Ru.Wikipedia.Org - Изотопы франция

Меню
Главная
Случайная статья
Настройки

Изотопы франция
Материал из https://ru.wikipedia.org

Изотопы франция — разновидности атомов (и ядер) химического элемента франция, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Франций не имеет стабильных изотопов. На 2025 год известно 37 изотопов франция с массовыми числами 197—233 и несколько метастабильных ядерных изомеров^[1]. Франций-223 — самый долгоживущий из изотопов франция, имеющий период полураспада 22 минуты, входит в одну из побочных ветвей природного радиоактивного ряда урана-235 благодаря чему в крайне малых количествах содержится во всех урановых минералах.

Содержание

История получения

В 1948 году изотопы ²¹²Fr, ²¹⁸Fr, ²¹⁹Fr и ²²⁰Fr зафиксировали при распаде продуктов обстрела тория дейтронами на синхротроне в Беркли.

В Дубне металлический уран облучали протонами, при этом получался франций-212. За 15 минут облучения в 1 г урана получали до 5·10¹³ г франция.

В 1967 году в продуктах распада актиния, который нарабатывали бомбардировкой висмута ядрами углерода на ускорителе в Дубне нашли франций-214. С конца 60-х годов на Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли облучали свинец и таллий ядрами азота и неона. Удалось получить изотопы франций-215 и 216. Там же, обстреливая золото, свинец, таллий ядрами кислорода, бора и углерода получили франций-213 и легкие изотопы 204—211. Стреляя протонами по мишени из расплавленного олова, в 1969 году на синхротроне в ЦЕРНе получили тяжёлые изотопы — ²²⁴Fr, ²²⁵Fr и ²²⁶Fr, в 1975 году там же обнаружили франций-229, бомбардируя протонами уран-лантановую мишень. Самый тяжёлый изотоп франций-233 открыли в 2010 году на синхротроне в Дармштадте другим способом — обстреливали легкую мишень из бериллия ионами урана.

Франций-197 и 198

Открыты в 2013 году. Возможные реакции получения^[2]^[3]:

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{197}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{198}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Франций-199 и 200

Франций-199 впервые получен в 1999 году на циклотроне RIKEN в Японии^[4]^[5]. Тулиевую мишень обстреливали ядрами лёгкого изотопа аргона-36 (215 МэВ):

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{36}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{199}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

В 1995 году там же получили франций-200. Использовали поток ядер аргона-36 с энергией 186 МэВ^[5]:

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{36}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{200}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Эти 2 изотопа также можно получить бомбардировкой празеодима никелем-60^[2]^[3].

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{199}{\textrm {Fr}}+{2}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{59}^{141}{\textrm {Pr}}+{}_{28}^{60}{\textrm {Ni}}\rightarrow {}_{87}^{200}{\textrm {Fr}}+_{0}^{1}{\textrm {n}}

Франций-201 и 202

В 1980 году в продуктах облучения урана 600 МэВ-протонами в синхроциклотроне ЦЕРН нашли изотопы франций-201 и франций-202^[5].

Франций-203

В 1967 году было анонсировано открытие франция-203. На Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли облучали золото-197 и таллий-205 кислородом-16 (166 МэВ) и углеродом-12 (126 МэВ) соответственно^[5]. Его можно получить таким же способом как и франций-199 и 200, только используется тяжёлый изотоп аргона^[6]:

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{203}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Франций-204—211

Об обнаружении изотопов франция с массовыми числами 204—211 сообщили в 1964 году. Золото-197, таллий-203, 205, и тяжёлый свинец-208 облучали кислородом-16, углеродом-12 и бором-11 (энергия частиц до 10,38 МэВ) на Линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли^[5].

Для получения этих изотопов золото облучали лёгким кислородом^[5]^[7]:

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{204}{\textrm {Fr}}+{9}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{205}{\textrm {Fr}}+{8}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{206}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{207}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Известна реакция получения франция-205 из тулия-169 и аргона-40^[8]:

{}_{69}^{169}{\textrm {Tm}}+{}_{18}^{40}{\textrm {Ar}}\rightarrow {}_{87}^{205}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Также известна реакция получения франция-207 из тантала-181 и тяжёлого изотопа кремния^[9]:

{}_{73}^{181}{\textrm {Ta}}+{}_{14}^{30}{\textrm {Si}}\rightarrow {}_{87}^{207}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Для получения этого относительно долгоживущего изотопа (период полураспада около 1 мин) используют золото и тяжёлый кислород^[10]:

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{208}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Известен ещё один способ получения франция-208: легкую мишень из бериллия облучают ядрами урана-238^[11].

