Berylliumisotoper

Hastigheten för överföringen av ⁷Be från luften till marken i Japan

Berylliumisotoper är isotoper av grundämnet beryllium (Be), det vill säga atomer och kärnor med 4 protoner och olika antal neutroner.

Isotoper

Beryllium har 12 kända isotoper, varav 1 är stabil (⁹Be), tillika en primordial nuklid.

Som sådant, är beryllium ett monoisotopiskt grundämne. Det är också ett mononuklidiskt grundämne, eftersom dess radioisotoper har så korta halveringstider att ingen av dem är primordiala och deras förekomst är försumbar. Beryllium är unikt som det enda monoisotopiska grundämnet med både ett jämnt antal protoner och ett udda antal neutroner. Det finns 25 andra monoisotopiska grundämnen men alla har udda atomnummer, och ett jämnt antal neutroner.

Av de 11 radioisotoperna till beryllium, är den mest stabila ¹⁰Be med en halveringstid på 1,39 miljoner år och ⁷Be med en halveringstid på 53,22 dagar. Alla andra radioisotoper har halveringstider kortare än 13,85 sekunder, de flesta under 20 millisekunder. Den minst stabila isotopen är ⁶Be, med en halveringstid på 5,03 zeptosekunder.

Det naturliga lättgrundämnesförhållandet av lika proton- och neutrontal förhindras i beryllium av den extrema instabiliteten hos ⁸Be som sönderfaller genom alfasönderfall, vilket gynnar den extremt starka bindningen av ⁴He-kärnor. Halveringstiden för sönderfallet av ⁸Be är enbart 6,7 × 10⁻¹⁷ sekunder.

Beryllium hindras från att ha en stabil isotop med 4 protoner och 6 neutroner av den mycket stora obalansen i neutron–proton-förhållandet för ett sådant lätt grundämne. Trots detta, har ¹⁰Be en halveringstid på 1,39 miljoner år, vilket indikerar ovanlig stabilitet för en lätt isotop med en så stor neutron–proton-obalans. Alltjämt har dock andra berylliumisotoper ännu större obalanser i neutron- och protontalet, och därmed är de ännu instabilare.

Mest ⁹Be i universum bildades troligen genom kosmisk nukleosyntes från kosmisk spallation under perioden mellan Big Bang och bildandet av solsystemet.

Beryllium-7 och beryllium-10

Isotoperna ⁷Be, med en halveringstid på 53 dagar, och ¹⁰Be är båda kosmogena nuklider eftersom de är bildade under en senare tidsperiod i solsystemet genom spallation, såsom ¹⁴C. Dessa två radioisotoper av beryllium bildades troligen på grund av solfläckscykeln och solaktiviteten, eftersom detta påverkar magnetfältet som skyddar jorden från kosmisk strålning. Hastigheten med vilken den kortlivade isotopen ⁷Be överförs från luften till marken beror delvis på det lokala vädret. ⁷Be-sönderfall i solen är en av källorna till solneutriner, och den första typen som någonsin upptäckts vid Homestakeexperimentet. Förekomsten av ⁷Be i sediment används ofta för att fastställa om de är färska, det vill säga mindre än cirka 3–4 månader i ålder, eller ungefär två halveringstider av ⁷Be.

Tabell

Nuklid	Z	N	Massa (u)	Halveringstid	ST (%)	SE (MeV)	SP	Spinn	Förekomst (%)
5Be	4	1	5,04079(429)#		p		4Li	(½+)#
6Be	4	2	6,019726(6)	5 × 10−21 s	2p	1,373	4He	0+
7Be	4	3	7,01692983(11)	53,22 d	ε	0,862	7Li	3⁄2−	Spår
8Be	4	4	8,00530510(4)	6,7 × 10−17 s	α	6,8(17) × 10−6	4He	0+
9Be	4	5	9,0121822(4)	Stabil				3⁄2−	100
10Be	4	6	10,0135338(4)	1,39 × 106 a	β−	0,556	10B	0+	Spår
11Be	4	7	11,021658(7)	13,81 s	β− (97,1 %)	11,506	11B	½+
					β− + α (2,9 %)	2,841	7Li
12Be	4	8	12,026921(16)	21,49 ms	β− (99,48 %)	11,708	12B	0+
					β− + n (0,52 %)	8,337	11B
13Be	4	9	13,03569(8)	2,7 x 10−21 s	n	0,9	12Be	½+
14Be	4	10	14,04289(14)	4,84 ms	β− + n (81 %)	16,22	13B	0+
					β− (14 %)	15,25	14B
					β− + 2n (5 %)		12B
15Be	4	11	15,05346(54)#	< 200 ns	n
16Be	4	12	16,06192(54)#	< 200 ns	2n		14Be	0+

