Kernekort - klik (flere gange) for forstørrelse. Herover, klippet i tre dele for at lette præsentation; herunder, kombineret. Herunder repræsenterer X-aksen antallet af protoner (atomnummer, symbol Z) - og repræsenterer Y-aksen antallet af neutroner (symbol N). Herover repræsenterer X-aksen, for den tredelte, i flere intervaller, antallet af protoner (atomnummer, symbol Z) - og Y-aksen repræsenterer, for den tredelte, i flere intervaller, antallet af neutroner (symbol N).
Betahenfald (henfald flytter atom et trin diagonalt op og til venstre)
Et kernekort, isotopkort, nuklidkort, en isotoptavle eller isotoptabel er en todimensionel graf af grundstoffernesisotoper, hvor den ene akse repræsenterer antallet af neutroner (symbol N), og den anden akse repræsenterer antallet af protoner (atomnummer, symbol Z) i atomkernen. Kernekortet er også kendt som Segrè-kortet, efter den italienske fysiker Emilio Segrè.[1]
Hvert punkt afbildet på grafen repræsenterer således et nuklid af et kendt eller hypotetiskkemiskgrundstof. Dette system med ordnede nuklider kan give en større indsigt i isotopers egenskaber end det bedre kendte periodiske system, som kun viser grundstoffer og ikke deres isotoper.
Beskrivelse og anvendelse
Et diagram eller en tabel over nuklider kortlægger nukliders nukleare eller radioaktive adfærd, da det skelner mellem isotoper af et grundstof. Det står i kontrast til et periodisk system, som kun kortlægger deres kemiske adfærd, da isotoper (nuklider, der er varianter af samme grundstof) ikke adskiller sig kemisk i nogen væsentlig grad, med undtagelse af brint. Kernekort organiserer nuklider langs X-aksen (symbol N) efter deres antal neutroner og langs Y-aksen efter deres antal protoner (symbol Z), ud til grænserne for neutron- og protondryplinjerne. Denne fremstilling blev først udgivet af Kurt Guggenheimer i 1934[2] og udvidet af Giorgio Fea i 1935,[3] Emilio Segrè i 1945 eller Glenn Seaborg. I 1958 udgav Walter Seelmann-Eggebert og Gerda Pfennig den første udgave af Karlsruhe Nuclid Chart. Dens 7. udgave blev gjort tilgængelig i 2006. I dag er der adskillige kernekort, hvoraf fire har en bred udbredelse: Karlsruhe kernekort, Strasbourgs universelle kernekort, kernekortet fra Japan Atomic Energy Agency (JAEA) - og kernekortet fra Knolls Atomic Power Laboratory i USA.[4] Det er blevet et grundlæggende værktøj i det nukleare samfund.
Tendenser i kernekortet
Tendenserne i dette afsnit henviser til det følgende diagram, som viser Z stigende til højre (X-akse) og N stigende nedad (Y-akse), en 90° drejning med uret af ovenstående landskabsorienterede diagrammer.
Isotophalveringstider. Det mørkere mere stabile isotopområde afviger fra linjen af protoner (Z) = neutroner (N), når grundstofnummeret Z bliver større.
Isotoper er nuklider med det samme antal protoner, men forskelligt antal neutroner; det vil sige, at de har samme atomnummer og er derfor det samme kemiskegrundstof. Isotoper naboer hinanden lodret. Eksempler inkluderer kulstof-12, kulstof-13 og kulstof-14 i tabellen ovenfor.
Isotoner er nuklider med samme antal neutroner, men forskelligt antal protoner. Isotoner naboer hinanden vandret. Eksempler inkluderer kulstof-14, nitrogen-15 og oxygen-16 i tabellen ovenfor.
Isobarer er nuklider med det samme antal nukleoner (dvs. atommasseenheder), men forskellige antal protoner og neutroner. Isobarer naboer hinanden diagonalt fra nederst til venstre til øverste højre. Eksempler inkluderer kulstof-14, nitrogen-14 og oxygen-14 i tabellen ovenfor.
Isodiapherer er nuklider med samme forskel mellem deres antal neutroner og protoner (N − Z). Ligesom isobarer følger de diagonale linjer, men vinkelret på isobarlinjerne (fra øverste venstre til nederste højre). Eksempler omfatter bor-10, kulstof-12 og nitrogen-14 (da N − Z = 0 for hver par), eller bor-12, carbon-14 og nitrogen-16 (da N − Z = 2 for hver par).
