Nuklider til stede i miljøet

De nuklider, der er til stede i miljøet, kan grupperes i flere kategorier afhængigt af deres oprindelse:

• De oprindelige nuklider , der er til stede på Jorden siden dens dannelse for omkring 4,6 milliarder år siden, og som selv kan opdeles i to grupper:
  • De 254 stabile nuklider , hvis radioaktivitet ikke eksisterer eller endnu ikke er blevet detekteret: alle kendte stabile isotoper er fundet på Jorden.
  • De ustabile isotoper med lang halveringstid, som blev påvist radioaktivitet: det ved med sikkerhed 32 i miljøet, vi har mistanke om, at to mere (samarium 146 og plutonium-244 har halveringstider på henholdsvis 100 millioner og 80 millioner år siden)
• De radiogene nuklider , fra henfaldet af urnuklider: vi kender lidt mere end fyrre (fra radioaktive isotoper) de fleste isotoper af tunge grundstoffer til stede i henfaldskæderne af thorium 232 , af uran 238 og uran 235 . Dem med en kort halveringstid (isotoper af astatin, polonium, radon osv.) Er kun til stede i små mængder på jorden (i størrelsesordenen et par gram på et givet tidspunkt for f.eks. Astat) og er kun detekterbar af deres radioaktivitet. Dem med længere halveringstid (radium 226, uran 234 ...) kan generelt kvantificeres i jordskorpen ved hjælp af fysiske eller kemiske separationsmetoder.
• De kosmogene nuklider , fra den kosmiske stråle spallation . Den bedst kendte er carbon 14 , produceret ved spallering af atmosfærisk kvælstof og ved oprindelsen af carbon 14 radiometrisk dateringsmetode .
• De kunstige nuklider eller syntetiske. Dem med en kort halveringstid "overlever" ikke længe nok uden for deres syntese til at forurene miljøet, men flere andre, især cæsium 137 eller strontium 90 , har ret lange halveringstider (flere årtier). De findes i miljøet på grund af dets forurening:
  • Ved det radioaktive nedfald på grund af atombomber og atomprøver, der fandt sted i atmosfæren mellem 1945 og 1980,
  • I tilfælde af hændelser eller ulykker i kernekraftværker eller oparbejdningscentre for nukleart affald. Den mest alvorlige og mest kendte af disse ulykker er Tjernobyl- og Fukushima- katastrofen .
  • Gennem kontrollerede frigivelser fra nukleare industrier.

Et nuklid kan tilhøre flere af disse kategorier: det kan for eksempel være både ur og radiogent (ligesom bly 208, en stabil isotop og derfor primordial, men hvoraf størstedelen af ​​atomer på Jorden er resultatet af forfaldet af thorium 232, eller argon 40, også stabil, men mere end 99% fra opløsning af kalium 40), eller kosmogen og kunstig (såsom jod 129, som kan findes i små spor som en kosmogen isotop i miljøet, men frem for alt et fissionsprodukt , hvoraf det meste kommer fra forurening efter test eller nukleare ulykker).

