El nitrógeno natural ( 7 N) consta de dos isótopos estables : la gran mayoría (99,6%) del nitrógeno natural es nitrógeno-14 , y el resto es nitrógeno-15 . También se conocen trece radioisótopos , con masas atómicas que van de 9 a 23, junto con tres isómeros nucleares . Todos estos radioisótopos tienen una vida corta, siendo el nitrógeno-13 el de vida más larga, con una vida media de9,965(4) min . Todos los demás tienen vidas medias inferiores a 7,15 segundos, y la mayoría de ellos son inferiores a 620 milisegundos. La mayoría de los isótopos con números de masa atómica inferiores a 14 se desintegran en isótopos de carbono , mientras que la mayoría de los isótopos con masas superiores a 15 se desintegran en isótopos de oxígeno . El isótopo conocido de vida más corta es el nitrógeno-10, con una vida media de143(36) yoctosegundos , aunque no se ha medido con exactitud la vida media del nitrógeno-9.
El nitrógeno-13 y el oxígeno-15 se producen en la atmósfera cuando los rayos gamma (por ejemplo, los de los rayos ) expulsan neutrones del nitrógeno-14 y del oxígeno-16:
El nitrógeno-13 producido como resultado se desintegra con una vida media de9,965(4) min al carbono-13, emitiendo un positrón . El positrón se aniquila rápidamente con un electrón, produciendo dos rayos gamma de aproximadamente511 keV . Después de un rayo, esta radiación gamma se apaga con una vida media de diez minutos, pero estos rayos gamma de baja energía viajan solo unos 90 metros en el aire en promedio, por lo que solo pueden detectarse durante un minuto aproximadamente mientras la "nube" de 13 N y 15 O flota, transportada por el viento. [7]
El nitrógeno-14 constituye aproximadamente el 99,636% del nitrógeno natural.
El nitrógeno-14 es uno de los pocos nucleidos estables con un número impar de protones y neutrones (siete cada uno) y es el único que constituye la mayoría de su elemento. Cada protón o neutrón contribuye con un espín nuclear de más o menos espín 1/2 , lo que le da al núcleo un espín magnético total de uno.
Se cree que la fuente original de nitrógeno-14 y nitrógeno-15 en el Universo es la nucleosíntesis estelar , donde se producen como parte del ciclo CNO .
El nitrógeno-14 es la fuente del carbono-14 radiactivo de origen natural . Algunos tipos de radiación cósmica provocan una reacción nuclear con el nitrógeno-14 en la atmósfera superior de la Tierra, creando carbono-14, que se desintegra nuevamente en nitrógeno-14 con una vida media de5700(30) años .
El nitrógeno-15 es un isótopo estable poco común del nitrógeno . Dos fuentes de nitrógeno-15 son la emisión de positrones del oxígeno-15 [8] y la desintegración beta del carbono-15 . El nitrógeno-15 presenta una de las secciones eficaces de captura de neutrones térmicos más bajas de todos los isótopos. [9]
El nitrógeno-15 se utiliza con frecuencia en RMN ( espectroscopia de RMN de nitrógeno-15 ). A diferencia del nitrógeno-14, más abundante, que tiene un espín nuclear entero y, por lo tanto, un momento cuadrupolar , el 15N tiene un espín nuclear fraccionario de la mitad, lo que ofrece ventajas para la RMN, como un ancho de línea más estrecho.
El rastreo de nitrógeno-15 es una técnica utilizada para estudiar el ciclo del nitrógeno .
El radioisótopo 16 N es el radionúclido dominante en el refrigerante de los reactores de agua a presión o de agua en ebullición durante el funcionamiento normal. Se produce a partir de 16 O (en agua) mediante una reacción (n,p) , en la que el átomo de 16 O captura un neutrón y expulsa un protón. Tiene una vida media corta de unos 7,1 s, [4] pero su desintegración de nuevo en 16 O produce radiación gamma de alta energía (5 a 7 MeV). [4] [10] Debido a esto, el acceso a la tubería de refrigerante primario en un reactor de agua a presión debe restringirse durante el funcionamiento a potencia del reactor . [10] Es un indicador sensible e inmediato de fugas del sistema de refrigeración primario al ciclo de vapor secundario y es el principal medio de detección de dichas fugas. [10]