kozmojenik nüklid - Cosmogenic nuclide

Kozmojenik nüklidler (veya kozmojenik izotopları ) nadirdir nüklidler ( izotoplar yüksek enerjili zaman) oluşturuldu kozmik ışın ile etkileşime çekirdeğinin bir bölgesinin in situ Güneş sistemi atomu nükleonları (proton ve nötronları) neden atomundan ihraç edilmesi (bakınız kozmik ışın spallasyon ). Bu nüklidler, kayalar veya toprak gibi Dünya malzemelerinde , Dünya atmosferinde ve meteoroidler gibi dünya dışı öğelerde üretilir . Bilim adamları , kozmojenik çekirdekleri ölçerek, bir dizi jeolojik ve astronomik süreç hakkında fikir edinebilirler . Her iki vardır radyoaktif ve istikrarlı kozmojenik nüklit. Bu radyonüklidlerden bazıları trityum , karbon-14 ve fosfor-32'dir .

Bazı hafif (düşük atom numaralı) ilkel nüklidlerin ( lityum , berilyum ve bor izotopları ) yalnızca Büyük Patlama sırasında değil , aynı zamanda (ve belki de öncelikli olarak) Büyük Patlama'dan sonra, ancak Büyük Patlama'dan önce yaratıldığı düşünülmektedir . Yıldızlararası gaz ve toz üzerinde kozmik ışın parçalanması süreci ile Güneş Sisteminin yoğunlaşması . Bu, Dünya'daki bolluklarına kıyasla kozmik ışınlardaki daha yüksek bolluklarını açıklar. Bu, aynı zamanda, erken fazlalığı açıklar geçiş metalleri hemen önce demir periyodik tablodaki - demir kozmik ışını ufalanma üreten skandiyum yoluyla krom , bir yandan ve ilgili helyum diğer bor içinden. Bununla birlikte, kozmojenik nüklidlerin "Güneş Sistemi'nde in situ" (yani Güneş Sisteminin zaten bir araya getirilmiş bir parçasının içinde) oluşmalarının keyfi tanımlaması, Güneş Sistemi'nin oluşumundan önce kozmik ışın parçalanmasıyla oluşan ilkel nüklidlerin ortaya çıkmasını engeller. "kozmojenik nüklidler" olarak adlandırılır - oluşumlarının mekanizması tamamen aynı olmasına rağmen. Bu aynı nüklidler hala Dünya'ya küçük miktarlarda kozmik ışınlar halinde gelirler ve meteoroidlerde, atmosferde, Dünya'da "kozmojenik olarak" oluşurlar. Bununla birlikte, berilyum (tümü kararlı berilyum-9), Güneş Sistemi'nde ilkel olarak çok daha büyük miktarlarda bulunur, Güneş Sisteminin yoğunlaşmasından önce var olmuştur ve bu nedenle Güneş Sisteminin oluştuğu malzemelerde bulunur.

Ayrımı başka bir şekilde yapmak için , oluşumlarının zamanlaması , kozmik ışın parçalanmasıyla üretilen nüklidlerin hangi alt kümesinin ilkel veya kozmojenik olarak adlandırılacağını belirler (bir nüklid her iki sınıfa da ait olamaz). Geleneksel olarak, belirli kararlı lityum, berilyum ve bor nüklidlerinin , Big Bang ile Güneş Sistemi'nin oluşumu arasındaki zaman periyodunda kozmik ışın parçalanmasıyla üretildiği düşünülür (böylece tanım gereği bu ilkel nüklidler yapılır ) olarak adlandırılmaz. "kozmojenik", kozmojenik nüklidlerle aynı süreçle oluşturulmuş olsalar bile (daha erken bir zamanda olsalar da). Tek kararlı berilyum izotopu olan ilkel nüklid berilyum-9, bu tip nüklidin bir örneğidir.

Buna karşılık, berilyum-7 ve berilyum-10 radyoaktif izotopları , çoğunlukla kozmik ışın parçalanma nükleosentezi ile oluşturulan bu üç hafif element (lityum, berilyum, boron) serisine girse de, bu nüklidlerin her ikisinin de yarı ömrü çok kısadır (53 gün). ve yaklaşık 1.4 milyon yıl, yani) Güneş Sistemi'nin oluşumundan önce oluşmuş olmaları ve bu nedenle ilkel nüklidler olamazlar. Kozmik ışın parçalanma yolu, berilyum-7 ve berilyum-10'un çevrede doğal olarak meydana gelmesinin tek olası kaynağı olduğundan, bu nedenle kozmojeniktirler.

kozmojenik nüklidler

İşte kozmik ışınların etkisiyle oluşan radyoizotopların bir listesi ; liste ayrıca izotopun üretim modunu da içerir. Çoğu kozmojenik nüklid atmosferde oluşur, ancak bazıları kozmik ışınlara, özellikle aşağıdaki tabloda kalsiyum-41'e maruz kalan toprakta ve kayada yerinde oluşur.

Kozmik ışınların etkisiyle oluşan izotoplar
İzotop oluşum modu yarı ömür
3 H (trityum) 14 N(n,T) 12 C 12,3 yıl
7 ol Spallasyon (N ve O) 53.2 gün
10 ol Spallasyon (N ve O) 1.387.000 yıl
12 B Spallasyon (N ve O)
11 C Spallasyon (N ve O) 20,3 dk
14 C 14 N(n,p) 14 C ve 208 Pb(α, 14 C) 198 Pt 5.730 yıl
18 F 18 O(p,n) 18 F ve Spallasyon (Ar) 110 dakika
22 Na Spalasyon (Ar) 2,6 yıl
24 Na Spalasyon (Ar) 15 saat
27 mg Spalasyon (Ar)
28 mg Spalasyon (Ar) 20,9 saat
26 Al Spalasyon (Ar) 717.000 yıl
31 Si Spalasyon (Ar) 157 dk
32 Si Spalasyon (Ar) 153 yıl
32 P Spalasyon (Ar) 14,3 gün
34m Cl Spalasyon (Ar) 34 dakika
35 S Spalasyon (Ar) 87,5 gün
36 Cl 35 Cl (n,γ) 36 Cl ve parçalanma (Ar) 301.000 yıl
37 Ar 37 Cl (p,n) 37 Ar 35 gün
38 Cl Spalasyon (Ar) 37 dakika
39 Ar 40 Ar (n,2n) 39 Ar 269 ​​yıl
39 Cl 40 Ar (n,np) 39 Cl 56 dakika
41 Ar 40 Ar (n,γ) 41 Ar 110 dakika
41 Ca 40 Ca (n,γ) 41 Ca 102.000 yıl
45 Ca Spallasyon (Fe)
47 Ca Spallasyon (Fe)
44 x Spallasyon (Fe)
46 Sk Spallasyon (Fe)
47 x Spallasyon (Fe)
48 x Spallasyon (Fe)
44 Ti Spallasyon (Fe)
45 Ti Spallasyon (Fe)
81 Kr 80 Kr (n,γ) 81 Kr 229.000 yıl
95 Tc 95 Ay (p,n) 95 Tc
96 Tc 96 Ay (p,n) 96 Tc
97 Tc 97 Ay (p,n) 97 Tc
97m Tc 97 Ay (p,n) 97m Tc
98 Tc 98 Ay (p,n) 98 Tc
99 Tc Spallasyon (Xe)
107 Kişi Spallasyon (Xe)
129 ben Spallasyon (Xe) 15.700.000 yıl
182 Yb Spalasyon (Pb)
182 Lu Spalasyon (Pb)
183 Lu Spalasyon (Pb)
182 Hf Spalasyon (Pb)
183 Hf Spalasyon (Pb)
184 Hf Spalasyon (Pb)
185 Hf Spalasyon (Pb)
186 Hf Spalasyon (Pb)
185 W Spalasyon (Pb)
187 W Spalasyon (Pb)
188 W Spalasyon (Pb)
189 W Spalasyon (Pb)
190 W Spalasyon (Pb)
188 Yeniden Spalasyon (Pb)
189 Yeniden Spalasyon (Pb)
190 Yeniden Spalasyon (Pb)
191 Yeniden Spalasyon (Pb)
192 Yeniden Spalasyon (Pb)
191 İşletim Sistemi Spalasyon (Pb)
193 İşletim Sistemi Spalasyon (Pb)
194 İşletim Sistemi Spalasyon (Pb)
195 İşletim Sistemi Spalasyon (Pb)
196 İşletim Sistemi Spalasyon (Pb)
192 Ir Spalasyon (Pb)
194 Ir Spalasyon (Pb)
195 ir Spalasyon (Pb)
196 Ir Spalasyon (Pb)

İzotop tarafından listelenen jeolojideki uygulamalar

Yaygın olarak ölçülen uzun ömürlü kozmojenik izotoplar
eleman kitle yarı ömür (yıl) sıradan uygulama
berilyum 10 1.387.000 kayaların, toprakların, buz çekirdeklerinin maruz kalma tarihlemesi
alüminyum 26 720.000 kayaların, tortuların maruz kalma tarihlemesi
klor 36 308.000 kayaların maruz kalma tarihlemesi, yeraltı suyu izleyicisi
kalsiyum 41 103.000 karbonat kayalarının maruz kalma tarihlemesi
iyot 129 15.700.000 yeraltı suyu izleyicisi
karbon 14 5730 radyokarbon tarihleme
kükürt 35 0.24 suda kalma süreleri
sodyum 22 2.6 suda kalma süreleri
trityum 3 12.32 suda kalma süreleri
argon 39 269 yeraltı suyu izleyicisi
kripton 81 229.000 yeraltı suyu izleyicisi

Jeokronolojide Kullanım

Yukarıdaki tabloda görüldüğü gibi, toprakta, kayalarda, yeraltı sularında ve atmosferde ölçülebilen çok çeşitli faydalı kozmojenik nüklidler vardır. Bu nüklidlerin tümü, oluşum anında konak materyalde bulunmama ortak özelliğini paylaşır. Bu nüklidler kimyasal olarak farklıdır ve iki kategoriye ayrılır. İlgilenilen nüklidler ya soy gazlar olup, asal davranışları nedeniyle doğal olarak kristalize bir mineral içinde hapsolmazlar ya da nükleosentezden beri bozunduğu yerde yeterince kısa bir yarı ömre sahipken, ölçülebilir konsantrasyonlar oluşturduğu yerde yeterince uzun bir yarı ömre sahiptir. . İlki, 81 Kr ve 39 Ar bolluğunun ölçülmesini içerirken, ikincisi 10 Be, 14 C ve 26 Al bolluğunun ölçülmesini içerir .

Bir kozmik ışın maddeye çarptığında 3 tip kozmik ışın reaksiyonu meydana gelebilir ve bu da ölçülen kozmik nüklidleri üretir.

  • Dünya'nın yakın yüzeyinde (tipik olarak 0 ila 60 cm aşağıda) en yaygın reaksiyon olan kozmik ışın parçalanması ve çarpışma kaskadı adı verilen başka bir çekirdekle etkileşim üzerine ek reaksiyona neden olabilen ikincil parçacıklar oluşturabilir .
  • Müonlar doğal olarak daha az reaktif olduğundan ve bazı durumlarda yüksek enerjili müonlar daha büyük derinliklere ulaşabildiğinden, müon yakalaması, yer altının birkaç metre altındaki derinliklerde gerçekleşir.
  • nötronun düşük enerjisi nedeniyle bir çekirdeğe yakalanan, en yaygın olarak su ile ancak yüksek oranda kar, toprak nemi ve eser element konsantrasyonlarına bağlı olan nötron yakalama .

Kozmik Işın Akıları için Düzeltmeler

Dünya ekvatorda, dağlarda ve derin okyanus hendeklerinde şişkinlik gösterdiğinden, düzgün bir şekilde pürüzsüz bir küreye göre birkaç kilometrelik sapmalara izin verdiğinden, kozmik ışınlar enlem ve yüksekliğe bağlı olarak Dünya yüzeyini düzensiz bir şekilde bombalar. Bu nedenle, kozmik ışın akışının doğru bir şekilde belirlenebilmesi için birçok coğrafi ve jeolojik hususun anlaşılması gerekir. Örneğin, irtifa ile değişen atmosferik basınç , minerallerdeki nüklidlerin üretim oranını deniz seviyesi ile 5 km yüksekliğindeki bir dağın zirvesi arasında 30 kat değiştirebilir. Yerin eğimindeki değişiklikler bile, yüksek enerjili müonların yeraltına ne kadar nüfuz edebileceğini etkileyebilir. Zaman içinde değişen jeomanyetik alan kuvveti, kozmojenik nüklidlerin üretim hızını etkiler, ancak bazı modeller, alan kuvveti varyasyonlarının jeolojik zaman boyunca ortalamasının alındığını ve her zaman dikkate alınmadığını varsayar.

Referanslar