ジルコニウムの同位体

ジルコニウム の同位体（40 Zr）
主な同位体[1]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
88 Zrシンセ83.4日ε88歳
89 Zrシンセ78.36時間β +89歳
90 Zr51.5%安定した
91 Zr11.2%安定した
92 Zr17.1%安定した
93 Zrトレース1.61 × 10 6 年β −93いいえ
94 Zr17.4%安定した
95 Zrシンセ64.032日β −95 NB
96 Zr2.80%2.34 × 10 19 年β − β −96か月
標準原子量 A r °(Zr)
  • 91.222 ± 0.003 [2]
  • 91.222 ± 0.003  （要約）[3]

天然に存在するジルコニウム（40 Zr ）は、4 つの安定同位体（その 1 つである94 Zr は将来放射性同位体として発見される可能性がある）と、二重ベータ崩壊により崩壊する原始核種である1 つの非常に長寿命の放射性同位体（96 Zr ）から構成され、観測された半減期は 2.34 × 10 19年です[4] 。また、単一ベータ崩壊を起こす可能性もあり、これはまだ観測されていませんが、理論的に予測される t 1/2の値は 2.4 × 10 20年です[5] 。2 番目に安定した放射性同位体は93 Zrで、半減期は 161 万年です。77 Zrから114 Zr まで、30 種類の他の放射性同位体が観測されています。95 Zr（64.032日）、88 Zr（83.4日）、89 Zr（78.36時間）を除き、いずれも半減期は1日未満です。最も安定なのは、89m Zrの半減期がわずか4.16分です。

理論的に安定な質量数 90～92 を超える放射性同位体は電子放出により崩壊してニオブ同位体を生成しますが、それ以下の放射性同位体は陽電子放出または電子捕獲により崩壊してイットリウム同位体を生成します。

