Kali-40

Kali-40, ⁴⁰K

Thông tin chung
Ký hiệu	^40K
Tên	kali-40, 40K, K-40
Proton (Z)	19
Neutron (N)	21
Nuclide data
Độ phong phú tự nhiên	0.0117(1)%
Chu kỳ bán rã (t1/2)	1251(3)×10^9 y
Khối lượng đồng vị	39.96399848(21) Da
Spin	4^−
Excess energy	−33505 keV
Binding energy	341523 keV
Isotopes of potassium Complete table of nuclides

⁴⁰K là một đồng vị phóng xạ của kali có chu kỳ bán rã rất dài lên đến 1,251 tỉ năm. Nó chiếm 0,012% (120 ppm) tổng lượng kali được tìm thấy trong tự nhiên.

K-40 là một ví dụ hiếm gặp về đồng vị trải qua tất cả ba lần phân rã beta. Khoảng 89,28% thời gian, nó phân rã thành calci-40 (⁴⁰Ca) phát ra hạt beta (β⁻, electron) với năng lượng tối đa đạt 1,33 MeV và một antineutrino. Khoảng 10,72% thời gian nó phân rã thành argon-40 (⁴⁰Ar) bằng cácg bắt electron tỏa ra 1.460 MeV tia gamma.^[1] và một neutrino. Phân rã phóng xạ của đồng vị đặc biệt này giải thích sự thật rằng argon là khí hiếm rẻ nhất luôn có sẵn. Rất hiếm (0,001% thời gian) nó phân rã thành ⁴⁰Ar bằng cách phát ra positron (β⁺) và neutrino.^[2]

Định tuổi bằng K/Ar

Cơ chế phân rã

K-40 đặc biệt quan trọng trong việc xác định tuổi K–Ar. Argon là khí không có nguồn gốc từ việc kết hợp với các nguyên tố khác. Vì vật, khi một khoáng vật hình thành - từ đá nóng chảy, hoặc vật chất hòa tan trong nước- ban đầu nó sẽ không có argon, thậm chí nếu có một ít argon ở dạng lỏng. Tuy nhiên, nếu khoáng vật chứa bất kỳ lượng kali nào, sau đó sự phân rã của đồng vị ⁴⁰K sẽ tạo ra argon-40 mới hoàn toàn, nó sẽ được giữ bên trong khoáng vật. Vì tốc độc chuyển biến này biết được, nó có thể dùng để xác định thời gian khoáng vật hình thành bằng cách đo đạc tỉ lệ các nguyên tử ⁴⁰K và ⁴⁰Ar chứa trong nó.

Argon được tìm thấy trong khí quyển của trái đất là 99,6% ⁴⁰Ar; trong khi đó trong Mặt trời – và có thể trong các vật liệu nguyên thủy ngưng tụ thành các hành tinh- chủ yếu là ³⁶Ar, có ít hơn 15% of ³⁸Ar. Sau đó hầu hết argon có nguồn gốc phân rã từ K-40, cuối cùng là thoát vào khí quyển.

Đóng góp vào phóng xạ tự nhiên

Tiến hóa của nguồn nhiệt trái đất theo thời gian: đóng góp từ ⁴⁰K (màu đỏ).

Phân rã phóng xạ của ⁴⁰K trong manti trái đất xếp hạng thứ 3, sau ²³²Th và ²³⁸U, là nguồn nhiệt phóng xạ.

⁴⁰K là nguồn phóng xạ tự nhiên lớn trong động vật kể cả con người. Một người nặng 70 kg chứa khoảng 160 gram kali, trong đó có khoảng 0,000117 × 160 = 0,0187 gram ⁴⁰K; phân rã của nó tạo ra khoảng 4.900 phân rã mỗi giây (becquerel) liên tục trong suốt đời người.^[3][4] Mặc dù độ phóng xạ của kali 40 được tích hợp vào cơ thể con người, trong thực phẩm là khoảng 50 Bq mỗi ngày, trong một cuộc sống bình thường kể từ khi tích lũy trong cơ thể đã đạt đến mức cân bằng, kali dư thừa trong cơ thể con người được thải ra tương đương với số được tích lũy hiện tại.^[5][6]

Xem thêm

• Đồng vị của kali
• Liều tương đương chuối

Tham khảo

1. Photon này có thể được gọi là Tia X nếu phát ra từ 1 electron. Trong vật lý hạt nhân, phổ biến có tên photon tùy thuộc vào nguồn gốc của nó hơn là năng lượng của nó, các photon năng lượng cao tạo ra bởi sự chuyển tiếp electron được gọi là "tia x" trong khi nếu nó phát ra từ một hạt nhân nguyên tử thì được gọi là "tia gamma" không phân biệt năng lượng.
2. Engelkemeir, DW; KF Flynn; LE Glendenin (1962). “Positron Emission in the Decay of K⁴⁰”. Physical Review. 126 (5): 1818. Bibcode:1962PhRv..126.1818E. doi:10.1103/PhysRev.126.1818.
3. Lượng phân rã phóng xạ mỗi giây của một lượng ⁴⁰K cho trước là số nguyên tử trong khối lượng đó chia cho thời gian tồn tại trung binh của nguyên tử ⁴⁰K theo đơn vị giây. Số nguyên tử trong một gram ⁴⁰K hay số Avogadro là 6,022×10²³ (số nguyên tử trong một mol chia cho khối lượng nguyên tử của K-40, khoảng 0,1507×10²³ mỗi gram. As in any exponential decay, the average lifetime is the half-life divided by the natural logarithm of 2, or about 56.82×10¹⁵ seconds.
4. Bin Samat, Supian; Green, Stuart; Beddoe, Alun H. (1997). “The ⁴⁰K activity of one gram of potassium”. Phys. Med. Biol. 42 (2): 407. doi:10.1088/0031-9155/42/2/012.
5. “預託実効線量の計算方法”. Bản gốc lưu trữ ngày 23 tháng 3 năm 2011. Truy cập ngày 3 tháng 10 năm 2015.
6. [http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=09-01-01-07 “�l�̒��̕��˔\ (09”]. replacement character trong |tiêu đề= tại ký tự số 1 (trợ giúp)

• Table of radioactive isotopes, K-40 Lưu trữ 2014-01-12 tại Wayback Machine, The Lund/LBNL Nuclear Data Search Lưu trữ 2016-03-07 tại Wayback Machine

Liên kết ngoài

• Potassium-40 Section, Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas