Нуклид

Нукли́д (лат. nucleus — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт») — вид атомов, характеризующийся определённым массовым числом, атомным номером и энергетическим состоянием ядер и имеющий время жизни, достаточное для наблюдения.

Общее описание

Из определения следует, что нуклид — это каждый отдельный вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N), и которое находится в определённом энергетическом состоянии (основном состоянии или одном из изомерных состояний).

Число протонов Z представляет собой атомный номер элемента, а сумма A = Z + N — массовое число. Нуклиды, имеющие одинаковый атомный номер (обладающие одинаковым числом протонов), называются изотопами, одинаковое массовое число — изобарами, одинаковое число нейтронов — изотонами. Атомы изотопов являются атомами одного и того же химического элемента. Применение термина изотоп в единственном числе вместо термина нуклид хотя и, строго говоря, неверно, однако широко распространено. Относительная атомная масса нуклида округлённо равна его массовому числу, только для углерода-12 она по определению точно равна 12.

Для обозначения нуклида элемента (E) используют запись вида: ^А_ZE _N, причём индексы Z и N могут опускаться. Распространённым является обозначение E-A (например, углерод-12, уран-238, U-235). Для нуклидов, представляющих собой метастабильные возбуждённые состояния одного изотопа (изомеры), используют латинскую букву m в верхнем правом или верхнем левом индексе, например ¹⁸⁰Ta^m или ^180mTa. Если существует более одного возбуждённого изомерного состояния с данными A и Z, то для них (в порядке возрастания энергии) используют индексы m₁, m₂ и т. д. либо последовательность букв m, n, p, q,… Некоторые нуклиды имеют традиционные собственные названия (см. список таких названий).

Классификация

Нуклиды делятся на стабильные и радиоактивные (радионуклиды, радиоактивные изотопы). Стабильные нуклиды не испытывают спонтанных радиоактивных превращений из основного состояния ядра. Радионуклиды путём радиоактивных превращений переходят в другие нуклиды. В зависимости от типа распада, образуются либо другой нуклид того же самого элемента (при нейтронном или двухнейтронном распаде), либо нуклид другого элемента с тем же массовым числом (распады, изменяющие заряд ядра без вылета нуклонов, т. е. бета-распад, электронный захват, позитронный распад, все виды двойного бета-распада), либо два или несколько новых нуклидов (альфа-распад, протонный распад, кластерный распад, спонтанное деление).

Среди радионуклидов выделяются короткоживущие и долгоживущие. Радионуклиды, существующие на Земле с момента её формирования, часто называют природными долгоживущими, или примордиальными радионуклидами; такие нуклиды имеют период полураспада, превышающий 5·10⁸ лет. Для каждого элемента были искусственно получены радионуклиды; для элементов с атомным номером (т. е. числом протонов), близким к одному из «магических чисел», количество известных нуклидов может доходить до нескольких десятков. Наибольшим количеством известных нуклидов — по 34 — обладают платина и осмий (без учёта изомерных состояний). Некоторые элементы имеют лишь один стабильный нуклид (так называемые моноизотопные элементы, например, золото и кобальт), а максимальным числом стабильных нуклидов — 10 — обладает олово. У многих элементов все нуклиды радиоактивны (все элементы, имеющие атомный номер больше, чем у свинца, а также технеций и прометий). Каждому массовому числу соответствует от 0 до 3 стабильных нуклидов, числу нейтронов — от 0 до 6. Общее число всех известных нуклидов превышает 3100 (без учёта изомеров; на сегодня известно около 1000 нуклидов в основных состояниях, для которых существуют одно или несколько метастабильных возбуждённых состояний с периодом полураспада, превышающим 0,1 мкс).

Для многих нуклидов (в том числе стабильных) предсказан тот или иной вид радиоактивности, в действительности не наблюдающийся из-за чрезвычайно большого периода полураспада. В частности, для любого данного массового числа A возможен только один бета-стабильный нуклид, соответствующий глобальному минимуму энергии в данной изобарной цепочке. Для остальных нуклидов с данным A кинематически разрешён обычный или двойной бета-распад (включая β⁻, β⁺ или электронный захват), хотя предсказываемые периоды полураспада могут быть крайне велики. Большинство нуклидов с массовым числом больше 140 могут испытывать альфа-распад, но по той же причине для многих из них этот канал распада не наблюдался. С увеличением чувствительности экспериментов некоторые нуклиды переходят из разряда стабильных в (слабо)радиоактивные (например, была обнаружена слабая альфа-радиоактивность с периодами полураспада >10¹⁸ лет у ранее считавшихся стабильными висмута-209, вольфрама-180 и европия-151).

История и этимология

Термин «нуклид» (а также «радионуклид») был предложен Трумэном Кохманом (Truman P. Kohman) в 1947 году. Автор термина обсудил его со специалистами по классической филологии (профессорами Гертрудой Смит и Бенедиктом Эйнарсоном), чтобы наиболее точно передать смысл, выражаемый этим словом, т.е. сорт ядер (от латинского корня nucle- — «ядро» и др.-греч. είδος — «вид, сорт», с отбрасыванием лишних гласных на стыке для благозвучия). Определение Кохмэна, данное в его статье, посвящённой новому термину: «Нуклид. Сорт атома, характеризующийся строением его ядра, в частности числом протонов и нейтронов в его ядре».

См. также

• Изотопы

Ссылки

• Таблица нуклидов
• Exploring the Table of Isotopes

Литература

• Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия. 1990—1992.