窒素の同位体

窒素の同位体（₇ N）
β − α<0.01%	12 ℃
標準原子量 A r °(N)
	[14.006 43 , 14.007 28 ] ; 14.007 ± 0.001 （要約）;
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天然窒素（₇ N）は2つの安定同位体で構成されています。天然窒素の大部分（99.62%）は窒素 14で、残り（0.38%）は窒素 15です。また、原子質量が9から23までの13の放射性同位体と、3つの核異性体も知られています。これらの放射性同位体はすべて短寿命で、最も長寿命なものは半減期が9.965分の¹³ Nです。その他はすべて半減期が10秒未満です。安定同位体よりも軽い同位体は一般に炭素同位体に崩壊し、より重い同位体は酸素同位体にベータ崩壊します。

窒素 13 は陽電子放出物質であり、医療用PET スキャンで使用される主な同位体の 1 つです。

同位体のリスト

核種 ^{[n 1]}	Z	北	同位体質量（Da）^[4]^{[n 2]}^{[n 3]}	半減期^[1] [共鳴幅]	減衰モード^[1] ^{[n 4]}	娘同位体 ^{[n 5]}	スピンとパリティ^[1] ^{[n 6]}^{[n 7]}	天然存在比（モル分率）
核種 ^{[n 1]}	励起エネルギー			半減期^[1] [共鳴幅]	減衰モード^[1] ^{[n 4]}	娘同位体 ^{[n 5]}	スピンとパリティ^[1] ^{[n 6]}^{[n 7]}	通常の割合^[1]	変動の範囲
⁹ N ^[5]	7	2		<1 ^[5]	5p ^{[n 8]}	⁴ 彼
¹⁰ 北	7	3	10.041 65 (43)	143(36)年	p ?	⁹ C ?	1−、2−
¹¹ 北	7	4	11.026 158 (5)	585(7) 年 [780.0(9.3) keV ]	p	¹⁰ C	1/2以上
^{11メートル} 北	740(60) keV			690(80)年	p		1/2−
¹² 北	7	5	12.018 6132 (11)	11.000(16)ミリ秒	β ⁺ (98.07(4)% )	¹² C	1歳以上
¹² 北	7	5	12.018 6132 (11)	11.000(16)ミリ秒	β ⁺ α (1.93(4)% )	⁸ なる^{[n 9]}	1歳以上
¹³ N^{[n 10]}	7	6	13.005 738 61 (29)	9.965(4)分	β ⁺	¹³ C	1/2−
¹⁴ N ^{[n 11]}	7	7	14.003 074 004 251 (241)	安定した			1歳以上	[0.995 78、0.996 63 ] ^[2]
^14分北	2 312 .590(10) keV				それ	¹⁴ 北	0歳以上
¹⁵ 北	7	8	15.000 108 898 266 (625)	安定した			1/2−	[0.003 37 ,0.004 22 ] ^[2]
¹⁶ 北	7	9	16.006 1019 (25)	7.13(2) s	β ⁻（99.998 46 (5)% )	¹⁶ お	2−
¹⁶ 北	7	9	16.006 1019 (25)	7.13(2) s	β ⁻ α (0.001 54 (5)% )	¹² C	2−
^{16メートル} 北	120.42(12) keV			5.25(6) μs	それ（99.999 611 (25)% )	¹⁶ 北	0−
^{16メートル} 北	120.42(12) keV			5.25(6) μs	β ⁻（0.000 389 (25)% )	¹⁶ お	0−
¹⁷北	7	10	17.008 449 (16)	4.173(4)秒	β ⁻ n (95.1(7)% )	¹⁶ お	1/2−
					β ⁻（4.9(7)% )	¹⁷ お
					β ⁻ α (0.0025(4)% )	¹³ C
¹⁸ 北	7	11	18.014 078 (20)	619.2(1.9)ミリ秒	β ⁻（80.8（1.6）％）	¹⁸ お	1−
					β ⁻ α (12.2(6)% )	¹⁴ C
					β ⁻ n (7.0(1.5)% )	¹⁷ お
					β ⁻ 2n ?	¹⁶ おぉ？
¹⁹ 北	7	12	19.017 022 (18)	336(3)ミリ秒	β ⁻（58.2(9)% )	¹⁹ お	1/2−
¹⁹ 北	7	12	19.017 022 (18)	336(3)ミリ秒	β ⁻ n (41.8(9)% )	¹⁸ お	1/2−
²⁰ 北	7	13	20.023 370 (80)	136(3) ミリ秒	β ⁻（57.1（1.4）％）	²⁰ お	（2−）
					β ⁻ n (42.9（1.4）％）	¹⁹ お
					β ⁻ 2n ?	¹⁸ おぉ？
²¹ 北	7	14	21.027 09 (14)	85(5)ミリ秒	β ⁻ n (87(3)% )	²⁰ お	（1/2−）
					β ⁻（13(3)% )	²¹ お
					β ⁻ 2n ?	¹⁹ おぉ？
²² 北	7	15	22.034 10 (22)	23(3) ミリ秒	β ⁻（54.0（4.2）％）	²² お	0−#
					β ⁻ n (34(3)% )	²¹ お
					β ⁻ 2n (12(3)% )	²⁰ お
²³ N ^{[n 12]}	7	16	23.039 42 (45)	13.9（1.4）ミリ秒	β ⁻（>46.6（7.2）％）	²³ お	1/2−#
					β ⁻ n (42(6)% )	²² お
					β ⁻ 2n (8(4)% )	²¹ お
					β ⁻ 3n (<3.4%）	²⁰ お
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^ ^m N – 励起核異性体。
^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
^ # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。
^ 崩壊のモード:
それ：異性体転移
名前: 中性子放出
p: 陽子放出
^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。
^ 陽子放出により崩壊し⁸
Cはすぐに2つの陽子を放出して⁶
Beは2つの陽子を放出して安定な⁴
彼^[5]
^ 直ちに2つのアルファ粒子に崩壊し、正味反応は¹² N → 3 ⁴ He + e⁺となります。
^ 陽電子放出断層撮影で使用される
^ 数少ない安定した奇奇核の一つ
^ 窒素の最も重い粒子結合同位体。核ドリップラインを参照。

