Алюминий-26
Алюминий-26, 26Al — радиоактивный изотоп химического элемента алюминия, распадающийся посредством позитронного распада и электронного захвата в стабильный нуклид магний-26. Период полураспада основного состояния 26Al составляет 7,17⋅105 лет. Это слишком мало, чтобы изотоп мог сохраниться с момента предсолнечного нуклеосинтеза до настоящего времени, но небольшое количество ядер этого нуклида постоянно образуется при столкновениях протонов космических лучей с атомами аргона. Существует также метастабильное возбуждённое состояние 26mAl с энергией 228,305 кэВ и периодом полураспада 6,3465 секунды; оно тоже распадается посредством позитронного распада и электронного захвата.
| Алюминий-26 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Схема распада алюминия-26 | |||||||
| Название, символ | Алюминий-26, 26Al | ||||||
| Нейтронов | 13 | ||||||
| Свойства нуклида | |||||||
| Дефект массы | −12 210,34 кэВ | ||||||
| Изотопная распространённость | 0 | ||||||
| Период полураспада | 7,17⋅105 лет | ||||||
| Продукты распада | магний-26 | ||||||
| Родительские изотопы | кремний-26 (электронный захват), фосфор-27 (электронный захват с испусканием протона) | ||||||
| Спин и чётность ядра | 5+ | ||||||
|
|||||||
| Таблица нуклидов | |||||||
 Медиафайлы на Викискладе | |||||||
Алюминий-26 также испускает гамма-лучи (с возбуждённых состояний магния-26, на которые происходит переход с основного состояния 26Al, и при аннигиляции позитронов, излучаемых во время β+-распада). При электронном захвате электронная оболочка образующегося атома 26Mg с «дыркой» на месте одного из внутренних электронов, захваченного ядром, снимает возбуждение путём испускания характеристических рентгеновских лучей и оже-электронов[1].
Датировка метеоритов править
Алюминий-26 может быть использован для определения времени, прошедшего с момента выпадения метеорита на Землю. Метеорит с момента распада родительского тела подвергается бомбардировке космическими лучами, которые создают в нём ядра алюминия-26. После падения на Землю поток космических лучей резко уменьшается, и накопление 26Al прекращается, но его распад продолжается с той же скоростью. Это означает, что количество оставшихся в образце ядер 26Al может быть использовано, чтобы вычислить дату падения метеорита на Землю.
Распространённость в межзвёздной среде править
Гамма-линия с энергией 1809 кэВ, возникающая при распаде 26Al, была первым наблюдавшимся гамма-излучением от галактического центра (спутник НЕАО-3, 1984 год[2][3]).
Изотоп в Галактике создаётся главным образом в сверхновых, выбрасывающих много радиоактивных нуклидов в межзвёздную среду. Считается, что при конденсации небольших планетных тел он обеспечивает тепловыделение достаточное для такого разогрева, чтобы началось гравитационная дифференцировка их недр, как это произошло в ранней истории астероидов (1) Церера и (4) Веста.[4][5][6] Этот изотоп также играет роль в гипотезах относительно происхождения экваториальной выпуклости Япета, спутника Сатурна[7].
История править
До 1954 года измеренный период полураспада алюминия-26 считался равным 6,3 секунды[8]. После публикации теоретического доказательства того, что этот распад на самом деле относится к метастабильному состоянию (изомеру) алюминия-26, ядра этого изотопа в основном состоянии были получены путём бомбардировки магния-26 и магния-25 дейтронами в циклотроне Университета Питтсбурга[9]. Первое измерение дало период полураспада основного состояния, оцененный в ~106 лет.
Основное состояние править
Основное состояние алюминия-26 со спином и чётностью Jπ = 5+ не может прямо распасться на основное состояние ядра магний-26 (которое имеет спин 0) ввиду существенной разницы спинов; точнее, бета-переходы из основного состояния в основное имеют очень высокую степень запрета и не наблюдаются, несмотря на довольно большую доступную энергию распада (Qε = 4004,14 кэВ). Распад (как электронный захват, так и позитронный распад) происходит почти всегда (в 97,3 % случаев) на первое возбуждённое состояние магния-26 с энергией 1808,7 кэВ и Jπ = 2+. Этот уровень немедленно разряжается в основное состояние 26Mg с испусканием гамма-кванта с энергией 1808,6 кэВ; пик с этой энергией является самой характерной особенностью гамма-спектра 26Al. В оставшихся 2,7 % случаев переход происходит на второе возбуждённое состояние 26Mg с E = 2838,4 кэВ (Jπ = 2+), которое может распасться напрямую на основной уровень, излучив гамма-квант с энергией 2938,3 кэВ, но чаще (в отношении 0,27:2,4) распадается через уже упомянутое первое возбуждённое состояние с испусканием каскада гамма-квантов с энергиями 1129,7 и 1808,7 кэВ. Время жизни обоих возбуждённых уровней меньше 1 нс. Кроме разрядки возбуждённых уровней с излучением гамма-кванта, во всех случаях возможна передача сбрасываемой энергии Eγ орбитальному электрону (эффект внутренней конверсии) с испусканием конверсионного электрона с соответствующей фиксированной энергией Eγ − Ec, где Ec — энергия связи электрона в атоме 26Mg. При этом возбуждение электронной оболочки снимается путём излучения характеристических рентгеновских фотонов и оже-электронов с суммарной энергией Ec.
