Алюминий-26

Алюминий-26
Схема распада алюминия-26
Название, символ	Алюминий-26, ^26Al
Нейтронов	13
Свойства нуклида
Дефект массы	−12 210,34 кэВ
Изотопная распространённость	0
Период полураспада	7,17⋅10^5 лет
Продукты распада	магний-26
Родительские изотопы	кремний-26 (электронный захват), фосфор-27 (электронный захват с испусканием протона)
Спин и чётность ядра	5+
Канал распада Энергия распада ε 4,00414 МэВ β+ 4,00414 МэВ
Таблица нуклидов
Медиафайлы на Викискладе

Алюминий-26, ²⁶Al — радиоактивный изотоп химического элемента алюминия, распадающийся посредством позитронного распада и электронного захвата в стабильный нуклид магний-26. Период полураспада основного состояния ²⁶Al составляет 7,17⋅10⁵ лет. Это слишком мало, чтобы изотоп мог сохраниться с момента предсолнечного нуклеосинтеза до настоящего времени, но небольшое количество ядер этого нуклида постоянно образуется при столкновениях протонов космических лучей с атомами аргона. Существует также метастабильное возбуждённое состояние ^26mAl с энергией 228,305 кэВ и периодом полураспада 6,3465 секунды; оно тоже распадается посредством позитронного распада и электронного захвата.

Алюминий-26 также испускает гамма-лучи (с возбуждённых состояний магния-26, на которые происходит переход с основного состояния ²⁶Al, и при аннигиляции позитронов, излучаемых во время β⁺-распада). При электронном захвате электронная оболочка образующегося атома ²⁶Mg с «дыркой» на месте одного из внутренних электронов, захваченного ядром, снимает возбуждение путём испускания характеристических рентгеновских лучей и оже-электронов^[1].

Датировка метеоритов

Алюминий-26 может быть использован для определения времени, прошедшего с момента выпадения метеорита на Землю. Метеорит с момента распада родительского тела подвергается бомбардировке космическими лучами, которые создают в нём ядра алюминия-26. После падения на Землю поток космических лучей резко уменьшается, и накопление ²⁶Al прекращается, но его распад продолжается с той же скоростью. Это означает, что количество оставшихся в образце ядер ²⁶Al может быть использовано, чтобы вычислить дату падения метеорита на Землю.

Распространённость в межзвёздной среде

Распределение ²⁶Al в Млечном Пути

Гамма-линия с энергией 1809 кэВ, возникающая при распаде ²⁶Al, была первым наблюдавшимся гамма-излучением от галактического центра (спутник НЕАО-3, 1984 год^[2][3]).

Изотоп в Галактике создаётся главным образом в сверхновых, выбрасывающих много радиоактивных нуклидов в межзвёздную среду. Считается, что при конденсации небольших планетных тел он обеспечивает тепловыделение достаточное для такого разогрева, чтобы началось гравитационная дифференцировка их недр, как это произошло в ранней истории астероидов (1) Церера и (4) Веста.^[4][5][6] Этот изотоп также играет роль в гипотезах относительно происхождения экваториальной выпуклости Япета, спутника Сатурна^[7].

История

До 1954 года измеренный период полураспада алюминия-26 считался равным 6,3 секунды^[8]. После публикации теоретического доказательства того, что этот распад на самом деле относится к метастабильному состоянию (изомеру) алюминия-26, ядра этого изотопа в основном состоянии были получены путём бомбардировки магния-26 и магния-25 дейтронами в циклотроне Университета Питтсбурга^[9]. Первое измерение дало период полураспада основного состояния, оцененный в ~10⁶ лет.

Основное состояние

Основное состояние алюминия-26 со спином и чётностью J^π = 5⁺ не может прямо распасться на основное состояние ядра магний-26 (которое имеет спин 0) ввиду существенной разницы спинов; точнее, бета-переходы из основного состояния в основное имеют очень высокую степень запрета и не наблюдаются, несмотря на довольно большую доступную энергию распада (Q_ε = 4004,14 кэВ). Распад (как электронный захват, так и позитронный распад) происходит почти всегда (в 97,3 % случаев) на первое возбуждённое состояние магния-26 с энергией 1808,7 кэВ и J^π = 2⁺. Этот уровень немедленно разряжается в основное состояние ²⁶Mg с испусканием гамма-кванта с энергией 1808,6 кэВ; пик с этой энергией является самой характерной особенностью гамма-спектра ²⁶Al. В оставшихся 2,7 % случаев переход происходит на второе возбуждённое состояние ²⁶Mg с E = 2838,4 кэВ (J^π = 2⁺), которое может распасться напрямую на основной уровень, излучив гамма-квант с энергией 2938,3 кэВ, но чаще (в отношении 0,27:2,4) распадается через уже упомянутое первое возбуждённое состояние с испусканием каскада гамма-квантов с энергиями 1129,7 и 1808,7 кэВ. Время жизни обоих возбуждённых уровней меньше 1 нс. Кроме разрядки возбуждённых уровней с излучением гамма-кванта, во всех случаях возможна передача сбрасываемой энергии E_γ орбитальному электрону (эффект внутренней конверсии) с испусканием конверсионного электрона с соответствующей фиксированной энергией E_γ − E_c, где E_c — энергия связи электрона в атоме ²⁶Mg. При этом возбуждение электронной оболочки снимается путём излучения характеристических рентгеновских фотонов и оже-электронов с суммарной энергией E_c.