Известны следующие реакции получения этого нуклида^[12]^[13]:

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}

Интересна реакция с участием иттербия для получения франция-209^[12]:

{}_{70}^{176}{\textrm {Yb}}+{}_{17}^{37}{\textrm {Cl}}\rightarrow {}_{87}^{209}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Эту же реакцию можно использовать для получения франция-210 (см. ниже)^[14]:

{}_{70}^{176}{\textrm {Yb}}+{}_{17}^{37}{\textrm {Cl}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Эти изотопы живут относительно долго, их период полураспада порядка 3 минут. Для получения франция-210 и 211 пригодны пары Au—O и Tl—C^[14]^[5]^[15]^[13]:

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{16}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{3}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{81}^{205}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{12}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{210}{\textrm {Fr}}+{7}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{79}^{197}{\textrm {Au}}+{}_{8}^{18}{\textrm {O}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{4}_{0}^{1}{\textrm {n}}

{}_{81}^{203}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{13}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{5}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

{}_{81}^{205}{\textrm {Tl}}+{}_{6}^{12}{\textrm {C}}\rightarrow {}_{87}^{211}{\textrm {Fr}}+{6}_{0}^{1}{\textrm {n}}+\mathrm {\gamma }

Таблица изотопов франция

Символ нуклида	Историческое название	Z(p)	N(n)	Масса изотопа^[16] (а. е. м.)	Период полураспада^[17] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[17]	Распространённость изотопа в природе
Символ нуклида	Историческое название	Энергия возбуждения			Период полураспада^[17] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[17]	Распространённость изотопа в природе
¹⁹⁷Fr^[1]		87	110	197,01101(6)	2,3(1,9) мс		¹⁹³At	(7/2)
¹⁹⁸Fr^[1]		87	111	198,01028(3)	15(3) мс		¹⁹⁴At	3+#
¹⁹⁹Fr		87	112	199,00726(4)	16(7) мс			1/2+#
²⁰⁰Fr		87	113	200,00657(8)	24(10) мс		¹⁹⁶At	3+#
^200mFr		60(110) кэВ			650(210) мс		¹⁹⁶At	10#
^200mFr		60(110) кэВ			650(210) мс	ИП (редко)	²⁰⁰Fr	10#
²⁰¹Fr		87	114	201,00386(8)	67(3) мс	(99 %)	¹⁹⁷At	(9/2)
²⁰¹Fr		87	114	201,00386(8)	67(3) мс	⁺ (1 %)	²⁰¹Rn	(9/2)
²⁰²Fr		87	115	202,00337(5)	290(30) мс	(97 %)	¹⁹⁸At	(3+)
²⁰²Fr		87	115	202,00337(5)	290(30) мс	⁺ (3 %)	²⁰²Rn	(3+)
^202mFr		330(90)# кэВ			340(40) мс	(97 %)	¹⁹⁸At	(10)
^202mFr		330(90)# кэВ			340(40) мс	⁺ (3 %)	²⁰²Rn	(10)
²⁰³Fr		87	116	203,000925(17)	0,55(2) с	(95 %)	¹⁹⁹At	(9/2)#
²⁰³Fr		87	116	203,000925(17)	0,55(2) с	⁺ (5 %)	²⁰³Rn	(9/2)#
²⁰⁴Fr		87	117	204,000653(26)	1,7(3) с	(96 %)	²⁰⁰At	(3+)
²⁰⁴Fr		87	117	204,000653(26)	1,7(3) с	⁺ (4 %)	²⁰⁴Rn	(3+)
^204m1Fr		50(4) кэВ			2,6(3) с	(90 %)	²⁰⁰At	(7+)