Notering

Element	Z	Primordiale isotoper (heraf ustabil )	Ikke-primordiale radioisotoper
			Isotoper	Oprindelse
Brint	1	1 H , 2 H	3 timer	Kosmogen og kunstig
Helium	2	3 Han , 4 Han
Lithium	3	6 Li, 7 Li
Beryllium	4	9 Vær	7 Vær, 10 Vær	Kosmogen
Bor	5	10 B, 11 B
Kulstof	6	12 C, 13 C	11 C, 14 C	Kosmogen og kunstig
Kvælstof	7	14 N, 15 N
Ilt	8	16 O, 17 O, 18 O
Fluor	9	19 F	18 F	Kosmogen
Neon	10	20 Ne, 21 Ne, 22 Ne	24 Ne, 25 Ne, 26 Ne	Radiogenic
Natrium	11	23 Na	22 Na, 24 Na	Kosmogen
Magnesium	12	24 mg, 25 mg, 26 mg	28 mg	Kosmogen
Aluminium	13	27 Al	26 Al	Kosmogen
Silicium	14	28 Si, 29 Si, 30 Si	31 Si, 32 Si	Kosmogen
Fosfor	15	31 s	32 s	Kosmogen
Svovl	16	32 S, 33 S, 34 S, 36 S	35 S	Kosmogen
Klor	17	35 Cl, 37 Cl	34m Cl, 36 Cl , 38 Cl, 39 Cl	Kosmogen og kunstig
Argon	18	36 Ar, 38 Ar, 40 Ar	37 Ar, 39 Ar, 41 Ar	Kosmogen
Kalium	19	39 K, 40 K , 41 K
Kalk	20	40 Ca, 42 Ca, 43 Ca, 44 Ca, 46 Ca, 48 Ca	41 Ca	Kosmogen
Scandium	21	45 sc	48 Sc (?)	Radiogenic (fra 48 Ca)
Titanium	22	46 Ti, 47 Ti, 48 Ti, 49 Ti, 50 Ti
Vanadium	23	50 V ,51V
Krom	24	50 Cr, 52 Cr, 53 Cr, 54 Cr
Mangan	25	55 mio	53 Mn	Kosmogen
Jern	26	54 Fe, 56 Fe, 57 Fe, 58 Fe
Kobolt	27	59 Co	60 Co	Kunstig
Nikkel	28	58 Ni, 60 Ni, 61 Ni, 62 Ni, 64 Ni
Kobber	29	63 Cu, 65 Cu
Zink	30	64 Zn, 66 Zn, 67 Zn, 68 Zn, 70 Zn
Gallium	31	69 Ga, 71 Ga
Germanium	32	70 Ge, 72 Ge, 73 Ge, 74 Ge, 76 Ge
Arsen	33	75 es
Selen	34	74 Se, 76 Se, 77 Se, 78 Se, 80 Se, 82 Se
Brom	35	79 Br, 81 Br
Krypton	36	78 Kr, 80 Kr, 82 Kr, 83 Kr, 84 Kr, 86 Kr	81 Kr, 85 Kr	Kosmogen og kunstig
Rubidium	37	85 Rb, 87 Rb
Strontium	38	84 Sr, 86 Sr, 87 Sr, 88 Sr	90 Sr	Kunstig
Yttrium	39	89 Y
Zirkonium	40	90 Zr, 91 Zr, 92 Zr, 94 Zr, 96 Zr
Niob	41	93 Nb
Molybdæn	42	92 MB, 94 MB, 95 MB, 96 MB, 97 MB, 98 MB, 100 MB
Technetium	43		99 Tc	Kunstig
Ruthenium	44	96 Ru, 98 Ru, 99 Ru, 100 Ru, 101 Ru, 102 Ru, 104 Ru
Rhodium	45	103 Rh
Palladium	46	102 Pd, 104 Pd, 105 Pd, 106 Pd, 108 Pd, 110 Pd
Sølv	47	107 Ag, 109 Ag
Cadmium	48	106 Cd, 108 Cd, 110 Cd, 111 Cd, 112 Cd, 113 Cd , 114 Cd, 116 Cd
Indium	49	113 ind, 115 ind
Tin	50	112 Sn, 114 Sn, 115 Sn, 116 Sn, 117 Sn, 118 Sn, 119 Sn, 120 Sn, 122 Sn, 124 Sn
Antimon	51	121 Sb, 123 Sb
Tellurium	52	120 Te, 122 Te, 123 Te, 124 Te, 125 Te, 126 Te, 128 Te, 130 Te
Jod	53	127 I	129 I, 131 I	Kosmogen og kunstig
Xenon	54	124 Xe, 126 Xe, 128 Xe, 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe, 132 Xe, 134 Xe, 136 Xe
Cæsium	55	133 Cs	137 Cs	Kunstig
Barium	56	130 Ba ,132Ba,134Ba,135Ba,136Ba,137Ba,138Ba
Lanthanum	57	138 A ,139A
Cerium	58	136 Ce, 138 Ce, 140 Ce, 142 Ce
Praseodym	59	141 Pr
Neodym	60	142 Nd, 143 Nd, 144 Nd , 145 Nd, 146 Nd, 148 Nd, 150 Nd
Promethium	61		147 Pm	Radiogenic og kunstig
Samarium	62	144 Sm, 146 Sm (?), 147 Sm, 148 Sm , 149 Sm, 150 Sm, 152 Sm, 154 Sm
Europium	63	151 Eu ,153Eu
Gadolinium	64	152 Gd ,154Gd,155Gd,156Gd,157Gd,158Gd,160Gd
Terbium	65	159 Tb
Dysprosium	66	156 Dy, 158 Dy, 160 Dy, 161 Dy, 162 Dy, 163 Dy, 164 Dy
Holmium	67	165 Ho
Erbium	68	162 Er, 164 Er, 166 Er, 167 Er, 168 Er, 170 Er
Thulium	69	169 MT
Ytterbium	70	168 Yb, 170 Yb, 171 Yb, 172 Yb, 173 Yb, 174 Yb, 176 Yb	182 Yb (?)	Radiogenic (fra 232 Th)
Lutecium	71	175 Læs, 176 Læs
Hafnium	72	174 Hf ,176Hf,177Hf,178Hf,179Hf,180Hf
Tantal	73	180m Ta , 181 Ta
Wolfram	74	180 W ,182W,183W,184W,186W
Rhenium	75	185 Re, 187 Re
Osmium	76	184 Knogler, 186 Knogler , 187 Knogler, 188 Knogler, 189 Knogler, 190 Knogler, 192 Knogler
Iridium	77	191 Ir, 193 Ir
Platin	78	190 Pt ,192Pt,194Pt,195Pt,196Pt,198Pt
Guld	79	197 til
Kviksølv	80	196 Hg, 198 Hg, 199 Hg, 200 Hg, 201 Hg, 202 Hg, 204 Hg
Thallium	81	203 Tl, 205 Tl	206 Tl, 210 Tl, 207 Tl, 208 Tl	Radiogenic
At føre	82	204 Pb, 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb	210 Pb, 211 Pb, 212 Pb, 214 Pb	Radiogenic
Vismut	83	209 Bi	210 Bi, 211 Bi, 212 Bi, 214 Bi	Radiogenic
Polonium	84		210 Po, 211 Po, 212 Po, 214 Po, 215 Po, 216 Po, 218 Po	Radiogenic
En stat	85		215 kl., 218 kl., 219 kl	Radiogenic
Radon	86		218 Rn, 219 Rn, 220 Rn, 222 Rn	Radiogenic
Francium	87		223 Fr	Radiogenic
Radium	88		223 Ra, 224 Ra, 226 Ra, 228 Ra	Radiogenic
Actinium	89		227 Ac, 228 Ac	Radiogenic
Thorium	90	232 Th	227 Th, 228 Th, 230 Th, 231 Th, 234 Th	Radiogenic
Protactinium	91		231 Pa, 234 Pa,	Radiogenic
Uran	92	235 U , 238 U	234 U	Radiogenic
Neptunium	93		237 Np	Kunstig
Plutonium	94	244 Pu (?)	238 Pu, 239 Pu, 240 Pu, 241 Pu	Kunstig
Americium	95		241 Am	Kunstig