Anmärkningar

• Stabila isotoper anges i fetstil.
• Värden markerade med # härrör inte enbart från experimentella data, men åtminstone delvis från systematiska trender.
• Osäkerheter anges i kort form i parentes efter värdet. Osäkerhetsvärden anger en standardavvikelse, utom isotopsammansättningen och standardatommassa från IUPAC, som använder expanderade osäkerhet.
• Nuklidmassor är givna av IUPAP Commission on Symbols, Units, Nomenclature, Atomic Masses and Fundamental Constants (SUNAMCO).
• Isotopförekomster är givna av IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.

Sönderfallskedjor

De flesta berylliumisotoperna i proton–neutron-dropplinjer sönderfaller genom betasönderfall och/eller en kombination av betasönderfall och alfasönderfall eller neutronemission. ⁷Be sönderfaller emellertid endast via elektroninfångning, ett fenomen som dess ovanligt långa halveringstid kan tillskrivas. Även ⁸Be är avvikande, som sönderfaller via alfasönderfall till ⁴He. Detta alfasönderfall anses ofta vara fission, vilket skulle kunna redogöra för dess extremt korta halveringstid.

$\mathrm {{}_{4}^{5}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {Unknown} }}\ \mathrm {{}_{3}^{4}Li} +\mathrm {{}_{1}^{1}H}$

$\mathrm {{}_{4}^{6}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {5zs} }}\ \mathrm {{}_{2}^{4}He} +\mathrm {2{}_{1}^{1}H}$

$\mathrm {{}_{4}^{7}Be} +\mathrm {e{}_{}^{-}} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {53.22d} }}\ \mathrm {{}_{3}^{7}Li}$

$\mathrm {{}_{4}^{8}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {67as} }}\ \mathrm {2{}_{2}^{4}He}$

$\mathrm {{}_{4}^{10}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {1.39Ma} }}\ \mathrm {{}_{5}^{10}B} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{11}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {13.81s} }}\ \mathrm {{}_{5}^{11}B} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{11}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {13.81s} }}\ \mathrm {{}_{3}^{7}Li} +\mathrm {{}_{2}^{4}He} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{12}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {21.49ms} }}\ \mathrm {{}_{5}^{12}B} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{12}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {21.49ms} }}\ \mathrm {{}_{5}^{11}B} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{13}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {2.7zs} }}\ \mathrm {{}_{4}^{12}Be} +\mathrm {{}_{0}^{1}n}$

$\mathrm {{}_{4}^{14}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {4.84ms} }}\ \mathrm {{}_{5}^{13}B} +\mathrm {{}_{0}^{1}n} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{14}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {4.84ms} }}\ \mathrm {{}_{5}^{14}B} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{14}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {4.84ms} }}\ \mathrm {{}_{5}^{12}B} +\mathrm {2{}_{0}^{1}n} +\mathrm {e{}_{}^{-}}$

$\mathrm {{}_{4}^{16}Be} \ {\xrightarrow {\ \mathrm {<200ns} }}\ \mathrm {{}_{4}^{14}Be} +\mathrm {2{}_{0}^{1}n}$

Källor

---

• Isotopmassor:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
• Isotopsammansättning och standardatommassa:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). ”Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 75 (6): sid. 683–800. doi:10.1351/pac200375060683. http://www.iupac.org/publications/pac/75/6/0683/pdf/. 
  • M. E. Wieser (2006). ”Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry 78 (11): sid. 2051–2066. doi:10.1351/pac200678112051. http://iupac.org/publications/pac/78/11/2051/pdf/. 
• Spinn och isomerdata:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). ”The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties”. Nuclear Physics A 729: sid. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf. 
  • National Nuclear Data Center. ”NuDat 2.1 database”. Brookhaven National Laboratory. http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/. Läst 1 september 2005. 
  • N. E. Holden (2004). ”Table of the Isotopes, Section 11”. i D. R. Lide. CRC Handbook of Chemistry and Physics (85th). CRC Press. ISBN 978-0-8493-0485-9