同位体のリスト

核種
[n 1]		Z北同位体質量 （Da）[6] [n 2] [n 3]
半減期[1]
[n 4] [n 5]		減衰
モード[1]
娘
同位体
[n 6]		スピンと
パリティ[1]
[n 7] [n 5]		天然存在比 （モル分率）
励起エネルギー通常の割合[1]変動の範囲
77 Zr403776.96608(43)#100# μs3/2−#
78 Zr403877.95615(43)#50# ミリ秒
[>200 ナノ秒]		0歳以上
79 Zr403978.94979(32)#56(30)ミリ秒β +79歳5/2+#
80 Zr404079.94121(32)#4.6(6)秒β +80歳0歳以上
81 Zr404180.938245(99)5.5(4)秒β + (99.88%)81歳（3/2−）
β +、p（0.12％）80シニア
82 Zr404281.9317075(17)32(5) sβ +82歳0歳以上
83 Zr404382.9292409(69)42(2) sβ +83歳1/2−#
β +、p (?%)82シニア
83m1ジル52.72(5) keV0.53(12) μsそれ83 Zr（5/2−）
83m2ジル77.04(7) keV1.8(1) μsそれ83 Zr（7/2+）
84 Zr404483.9233257(59)25.8(5)分β +84歳0歳以上
85 Zr404584.9214432(69)7.86(4)分β +85歳（7/2+）
85m Zr292.2(3) keV10.9(3) 秒それ （？％）85 Zr1/2−#
β + (?%)85歳
86 Zr404685.9162968(38)16.5(1) 時間β +86歳0歳以上
87 Zr404786.9148173(45)1.68(1) 時間β +87歳9/2+
8700万Zr335.84(19) keV14.0(2)秒それ87 Zr1/2−
88 Zr [n 8]404887.9102207(58)83.4(3) dEC88歳0歳以上
88m Zr2887.79(6) keV1.320(25) μsそれ88 Zr8歳以上
89 Zr404988.9088798(30)78.360(23) 時間β +89歳9/2+
89m Zr587.82(10) keV4.161(10) 分IT（93.77％）89 Zr1/2−
β + (6.23%)89歳
90 Zr [n 9]405089.90469876(13)安定した0歳以上0.5145(4)
90m1ジル2319.000(9) keV809.2(20)ミリ秒それ90 Zr5-
90m2ズィル3589.418(15) keV131(4) nsそれ90 Zr8歳以上
91 Zr [n 9]405190.90564021(10)安定した5/2+0.1122(5)
91m Zr3167.3(4) keV4.35(14)μsそれ91 Zr（21/2+）
92 Zr [n 9]405291.90503534(10)安定した0歳以上0.1715(3)
93 Zr [n 10]405392.90647066(49)1.61(5)×10 6 年β −（73％）[7]93m1番号5/2+
β −（27％）[7]93いいえ
94 Zr [n 9]405493.90631252(18)観測的に安定している[n 11]0歳以上0.1738(4)
95 Zr [n 9]405594.90804028(93)64.032(6) dβ −95 NB5/2+
96 Zr [n 9] [n 12]405695.90827762(12)2.34(17)×10 19 年β − β − [n 13]96か月0歳以上0.0280(2)
97 Zr405796.91096380(13)16.749(8) 時間β −97m Nb1/2以上
9700万Zr1264.35(16) keV104.8(17) nsそれ97 Zr7/2+
98 Zr405897.9127404(91)30.7(4)秒β −98不明0歳以上
98m Zr6601.9(11) keV1.9(2) μsそれ98 Zr（17歳〜）
99 Zr405998.916675(11)2.1(1) 秒β −99m番号1/2以上
9900万Zr251.96(9) keV336(5) nsそれ99 Zr7/2+
100ズル406099.9180105(87)7.1(4) sβ −100 NB0歳以上
101 Zr4061100.9214585(89)2.29(8)秒β −101番号3/2以上
102 Zr4062101.9231542(94)2.01(8)秒β −102番号0歳以上
103 Zr4063102.9272041(99)1.38(7)秒β −（>99%）103番号（5/2−）
β −、n (<1%)102番号
104 Zr4064103.929449(10)920(28)ミリ秒β −（>99%）104ノート0歳以上
β −、n (<1%)103番号
105 Zr4065104.934022(13)670(28)ミリ秒β −（> 98%）105ノート1/2+#
β −、n (<2%)104ノート
106 Zr4066105.93693(22)#179(6) ミリ秒β −（> 98%）106ノート0歳以上
β −、n (<2%)105ノート
107 Zr4067106.94201(32)#145.7(24)ミリ秒β −（> 77%）107ノート5/2+#
β −、n (<23%)106ノート
108 Zr4068107.94530(43)#78.5(20)ミリ秒β −108ノート0歳以上
108m Zr2074.5(8) keV540(30) nsそれ108 Zr（6歳以上）
109 Zr4069108.95091(54)#56(3) ミリ秒β −109ノート5/2+#
110 Zr4070109.95468(54)#37.5(20)ミリ秒β −110 NB0歳以上
111 Zr4071110.96084(64)#24.0(5)ミリ秒β −111ノート5/2+#
112 Zr4072111.96520(75)#43(21)ミリ秒β −112ノート0歳以上
113 Zr4073112.97172(32)#15# ミリ秒
[>550 ナノ秒]		3/2以上
114 Zr [9]40740歳以上
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ m Zr – 励起核異性体。
  2. ^ ( ) – 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。
  3. ^ # – 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。
  4. ^ 大胆な半減期 – ほぼ安定しており、半減期は宇宙の年齢よりも長い。
  5. ^ ab # – # 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の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
  6. ^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
  7. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数を持つスピンを示します。
  8. ^ 2番目に強力な中性子吸収体
  9. ^ abcdef 核分裂生成物
  10. ^ 長寿命核分裂生成物
  11. ^ β − β −崩壊により94 Moに崩壊し、半減期は 1.1×10 17年を超えると考えられている。
  12. ^ 原始 放射性核種
  13. ^ β崩壊して96 Nbになる可能性もあり、その部分半減期は2.4 × 10 19 年を超えると理論づけられている[8]

ジルコニウム88

88 Zrはジルコニウムの放射性同位体で、半減期は83.4日です。2019年1月、この同位体の熱中性子捕獲断面積は約861,000バーンであることが発見されました。これは予測よりも数桁大きく、キセノン135を除く他のどの核種よりも大きい値です。[10]

ジルコニウム89

89 Zrは、半減期78.36時間のジルコニウムの放射性同位体であり、天然イットリウム（ 89 Y）への陽子照射によって生成されます。最も顕著なガンマ線光子（崩壊の99%）は909 keVのエネルギーを持ち、崩壊の約23%で陽電子（電子捕獲とは対照的に）を放出します。[11]ジルコニウム89は、陽電子放出断層撮影法[12]、例えばジルコニウム89標識抗体（免疫PET）を用いた特殊な診断用途に用いられています。 [13]