Bemærkninger:

• Hvis et nuklid er essentielt, gentages det ikke på listen over radiogene, kosmogene eller kunstige nuklider, selvom det også kan stamme fra en af ​​disse ruter.
• Nogle nuklider er angivet som kunstige (ved generalisering), hvis de kun findes naturligt i miljøet på stedet for den naturlige kernereaktor i Oklo .
• Visse isotoper er sandsynligvis til stede i miljøet, men er hidtil aldrig blevet observeret med sikkerhed, fordi de er til stede i for små mængder, de er angivet med (?).
• Nogle isotoper (f.eks. 26 Ne) har halveringstider så korte (en brøkdel af et sekund), at de ikke kan findes i miljøet, selvom det vides, at de kun er der på den mest flygtige måde.
• Vi kan se en veksling mellem lige Z, grundstoffer med flere stabile eller kvasistabile isotoper og ulige Z, grundstoffer med få eller ingen stabile isotoper: Denne struktur forklares bedst ved at overveje alle nukliderne i henhold til deres plads i dalen. .

Urnukleider

De oprindelige nuklider, der er resultatet (med undtagelse af brint) fra stjernernes nukleosyntese , har været til stede på Jorden siden dens dannelse og er enten stabile eller ustabile, men med en halveringstid, der er lang nok til at have overlevet siden. Deres radioaktivitet er enten fraværende eller meget svag (og i mange tilfælde svært at opdage). Kun ni radioaktive nuklider med en halveringstid, der er mindre end ti gange universets alder, er med sikkerhed blevet påvist på Jorden: for at reducere halveringstiden (og derfor øge radioaktiviteten) er det 147 Sm, 138 La, 87 Rb , 187 Re, 176 Lu, 232 Th, 238 U, 40 K og 235 U. Isotoperne af thorium og uran er i spidsen for kæderne af store forfald på Jorden og er derfor ansvarlige for tilstedeværelsen af ​​omkring fyrre andre nuklider, disse radiogene og klart mere radioaktive. Det mistænkes, at det med fremskridt inden for analytisk kemi vil være muligt at detektere 146 Sm (halveringstid på ca. 100 millioner år), og detekteringen af 244 Pu blev rapporteret i 1970'erne, men siden spørgsmålstegn ved det.

Radiogene nukleider

Radiogene nuklider produceres ved radioaktive henfald af andre nuklider, primært urnuklider. De kan være stabile (som argon 40, der stammer fra kalium 40) eller i sig selv radioaktive. Næsten alle radioaktive tunge grundstofisotoper (Z = 81, Thallium, ved Z = 92, uran) er af radiogen oprindelse (undtagelserne er de fire primære radioisotoper af elementerne bismuth, thorium og uran). Derudover kommer tre af de fire stabile isotoper af bly og en af ​​de to stabile isotoper af thallium også fra henfaldskæderne.