Изомер

Изомерное состояние алюминия-26 (^26mAl) с изоспином T = 1 обладает энергией 228,305 кэВ выше основного состояния (T = 0), однако его спин (0+) сильно отличается от спина основного состояния (5+), поэтому изомерный переход в основное состояние сильно подавлен. На 2015 год этот переход не обнаружен; распад, как и у основного состояния, происходит путём испускания позитрона или захвата орбитального электрона, однако все распады происходят в основное (а не в возбуждённое) состояние магния-26.

Измерение периода полураспада по каналу фермиевского бета-распада метастабильного состояния алюминия-26 представляет интерес для экспериментальной проверки двух компонентов Стандартной модели, а именно, гипотезы сохраняющегося векторного тока и требуемой унитарности матрицы Кабиббо — Кобаяши — Маскавы^[10]. Этот распад является сверхразрешённым, начальное и конечное (²⁶Mg) состояния обладают одинаковым спином и чётностью 0⁺. Измерение в 2011 году периода полураспада Al-26m дало значение 6346,54 ± 0,46(стат.) ± 0,60(сист.) миллисекунды^[11]. Кроме того, получено значение ft = 3037,53(61) мс. Эти период полураспада и ft представляют собой наиболее точно измеренные значения среди всех сверхразрешённых бета-переходов^[11].

См. также

• Изотопы алюминия

Ссылки

1. Nuclide Safety Data Sheet Aluminum-26  (неопр.). www.nchps.org. Дата обращения: 25 мая 2015. Архивировано 4 марта 2016 года.
2. W. A. Mahoney, J. C. Ling, W. A. Wheaton, A. S. Jacobson. HEAO 3 discovery of Al-26 in the interstellar medium (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1984. — Vol. 286. — P. 578. — doi:10.1086/162632. — Bibcode: 1984ApJ...286..578M.
3. Kohman, T. P. Aluminum-26: A nuclide for all seasons (англ.) // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry^[англ.] : journal. — 1997. — Vol. 219, no. 2. — P. 165. — doi:10.1007/BF02038496.
4. Nicholas Moskovitz, Eric Gaidos. Differentiation of planetesimals and the thermal consequences of melt migration (англ.) // Meteoritics & Planetary Science^[англ.] : journal. — 2011. — Vol. 46, no. 6. — P. 903—918. — doi:10.1111/j.1945-5100.2011.01201.x. — Bibcode: 2011M&PS...46..903M. — arXiv:1101.4165.
5. M. Yu. Zolotov. On the Composition and Differentiation of Ceres (англ.) // Icarus. — Elsevier, 2009. — Vol. 204, no. 1. — P. 183—193. — doi:10.1016/j.icarus.2009.06.011. — Bibcode: 2009Icar..204..183Z.
6. Maria T. Zuber et al. Origin, Internal Structure and Evolution of 4 Vesta (англ.) // Space Science Reviews : journal. — 2011. — Vol. 163, no. 1—4. — P. 77—93. — doi:10.1007/s11214-011-9806-8. — Bibcode: 2011SSRv..163...77Z.
7. Richard A. Kerr. How Saturn's Icy Moons Get a (Geologic) Life (англ.) // Science. — 2006. — 6 January (vol. 311, no. 5757). — P. 29. — doi:10.1126/science.311.5757.29. — PMID 16400121. Архивировано 7 августа 2008 года.
8. J. M. Hollander, I. Perlman, G. T. Seaborg. Table of Isotopes (англ.) // Reviews of Modern Physics : journal. — 1953. — Vol. 25, no. 2. — P. 469—651. — doi:10.1103/RevModPhys.25.469. — Bibcode: 1953RvMP...25..469H.
9. James R. Simanton, Robert A. Rightmire, Alton L. Long, Truman P. Kohman. Long-Lived Radioactive Aluminum 26 (неопр.) // Physical Reviews. — 1954. — Т. 96, № 6. — С. 1711—1712. — doi:10.1103/PhysRev.96.1711.
10. R. J. Scott, G. J. O’Keefe, M. N. Thompson, R. P. Rassool,. Precise measurement of the half-life of the Fermi beta decay of ²⁶Al^m (англ.) // Physical Reviews C : journal. — 2011. — Vol. 84, no. 2. — P. 024611. — doi:10.1103/PhysRevC.84.024611.
11. P. Finlay et al. High-Precision Half-Life Measurement for the Superallowed β⁺ Emitter ²⁶Al^m // Phys. Rev. Lett. — 2011. — Vol. 106. — P. 032501. — doi:10.1103/PhysRevLett.106.032501.