^204m1Fr		50(4) кэВ			2,6(3) с	⁺ (10 %)	²⁰⁴Rn	(7+)
^204m2Fr		326(4) кэВ			1,7(6) с			(10)
²⁰⁵Fr		87	118	204,998594(8)	3,80(3) с	(99 %)	²⁰¹At	(9/2)
²⁰⁵Fr		87	118	204,998594(8)	3,80(3) с	⁺ (1 %)	²⁰⁵Rn	(9/2)
²⁰⁶Fr		87	119	205,99867(3)	~16 с	⁺ (58 %)	²⁰⁶Rn	(2+, 3+)
²⁰⁶Fr		87	119	205,99867(3)	~16 с	(42 %)	²⁰²At	(2+, 3+)
^206m1Fr		190(40) кэВ			15,9(1) с			(7+)
^206m2Fr		730(40) кэВ			700(100) мс			(10)
²⁰⁷Fr		87	120	206,99695(5)	14,8(1) с	(95 %)	²⁰³At	9/2
²⁰⁷Fr		87	120	206,99695(5)	14,8(1) с	⁺ (5 %)	²⁰⁷Rn	9/2
²⁰⁸Fr		87	121	207,99714(5)	59,1(3) с	(90 %)	²⁰⁴At	7+
²⁰⁸Fr		87	121	207,99714(5)	59,1(3) с	⁺ (10 %)	²⁰⁸Rn	7+
²⁰⁹Fr		87	122	208,995954(16)	50,0(3) с	(89 %)	²⁰⁵At	9/2
²⁰⁹Fr		87	122	208,995954(16)	50,0(3) с	⁺ (11 %)	²⁰⁹Rn	9/2
²¹⁰Fr		87	123	209,996408(24)	3,18(6) мин	(60 %)	²⁰⁶At	6+
²¹⁰Fr		87	123	209,996408(24)	3,18(6) мин	⁺ (40 %)	²¹⁰Rn	6+
²¹¹Fr		87	124	210,995537(23)	3,10(2) мин	(80 %)	²⁰⁷At	9/2
²¹¹Fr		87	124	210,995537(23)	3,10(2) мин	⁺ (20 %)	²¹¹Rn	9/2
²¹²Fr		87	125	211,996202(28)	20,0(6) мин	⁺ (57 %)	²¹²Rn	5+
²¹²Fr		87	125	211,996202(28)	20,0(6) мин	(43 %)	²⁰⁸At	5+
²¹³Fr		87	126	212,996189(8)	34,6(3) с	(99,45 %)	²⁰⁹At	9/2
²¹³Fr		87	126	212,996189(8)	34,6(3) с	⁺ (0,55 %)	²¹³Rn	9/2
²¹⁴Fr		87	127	213,998971(9)	5,0(2) мс		²¹⁰At	(1)
^214m1Fr		123(6) кэВ			3,35(5) мс		²¹⁰At	(8)
^214m2Fr		638(6) кэВ			103(4) нс			(11+)
^214m3Fr		6477+Y кэВ			108(7) нс			(33+)
²¹⁵Fr		87	128	215,000341(8)	86(5) нс		²¹¹At	9/2
²¹⁶Fr		87	129	216,003198(15)	0,70(2) мкс		²¹²At	(1)
²¹⁶Fr		87	129	216,003198(15)	0,70(2) мкс	⁺ (210⁷%)	²¹⁶Rn	(1)
²¹⁷Fr		87	130	217,004632(7)	16,8(19) мкс		²¹³At	9/2
²¹⁸Fr		87	131	218,007578(5)	1,0(6) мс		²¹⁴At	1
^218m1Fr		86(4) кэВ			22,0(5) мс		²¹⁴At
^218m1Fr		86(4) кэВ			22,0(5) мс	ИП (редко)	²¹⁸Fr
^218m2Fr		200(150)# кэВ						высокий
²¹⁹Fr		87	132	219,009252(8)	20(2) мс		²¹⁵At	9/2
²²⁰Fr		87	133	220,012327(4)	27,4(3) с	(99,65 %)	²¹⁶At	1+
²²⁰Fr		87	133	220,012327(4)	27,4(3) с	(0,35 %)	²²⁰Ra	1+
²²¹Fr		87	134	221,014255(5)	4,9(2) мин	(99,9 %)	²¹⁷At	5/2
						(0,1 %)	²²¹Ra
						КР (8,7910¹¹%)	²⁰⁷Tl ¹⁴C
²²²Fr		87	135	222,017552(23)	14,2(3) мин		²²²Ra	2
²²³Fr	Актиний K	87	136	223,0197359(26)	22,00(7) мин	(99,99 %)	²²³Ra	3/2()	следовые количества^{[прим. 1]}
²²³Fr	Актиний K	87	136	223,0197359(26)	22,00(7) мин	(0,006 %)	²¹⁹At	3/2()	следовые количества^{[прим. 1]}
²²⁴Fr		87	137	224,02325(5)	3,33(10) мин		²²⁴Ra	1
²²⁵Fr		87	138	225,02557(3)	4,0(2) мин		²²⁵Ra	3/2
²²⁶Fr		87	139	226,02939(11)	49(1) с		²²⁶Ra	1
²²⁷Fr		87	140	227,03184(11)	2,47(3) мин		²²⁷Ra	1/2+
²²⁸Fr		87	141	228,03573(22)#	38(1) с		²²⁸Ra	2
²²⁹Fr		87	142	229,03845(4)	50,2(4) с		²²⁹Ra	(1/2+)#
²³⁰Fr		87	143	230,04251(48)#	19,1(5) с		²³⁰Ra
²³¹Fr		87	144	231,04544(50)#	17,6(6) с		²³¹Ra	(1/2+)#
²³²Fr		87	145	232,04977(69)#	5(1) с		²³²Ra
²³³Fr^[1]		87	146	233,052518(21)	900(100) мс		²³³Ra	1/2+ #