窒素13

窒素13と酸素15は、ガンマ線（例えば雷）が窒素14と酸素16から中性子^[6]を叩き出すことで大気中で生成されます。^[7]

¹⁴ N + γ → ¹³ N + n

¹⁶ O + γ → ¹⁵ O + n

¹³ Nは¹³ Cに崩壊し、陽電子を放出します。陽電子はすぐに電子と消滅し、約200 nmのガンマ線を放出します。511 keV。雷の後、このガンマ線は半減期10分で消滅しますが、これらの低エネルギーガンマ線は平均して空気中を約90メートルしか移動しないため、風に運ばれて¹³ Nと¹⁵ Oの「雲」が漂う1分程度しか検出されない可能性があります。^[8]

窒素14

窒素 14 は天然窒素の大部分、約 99.62% を占め、地球の安定した大気の形成に重要な役割を果たしています。

窒素14は、陽子と中性子がともに奇数（それぞれ7個）である非常に数少ない安定核種の一つであり、その元素の大部分を占める唯一の核種です。不対陽子または中性子は、半整数の核スピン（この場合、スピン1/2軌道）を形成し、核スピンの総和は1になります（スピンは一列に並ぶ傾向があるため）。

宇宙における窒素 14 と窒素 15 の元々の供給源は恒星内元素合成であると考えられており、 CNO サイクルの一環として生成されます。

窒素14は、自然発生する放射性炭素14の源です。ある種の宇宙線は、地球の上層大気中の窒素14と核反応を起こし、炭素14を生成します。炭素14は半減期で窒素14に戻ります。5700年。

窒素15

窒素15は窒素の希少な安定同位体であり、約0.38%を占めています。窒素15は、すべての同位体の中で最も低い熱中性子捕獲断面積を示す同位体の一つです。^[9]

窒素15はNMR（窒素15NMR分光法）で頻繁に用いられます。より豊富な窒素14は整数の核スピンを持ち、四重極モーメントを持ちますが、窒素¹⁵は分数核スピンが1/2であるため、NMRにおいて線幅が狭いなどの利点があります。ほとんどの窒素NMR研究では有機分子中の単一の窒素原子を調べるため、同位体標識が可能です。