Et par sjældne radiogene nuklider er ikke isotoper af tunge grundstoffer og / eller ikke afledt af en thorium- eller uranforfaldskæde:

• Promethium 147 kommer fra opløsning af europium 151; denne med en meget lang halveringstid - en milliard gange Jordens alder - dens forfaldsprodukt er meget sjældent, især da den selv har en halveringstid på knap 30 måneder.
• Scandium 48 er resultatet af henfald af calcium 48: calcium har ikke kun en endnu længere halveringstid end europium 151, men dets henfaldsprodukt har en halveringstid på mindre end 2 dage.

Vi ved, at disse nuklider skal være til stede i naturen, da deres moderisotop, som vi kender opløsningsmetoden, er der, men de er aldrig blevet opdaget der.

Kosmogene nukleider

Kosmogene nuklider stammer fra interaktionen mellem kosmiske stråler med jordnuklider. De er alle til stede i lave spormængder, men kan være af væsentlig betydning, som det fremgår af brugen af kulstof 14 (til stede i miljøet ved knap et eller to atomer på 14 C pr. 10 12 atomer på 12 C) i dateringen af resterne af biologisk oprindelse.

Kunstige nukleider

Kunstige nuklider produceres hovedsageligt i laboratorier eller fra den nukleare industri. De fleste har meget korte halveringstider, men de sjældne kunstige nuklider med lang halveringstid, der produceres i mængde af atomindustrien, har potentialet til at forurene miljøet. Der er 13 isotoper i denne kategori, som kan opdeles i to grupper:

• Lang halveringstid (over et århundrede) i faldende rækkefølge af overflod: 135 Cs, 93 Zr, 99 Tc , 129 I, 107 Pd, 126 Sn, 79 Se
• Gennemsnitlig halveringstid (mellem 10 og 100 år) i faldende rækkefølge: 137 Cs , 90 Sr , 85 Kr, 151 Sm, 121m Sn, 113m Cd. Den første, cæsium 137, er langt den vigtigste markør for utilsigtet miljøforurening såsom Tjernobyl eller Fukushima.

Udover frigivelserne fra den nukleare industri kommer den vigtigste forureningskilde fra nukleare test udført i atmosfæren mellem 1945 og 1980. Det er især den næsten eksklusive kilde til transuraniske radioisotoper i miljøet: isotoper af plutonium og americium 241. Det er også årsagen til toppen af klor 36 i 1950'erne, der blev brugt til grundvandsovervågning. Der er også nogle frigivelser af kortvarige radioisotoper, der anvendes inden for det medicinske område, især jod-131 , men disse miljøforureninger er ikke vedvarende af natur.

Visse nuklider anses generelt for at være kunstige, fordi de skyldes fissionsreaktioner, der er typiske for atomreaktorer, alligevel kan vi finde nogle spor, der er naturligt til stede på stedet for den naturlige kernereaktor i Oklo (dette er især tilfældet med de eneste naturlige isotoper af atomreaktorerne. grundstoffer technetium og promethium).

Noter og referencer

Bemærkninger

1. klyngeradioaktivitet

Referencer

1. W. Henning , WA Bell , PJ Billquist og BG Glagola , ”  Calcium-41 koncentrationen i terrestriske materialer: perspektiver for datering af pleistocæne prøver  ”, Science (New York, NY) , vol.  236,8. maj 1987, s.  725–727 ( ISSN  0036-8075 , PMID  17748311 , DOI  10.1126 / science.236.4802.725 , læst online , adgang til 9. november 2016 )
2. Joerg M. Schaefer , Thomas Faestermann , Gregory F. Herzog og Klaus Knie , ”  Terrestrial mangan-53 - En ny skærm af Jordens overfladeprocesser  ”, Earth and Planetary Science Letters , vol.  251 n knogler  3-4,15. november 2006, s.  334–345 ( DOI  10.1016 / j.epsl.2006.09.016 , læst online , adgang til 24. november 2016 )
3. (i) Eric Scerri , "  Tales of technetium  " , Nature Chemistry , vol.  1, nr .  4,1 st juli 2009, s.  332–332 ( ISSN  1755-4330 , DOI  10.1038 / nchem.271 , læst online , adgang 9. december 2016 )
4. Moses Attrep og PK Kuroda , "  Promethium in pitchblende  ", Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry , bind.  30, n o  3,1 st januar 1968, s.  699–703 ( ISSN  0022-1902 , DOI  10.1016 / 0022-1902 (68) 80427-0 , læst online , adgang 9. december 2016 )
5. "  Américium 241 og miljøet - IRSN-fil  " , på irsn.fr ,1 st oktober 2001
6. "  Kilder til kunstig radioaktivitet  " , på www.irsn.fr (adgang til 15. november 2016 )
7. "  Radiologisk rapport 'Remanence of radioactivity of artificial origin'  " , på www.irsn.fr (hørt 15. november 2016 )