Промежуточный продукт распада урана-235

Пояснения к таблице

Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и

Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; 2200,2(18) означает 2200,2 ± 1,8.

Примечания

¹ ² ³ ⁴ Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
¹ ² Z. Kalaninov, A.N. Andreyev, S. Antalic, B. Andel, . ro, J.F.W. Lane, V. Liberati, K. Sandhu, F.P. Heberger, D. Ackermann, S. Hofmann, B. Kindler, B. Lommel, M.C. Drummond, R.D. Page, A. Thornthwaite, M. Huyse, E. Rapisarda, P. Van Duppen. decay of the very neutron-deficient isotopes ^197–199Fr (неопр.). Physical Review C (2013). Дата обращения: 15 июня 2023. Архивировано 14 июня 2023 года.
¹ ² Dr. Mrutunjaya Bhuyan, S. Mahapatro, Shailesh Kumar Singh, Suresh Kumar Patra. The structural and decay properties of Francium isotopes (неопр.). International Journal of Modern Physics (2015). Дата обращения: 15 июня 2023. Архивировано 11 июня 2023 года.
А. Мотыляев. Франций: факты и фактики (неопр.). Химия и жизнь (2018). Дата обращения: 30 апреля 2023. Архивировано 30 апреля 2023 года.
¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ C. Fry, M. Thoennessen. Discovery of the astatine, radon, francium, and radium isotopes (неопр.). National Superconducting Cyclotron Laboratory and Department of Physics and Astronomy, Michigan State University (26 мая 2012). Дата обращения: 15 июня 2023. Архивировано 13 июня 2023 года.
F.G. Kondev. Adopted levels, gammas for 203-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2021 (4 июля 2021).
Alpha-Decay Properties of Some Francium Isotopes Near the 126-Neutron Closed Shell. Roger D. Griffioen and Ronald D. Macfarlane. Phys. Rev. 133, B1373 – Published 23 March 1964.
F.G. Kondev. Adopted levels, gammas for 205-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2020 (20 апреля 2020).
F.G. Kondev, S. Lalkovski. Adopted levels, gammas for 207-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2011 (1 августа 2010).
G. Stancari, S. Veronesi, L. Corradi, S.N. Atutov, R. Calabrese, A. Dainelli, E. Mariotti, L. Moi, S. Sanguinetti, L. Tomassetti. Production of radioactive beams of francium (неопр.). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment (15 февраля 2006). Дата обращения: 7 июня 2023. Архивировано 11 июня 2023 года.
M. J. Martin. Adopted levels, gammas for 208-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2007 (1 июня 2007).
¹ ² J. Chen and F.G. Kondev. Adopted levels, gammas for 209-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2015 (30 сентября 2013).
¹ ² Production of Francium (неопр.). State University of New York at Stony Brook (20 февраля 2007). Дата обращения: 15 июня 2023. Архивировано 15 мая 2008 года.
¹ ² M. Shamsuzzoha Basunia. Adopted levels, gammas for 210-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2014 (31 марта 2014).
A. Sonzogni, G. Mukherjee, H. Huang, A. Tarazaga, J. Wang. Adopted levels, gammas for 211-Fr (неопр.). Nucl. Data Sheets 2013 (28 февраля 2013).
Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
¹ ² Данные приведены по 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. — .