Изотопы бора

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Изото́пы бо́ра — разновидности атомовядер) химического элемента бора, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Все изотопы бора имеют 5 протонов в ядре.

Природный бор состоит из двух стабильных изотопов, — бора-10 с концентрацией около 20 ат.% и остальное — бора-11. Соотношение этих двух изотопов варьируется в различных природных источниках в результате естественных природных процессов обогащения тем или иным изотопом. Усреднённые по разным природным источникам бора концентрации бора−10 и бора-11 составляют 19,97 ат.% и 80,17 ат.% соответственно с вариацией в пределах 18,929—20,386 и 79,614—81,071 ат.% соответственно.

Все остальные изотопы бора радиоактивны, самый долгоживущий из них — бор-8 с периодом полураспада 770 мс.

Таблица изотопов бора[править | править код]

Обозначение
изотопа
N(n)[n 1] Масса
ядра,
а. е. м.[1] 
Период
полураспада
,
[ширина
распада]
[2]
Канал(ы)
распада,
(вероятность
канала
распада, %)[3]
Дочернее
ядро
Ядерный
спин и
чётность
7B 2 7,029712(27)[n 2] 3,50(50)×10−20 с
[1,4(2)] МэВ
p 6Be[n 3] (3/2−)[n 4]
8B[n 5] 3 8,0246073(11) 770(3) мс β+, α 2 4He 2+
9B 4 9,0133296(10) 8,00(300)×10−16 с
[0,54(21) кэВ]
p, α 2 4He 3/2−
10B 5 10,012936862(16) стабилен 3+
11B 6 11,009305167(13) стабилен 3/2−
12B 7 12,0143526(14) 20,20(2) мс β (98,4) 12C 1+
β, α (1,6) 8Be[n 6]
13B 8 13,0177800(11) 17,33(17) мс β (99,72) 13C 3/2−
β, n (0,28) 12C
14B 9 14,025404(23) 12,5(5) мс β (93,96) 14C 2−
β, n (6,04) 13C
15B 10 15,031088(23) 9,93(7) мс β, n (93,6) 14C 3/2−
β (6,0) 15C
β, 2n (0,4) 13C
16B 11 16,039842(26) >4,6×10−21 с
[0,1 МэВ]
n 15B 0−
17B[n 7] 12 17,04693(22) 5,08(5) мс β, n (63,0) 16C (3/2−)
β (22,1) 17C
β, 2n (11,0) 15C
β, 3n (3,5) 14C
β, 4n (0,4) 13C
18B 13 18,05560(22) <26 нс n 17B (2−)
19B[n 7] 14 19,06417(56) 2,92(13) мс β, n (71) 18C 3/2−#[n 8]
β, 2n (17) 17C
β (12) 19C
20B[4] 15 20,07348(86)# [2,50(9) МэВ] n 19B (1−, 2−)
21B[4] 16 21,08302(97)# <260 нс
[2,47(19) МэВ]
2n 19B (3/2−)#
  1. Число нейтронов в ядре.
  2. В круглых скобках указаны ненадежные экспериментальные цифры.
  3. Затем распадается через двойной протонный распад на ядро гелия-4 (4He) по суммарной реакции: 7B → 4He + 3 1H.
  4. Спин и чётность в круглых скобках достоверно не установлены.
  5. Имеет один слабосвязанный протон.
  6. Ядро бериллия-8 немедленно распадается на две альфа-частицы, суммарное уравнение реакции: 12B → 3 4He + β.
  7. 1 2 Имеет два слабосвязанных нейтрона.
  8. Значения, отмеченные символом #, получены не только из экспериментальных данных, частично из теоретических соображений.

Применение[править | править код]

Сечения захвата нейтрона, барн, у изотопов 10В (чёрная линия) и 11В (синяя линия) в зависимости от энергии нейтрона, эВ

Бор-10 имеет очень высокое сечение захвата тепловых нейтронов, равное 3837 барн (для большинства изотопов это сечение близко к единицам или долям барна), причём при захвате нейтрона образуется возбуждённое ядро бора-11 (11B*) сразу распадающееся на два стабильных ядра (альфа-частицу и ядро лития-7), эти ядра очень быстро тормозятся в среде, а проникающая радиация (гамма-излучение и нейтроны) при этом отсутствуют, в отличие от аналогичных реакций захвата нейтронов другими изотопами:

10B + n → 11B* → 4He + 7Li + 2,31 МэВ.

Поэтому 10В в составе раствора борной кислоты и других химических соединений, например, карбида бора применяется в атомных реакторах для регулирования реактивности, а также для биологической защиты персонала от тепловых нейтронов. Для повышения эффективности поглощения нейтронов бор, применяемый в реакторах, иногда специально обогащают изотопом бор-10.

Кроме того, соединения бора применяются в нейтрон-захватной терапии некоторых видов рака мозга, пробег ионизирующих быстрых ядер гелия-4 и лития-7 в тканях организма очень мал и поэтому при этом не поражаются ионизирующим излучением здоровые ткани.

Газообразное химическое соединение бора BF3 используется в качестве рабочей среды в ионизационных камерах детекторов тепловых нейтронов.

В 2015 году в опубликованной в журнале Science статье[5] было предложено применить измерение соотношения изотопов бора в древних осадочных породах позднего пермского периода и начала триасового периодов для определения изменения кислотности воды (pH) палеоокеанов в те эпохи, для объяснения возможных причин массового пермского вымирания в основном водных организмов, вызванное, вероятно, глобальным усилением вулканической деятельности, сопровождающейся выбросом углекислого газа в атмосферу. Этот метод определения ретрокислотности древних океанов, по-видимому, более точен, чем ранее применявшийся метод определения кислотности по соотношению изотопов кальция[6] и изотопов углерода.

Примечания[править | править код]

  1. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode2003NuPhA.729..337A.
  2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  3. Universal Nuclide Chart. Nucleonica.
  4. 1 2 Leblond, S. et al. First observation of 20B and 21(англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2018. — Vol. 121, no. 26. — P. 262502—262501. — DOI:10.1103/PhysRevLett.121.262502. — arXiv:1901.00455. — PMID 30636115.
  5. Clarkson, M. O. et al. (2015) Science 348, 229–232.
  6. Witze, Alexandra (2015) Acidic oceans linked to greatest extinction ever; Rocks from 252 million years ago suggest that carbon dioxide from volcanoes made sea water lethal. Journal Nature; News publiée le 09 avril 2015