Ud over protondryplinjen øverst til højre henfalder nuklider ved protonemission. Der er kun etableret drypledninger for nogle grundstoffer.
Stabilitetsøen er en hypotetisk region i den øverste højre klynge af nuklider, der indeholder isotoper, der er langt mere stabile end andre transuraner.
Der er ingen stabile nuklider med lige mange protoner og neutroner i deres kerner med atomnummer større end 20 (dvs. calcium), som det let kan observeres fra diagrammet. Kerner med større atomnummer kræver et overskud af neutroner for stabilitet.
De eneste stabile nuklider med et ulige antal protoner og et ulige antal neutroner er hydrogen-2, lithium-6, bor-10, nitrogen-14 og ( observationsmæssigt) tantal-180m. Dette skyldes, at sådanne atomers masse-energi normalt er højere end deres naboer på den samme isobariske kæde, så de fleste af dem er ustabile over for betahenfald.
Der er ingen stabile nuklider med atommasseenhed 5 eller 8. Der er stabile nuklider med alle andre atommasseenheder op til 208 med undtagelse af 147 og 151. (Bismuth-209 blev fundet at være radioaktive i 2003, men med en halveringstid på 1,9×1019 år.)
Med undtagelse af parret tellur-123 og antimon-123 er ulige atommasseenheder aldrig repræsenteret af mere end ét stabilt nuklid. Dette skyldes, at masse-energien er en konveks funktion af atomnumre, så alle nuklider på en ulige isobarisk kæde undtagen én har en nabo med lavere energi, som de kan henfalde til ved betahenfald. Se Mattauch isobar-regel. (123Te forventes at henfalde til 123Sb, men halveringstiden ser ud til at være så lang, at henfaldet aldrig er blevet observeret).
Der er ingen stabile nuklider med et atomnummer større end Z = 82 (bly),[5]bismut (Z = 83) er stabil til alle praktiske menneskelige formål. Grundstoffer med atomnumre fra 1 til 82 har alle stabile isotoper med undtagelse af technetium (Z = 43) og promethium (Z = 61).
For nemheds skyld er to forskellige visninger af data tilgængelige på Wikipedia: en sæt "segmentopdelt tabel" og en enkelt "forenet tabel (alle grundstoffers nuklider)". Den forenede tabel giver nem visualisering af proton-/neutronantalstendenser, men kræver samtidig vandret og lodret rulning. De segmentopdelte tabel tillader lettere undersøgelse af et bestemt kemisk grundstof med meget mindre rulning. Der findes henvisninger til hurtigt at springe mellem de forskellige sektioner.
Kernekortet nedenfor viser nuklider (ofte løst kaldet "isotoper", men dette udtryk refererer korrekt til nuklider med samme atomnummer, se ovenfor), inklusive alle med halveringstid på mindst én døgn.[6] De er arrangeret med stigende atomnummer fra venstre mod højre og stigende neutron tal fra top til bund.
Cellefarve angiver halveringstiden af hvert nuklid; hvis en farverand er til stede, angiver dens farve halveringstiden for den mest stabile nukleare isomer. I grafiske browsere har hvert nuklid også et værktøjstip, der angiver dets halveringstid.
Hver farve repræsenterer et vist længdeinterval af halveringstid, og farven på farveranden angiver halveringstiden af dens nukleare isomer tilstand. Nogle nuklider har flere nukleare isomerer, og denne tabel noterer den med den længste halveringstid.
Punkteret randstipling betyder, at et nuklid har en nuklear isomer med en halveringstid i samme område som grundtilstandsnuklidet.
De stiplede linjer mellem flere nuklider af de første par grundstoffer er den eksperimentelt bestemte proton og neutron dryplinjer.
Fragment af kernekort som set på et monument foran Warszawa Universitets Universitets Center for Ny Teknologi, med de fire navngivne grundstoffer af eller for polske videnskabsmænd vist i titlen ("herunder Po, Ra, Cm, Cn") og under tabellen: polonium (84Po) opdaget i 1898 radium (88Ra) opdaget i 1898 curium (96Cm) opdaget i 1944 copernicium (112Cn) opdaget i 1996
Referencer
^J. Byrne (2011). Neutrons, Nuclei and Matter: An Exploration of the Physics of Slow Neutrons. Mineola, New York: Dover Publications. ISBN978-0486482385.
^Kurt Guggenheimer. Journal de Physique et le Radium 5 (1934) 253