窒素 15 トレーシングは窒素循環を研究するために使用される手法です。

窒素16

放射性同位体^16Nは、通常運転中の水冷却式原子炉の冷却水中の主な放射能源である。これは、水中の16O^から(n,p)反応によって生成される。この反応では、^16O原子が中性子を捕獲し、陽子を放出する。半減期は7.13秒と短いが、^16Oに戻る崩壊時に高エネルギーガンマ線（主線6.13MeV ^[10]）を発生する。^{[11]このため、加圧水型原子炉の一次冷却配管へのアクセスは、原子}炉の出力運転中は制限されなければならない。^[11]これは、一次冷却系から二次蒸気サイクルへの漏れを高感度かつ即座に検知する指標であり、そのような漏れを検知するための主要な手段である。^[11]

同位体シグネチャー

参照

窒素以外の娘生成物

参考文献

^ abcde Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
^ abc 「標準原子量：窒素」CIAAW . 2009年。
^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術報告書）」. Pure and Applied Chemistry . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
^ abc Cho, Adrian (2023年9月25日). 「窒素の束の間の形態が核理論を限界まで引き延ばす」. science.org . 2023年9月27日閲覧。
^ 陽子が除去されると、安定同位体¹³ C と¹⁵ N が形成される。
^ ティマー、ジョン（2017年11月25日）「落雷により放射性雲が残る」Ars Technica。
^ 榎戸輝明他 (2017年11月23日). 「雷放電によって引き起こされる光核反応」. Nature . 551 (7681): 481– 484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID 29168803. S2CID 4388159.
^ 「評価済み核データファイル（ENDF）の取得とプロット」国立核データセンター。
^ 国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」.ブルックヘブン国立研究所.
^ abc Neeb, Karl Heinz (1997). 軽水炉を備えた原子力発電所の放射化学. ベルリン-ニューヨーク: Walter de Gruyter. p. 227. ISBN 978-3-11-013242-7. 2016年2月5日にオリジナルからアーカイブ。2015年12月20日閲覧。

[4] N – 励起核異性体。

[6] ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。

[TMS-7] # – 原子質量は # でマークされています。値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されています。

[8] 崩壊のモード:
それ：異性体転移
名前: 中性子放出
p: 陽子放出

[9] 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。

[10] ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。

[TNN-11] # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。

[13] 陽子放出により崩壊し⁸
Cはすぐに2つの陽子を放出して⁶
Beは2つの陽子を放出して安定な⁴
彼^[5]

[14] 直ちに2つのアルファ粒子に崩壊し、正味反応は¹² N → 3 ⁴ He + e⁺となります。

[15] 陽電子放出断層撮影で使用される

[16] 数少ない安定した奇奇核の一つ

[17] 窒素の最も重い粒子結合同位体。核ドリップラインを参照。

[NUBASE2020-1] Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.

[CIAAWnitrogen-2] 「標準原子量：窒素」CIAAW . 2009年。

[CIAAW2021-3] Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術報告書）」. Pure and Applied Chemistry . doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.

[AME2020_II-5] Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.

[Cho-2023-12] Cho, Adrian (2023年9月25日). 「窒素の束の間の形態が核理論を限界まで引き延ばす」. science.org . 2023年9月27日閲覧。

[18] 陽子が除去されると、安定同位体¹³ C と¹⁵ N が形成される。

[19] ティマー、ジョン（2017年11月25日）「落雷により放射性雲が残る」Ars Technica。

[20] 榎戸輝明他 (2017年11月23日). 「雷放電によって引き起こされる光核反応」. Nature . 551 (7681): 481– 484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID 29168803. S2CID 4388159.

[21] 「評価済み核データファイル（ENDF）の取得とプロット」国立核データセンター。

[22] 国立核データセンター. 「NuDat 3.0 データベース」.ブルックヘブン国立研究所.

[Neeb-1997-23] Neeb, Karl Heinz (1997). 軽水炉を備えた原子力発電所の放射化学. ベルリン-ニューヨーク: Walter de Gruyter. p. 227. ISBN 978-3-11-013242-7. 2016年2月5日にオリジナルからアーカイブ。2015年12月20日閲覧。

それ：	異性体転移
名前:	中性子放出
p:	陽子放出