un radioisótopo de circonio con una vida media de 1,53 millones de años, 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 energía al estado fundamental estable de 93 Nb, mientras que el 27% restante de las desintegraciones pueblan directamente el estado fundamental. [14] Es uno de los únicos 7 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 de neutrones térmicos de 235 U), a la par de los otros productos de fisión más abundantes. Los reactores nucleares suelen contener grandes cantidades de circonio como vaina de las barras de combustible (véase zircaloy ), y la irradiación neutrónica de 92 Zr también produce algo de 93 Zr, aunque esto está limitado por la baja sección transversal de captura de neutrones de 92 Zr de 0,22 barns . De hecho, una de las principales razones para utilizar circonio en las vainas de las barras de combustible es su baja sección transversal.

El 93 Zr también tiene una sección eficaz de captura de neutrones baja de 0,7 barns. [15] [16] La mayor parte del circonio de fisión consta de otros isótopos; el otro isótopo con una sección eficaz de absorción de neutrones significativa es el 91 Zr con una sección eficaz de 1,24 barns. El 93 Zr es un candidato menos atractivo para su eliminación por 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 sección transversal más alta del Zr se considera aceptable, por lo que el revestimiento irradiado y el producto de fisión, el circonio (que se mezclan en la mayoría de los métodos de reprocesamiento nuclear actuales ) podrían usarse para formar un nuevo revestimiento de zircaloy. Una vez que el revestimiento está dentro del reactor, se puede tolerar el 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 NUBASE2020 de las propiedades nucleares" (PDF) . Chinese Physics C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ "Pesos atómicos estándar: circonio". CIAAW . 1983.
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; 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 de la IUPAC)". Química pura y aplicada . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ "Lista de valores de desintegración doble beta (ββ) adoptados". Centro Nacional de Datos Nucleares, Laboratorio Nacional de Brookhaven.
  5. ^ H Heiskanen; MT Mustonen; J Suhonen (30 de marzo de 2007). "Vida media teórica para la desintegración beta de 96Zr". Journal of Physics G: Física nuclear y de partículas . 34 (5): 837–843. doi :10.1088/0954-3899/34/5/005.
  6. ^ Finch, SW; 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. Bibcode :2016NIMPA.806...70F. doi : 10.1016/j.nima.2015.09.098 .
  7. ^ 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. Phys. Soc. Jpn . 79 (7). Physical Society of Japan: 073201. arXiv : 1006.0305 . Bibcode :2010JPSJ...79g3201T. doi : 10.1143/JPSJ.79.073201 .
  8. ^ 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. Bibcode :2018JPSJ...87a4203S. doi : 10.7566/JPSJ.87.014203 .
  9. ^ Sumikama, T.; et al. (2021). "Observación de nuevos isótopos ricos en neutrones en las proximidades de Zr110". Physical Review C . 103 (1): 014614. Bibcode :2021PhRvC.103a4614S. doi :10.1103/PhysRevC.103.014614. hdl : 10261/260248 . S2CID  234019083.
  10. ^ Shusterman, JA; Scielzo, ND; Thomas, KJ; Norman, EB; Lapi, SE; Loveless, CS; Peters, NJ; Robertson, JD; Shaughnessy, DA; Tonchev, AP (2019). "La sorprendentemente grande sección transversal de captura de neutrones de 88Zr". Nature . 565 (7739): 328–330. Bibcode :2019Natur.565..328S. doi :10.1038/s41586-018-0838-z. OSTI  1512575. PMID  30617314. S2CID  57574387.
  11. ^ Dilworth, Jonathan R.; Pascu, Sofia I. (2018). "La química de las imágenes PET con zirconio-89". Chemical Society Reviews . 47 (8): 2554–2571. doi :10.1039/C7CS00014F. PMID  29557435.
  12. ^ Van Dongen, GA; Vosjan, MJ (agosto de 2010). "Tomografía por emisión de positrones inmunoabsorbente ligada a enzimas: arrojando luz sobre la terapia clínica con anticuerpos". Bioterapia y radiofármacos del cáncer . 25 (4): 375–85. doi :10.1089/cbr.2010.0812. PMID  20707716.
  13. ^ MB Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Datos nucleares para la ciencia y la tecnología: secciones transversales, covarianzas, rendimientos de productos de fisión y datos de desintegración", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (consultado en www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm)
  14. ^ Cassette, P.; Chartier, F.; Isnard, H.; Fréchou, C.; Laszak, I.; Degros, JP; Bé, MM; Lépy, MC; Tartes, I. (2010). "Determinación del esquema de desintegración y la vida media del 93Zr". Applied Radiation and Isotopes . 68 (1): 122–130. doi :10.1016/j.apradiso.2009.08.011. PMID  19734052.
  15. ^ "ENDF/B-VII.1 Zr-93(n,g)". Centro Nacional de Datos Nucleares, Laboratorio Nacional de Brookhaven. 22 de diciembre de 2011. Archivado desde el original el 20 de julio de 2009. Consultado el 20 de noviembre de 2014 .
  16. ^ S. Nakamura; et al. (2007). "Secciones transversales de captura de neutrones térmicos de Zirconio-91 y Zirconio-93 mediante espectroscopia de rayos gamma inmediata". Revista de Ciencia y Tecnología Nuclear . 44 (1): 21–28. Bibcode :2007JNST...44...21N. doi :10.1080/18811248.2007.9711252. S2CID  96087661.