Изомер править
Изомерное состояние алюминия-26 (26mAl) с изоспином T = 1 обладает энергией 228,305 кэВ выше основного состояния (T = 0), однако его спин (0+) сильно отличается от спина основного состояния (5+), поэтому изомерный переход в основное состояние сильно подавлен. На 2015 год этот переход не обнаружен; распад, как и у основного состояния, происходит путём испускания позитрона или захвата орбитального электрона, однако все распады происходят в основное (а не в возбуждённое) состояние магния-26.
Измерение периода полураспада по каналу фермиевского бета-распада метастабильного состояния алюминия-26 представляет интерес для экспериментальной проверки двух компонентов Стандартной модели, а именно, гипотезы сохраняющегося векторного тока и требуемой унитарности матрицы Кабиббо — Кобаяши — Маскавы[10]. Этот распад является сверхразрешённым, начальное и конечное (26Mg) состояния обладают одинаковым спином и чётностью 0+. Измерение в 2011 году периода полураспада Al-26m дало значение 6346,54 ± 0,46(стат.) ± 0,60(сист.) миллисекунды[11]. Кроме того, получено значение ft = 3037,53(61) мс. Эти период полураспада и ft представляют собой наиболее точно измеренные значения среди всех сверхразрешённых бета-переходов[11].
См. также править
Ссылки править
- ↑ Nuclide Safety Data Sheet Aluminum-26. www.nchps.org. Дата обращения: 25 мая 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ W. A. Mahoney, J. C. Ling, W. A. Wheaton, A. S. Jacobson. HEAO 3 discovery of Al-26 in the interstellar medium (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1984. — Vol. 286. — P. 578. — doi:10.1086/162632. — .
- ↑ Kohman, T. P. Aluminum-26: A nuclide for all seasons (англ.) // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry : journal. — 1997. — Vol. 219, no. 2. — P. 165. — doi:10.1007/BF02038496.
- ↑ Nicholas Moskovitz, Eric Gaidos. Differentiation of planetesimals and the thermal consequences of melt migration (англ.) // Meteoritics & Planetary Science : journal. — 2011. — Vol. 46, no. 6. — P. 903—918. — doi:10.1111/j.1945-5100.2011.01201.x. — . — arXiv:1101.4165.
- ↑ M. Yu. Zolotov. On the Composition and Differentiation of Ceres (англ.) // Icarus. — Elsevier, 2009. — Vol. 204, no. 1. — P. 183—193. — doi:10.1016/j.icarus.2009.06.011. — .
- ↑ Maria T. Zuber et al. Origin, Internal Structure and Evolution of 4 Vesta (англ.) // Space Science Reviews : journal. — 2011. — Vol. 163, no. 1—4. — P. 77—93. — doi:10.1007/s11214-011-9806-8. — .
- ↑ Richard A. Kerr. How Saturn's Icy Moons Get a (Geologic) Life (англ.) // Science. — 2006. — 6 January (vol. 311, no. 5757). — P. 29. — doi:10.1126/science.311.5757.29. — PMID 16400121. Архивировано 7 августа 2008 года.
- ↑ J. M. Hollander, I. Perlman, G. T. Seaborg. Table of Isotopes (англ.) // Reviews of Modern Physics : journal. — 1953. — Vol. 25, no. 2. — P. 469—651. — doi:10.1103/RevModPhys.25.469. — .
- ↑ James R. Simanton, Robert A. Rightmire, Alton L. Long, Truman P. Kohman. Long-Lived Radioactive Aluminum 26 (неопр.) // Physical Reviews. — 1954. — Т. 96, № 6. — С. 1711—1712. — doi:10.1103/PhysRev.96.1711.
- ↑ R. J. Scott, G. J. O’Keefe, M. N. Thompson, R. P. Rassool,. Precise measurement of the half-life of the Fermi beta decay of 26Alm (англ.) // Physical Reviews C : journal. — 2011. — Vol. 84, no. 2. — P. 024611. — doi:10.1103/PhysRevC.84.024611.
- ↑ 1 2 P. Finlay et al. High-Precision Half-Life Measurement for the Superallowed β+ Emitter 26Alm // Phys. Rev. Lett. — 2011. — Vol. 106. — P. 032501. — doi:10.1103/PhysRevLett.106.032501.