ジルコニウム93

収量、核分裂あたり％[14]
サーマル速い14MeV
232番目核分裂性ではない6.70 ± 0.405.58 ± 0.16
233ウ6.979 ± 0.0986.94 ± 0.075.38 ± 0.32
235ウ6.346 ± 0.0446.25 ± 0.045.19 ± 0.31
238ウ核分裂性ではない4.913 ± 0.0984.53 ± 0.13
239 Pu3.80 ± 0.033.82 ± 0.033.0 ± 0.3
241プソム2.98 ± 0.042.98 ± 0.33?
長寿命核分裂生成物
核種t 1 ⁄ 2収率Q [a 1]βγ
（ま）（％）[a 2]（keV）
99テクネチウム0.2116.1385294β
126スン0.23 0.10844050 [a 3]β γ
79セ0.33 0.0447151β
135セシウム1.33 6.9110 [a 4]269β
93 Zr1.61 5.457591βγ
107パド6.5  1.249933β
129私16.1 0.8410194βγ
  1. ^ 崩壊エネルギーはβ、ニュートリノ、γ（存在する場合）の間で分割されます。
  2. ^ 235 Uの熱中性子核分裂65回と239 Puの熱中性子核分裂35回あたり。
  3. ^ 崩壊エネルギーは 380 keV ですが、その崩壊生成物である126 Sb の崩壊エネルギーは 3.67 MeV です。
  4. ^ 熱中性子炉では、その前身である135 Xeが中性子を容易に吸収するため、低くなります。

93 Zrはジルコニウムの放射性同位体で、半減期は161万年で、低エネルギーのベータ粒子を放出して崩壊する。崩壊の73%はニオブ-93の励起状態を形成し、半減期は13.9年（ほぼ完全に内部転換によって、ガンマ線を放出しない）で安定した基底状態の93 Nbに崩壊するが、残りの27%は基底状態に直接崩壊する。 [7]これは7つの長寿命核分裂生成物の1つである。低い比活性と放射線の低エネルギーにより、この同位体の放射性危険性は制限され、不溶性であるため廃棄物貯蔵庫から逃れる可能性は低い。これらはすべてパラジウム-107と共有されている。

核分裂反応では、核分裂収率6.3%（235 Uの熱中性子核分裂）で93 Zrが生成され、これは最も豊富な核分裂生成物の一つです。原子炉には通常、燃料棒 被覆材として大量のジルコニウムが使用されています（ジルカロイを参照）。また、92 Zrの中性子照射によっても93 Zrが生成されますが、これは92 Zrの中性子捕獲断面積が0.22バーンと低いため制限されます。実際、燃料棒被覆材にジルコニウムが使用される主な理由の一つは、その低い中性子捕獲断面積です。

93 Zrの中性子捕獲 断面積も0.7バーンと低い。 [15] [16]核分裂ジルコニウムのほとんどは他の同位体から構成されており、中性子吸収断面積が大きい他の同位体は91 Zrで、断面積は1.24バーンである。93 Zrは、 99 Tcや129 Iほど核変換による処分対象として魅力的ではない。この同位体はリサイクル可能である。93
Zrの断面積が大きいことは許容範囲内とみなされており、照射済み被覆管と核分裂生成物のジルコニウム（現在のほとんどの核再処理法では混合されている）は、新しいジルカロイ被覆管の形成に利用できる可能性がある。被覆管が原子炉内に入ると、比較的低レベルの放射能は許容されるが、輸送と製造には現在講じられていない予防措置が必要になる可能性がある。

参照

ジルコニウム以外の娘製品

参考文献

  1. ^ 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.
  2. ^ 「標準原子量：ジルコニウム」CIAAW . 2024年。
  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.
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  7. ^ abc Cassette, P.; Chartier, F.; Isnard, H.; Fréchou, C.; Laszak, I.; Degros, JP; Bé, MM; Lépy, MC; Tartes, I. (2010). 「93Zrの崩壊様式と半減期の決定」.応用放射線同位体. 68 (1): 122– 130. doi :10.1016/j.apradiso.2009.08.011. PMID  19734052.
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  16. ^ S. Nakamura; et al. (2007). 「即発ガンマ線分光法によるジルコニウム91およびジルコニウム93の熱中性子捕獲断面積」. Journal of Nuclear Science and Technology . 44 (1): 21– 28. Bibcode :2007JNST...44...21N. doi :10.1080/18811248.2007.9711252. S2CID  96087661.
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