窒素の同位体

窒素の同位体（_7N）
β − α<0.01%	12 ℃
標準原子量 A r °(N)
	[14.006 43 , 14.007 28 ] ; 14.007 ± 0.001 （要約）;
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天然窒素（_7N）は2つの安定同位体から構成されています。天然窒素の大部分（99.6%）は窒素14で、残りは窒素15です。また、原子質量が9から23の13の放射性同位体と、3つの核異性体も知られています。これらの放射性同位体はすべて短寿命で、最も長寿命なのは半減期が13の窒素13です。9.965(4)分。その他はすべて半減期が7.15秒未満で、そのほとんどは620ミリ秒未満です。原子質量数が14未満の同位体のほとんどは炭素同位体に崩壊し、15を超える同位体のほとんどは酸素同位体に崩壊します。最も寿命の短い同位体は窒素10で、半減期は窒素9の半減期は正確には測定されていないが、 143(36) ヨクト秒である。

同位体のリスト

^ ^m N – 励起核異性体。
^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
^ # – # でマークされた原子質量: 値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されます。
^ 崩壊のモード:
^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
^ 陽子放出により崩壊し⁸
Ｃ
すると、すぐに2つの陽子が放出されて⁶
なれ
、2つの陽子を放出して安定した⁴
彼
^[5]
^ abcd 示されている崩壊モードはエネルギー的には許容されますが、この核種で発生することは実験的に観察されていません。
^ 直ちに2つのアルファ粒子に崩壊し、正味反応は¹² N → 3 ⁴ He + e ^{+ と}なります。
^ 陽電子放出断層撮影で使用される
^ 数少ない安定した奇奇核の一つ
^ 窒素の最も重い粒子結合同位体。核ドリップラインを参照

窒素13

窒素13と酸素15は、ガンマ線（例えば雷）が窒素14と酸素16から中性子を叩き出すことで大気中に生成されます。

¹⁴ N + γ → ¹³ N + n

¹⁶ O + γ → ¹⁵ O + n

その結果生成された窒素13は半減期で崩壊する。9.965(4)分で炭素13に衝突し、陽電子を放出する。陽電子はすぐに電子と消滅し、約2つのガンマ線を生成する。511 keV。雷の後、このガンマ線は半減期10分で消滅しますが、これらの低エネルギーガンマ線は平均して空気中を約90メートルしか移動しないため、風に運ばれて漂う¹³ Nと¹⁵ Oの「雲」として1分程度しか検出されない可能性があります。^[7]

窒素14

窒素14は天然窒素の約99.636%を占めています。

窒素 14 は、陽子と中性子の数が両方とも奇数(それぞれ 7 個) である非常に数少ない安定した核種の 1 つであり、その元素の大部分を占める唯一の核種です。各陽子または中性子はプラスまたはマイナスのスピン 1/2の核スピンを寄与し、核全体の磁気スピンは 1 になります。

宇宙における窒素 14 と窒素 15 の元々の供給源は恒星内元素合成であると考えられており、 CNO サイクルの一環として生成されます。

窒素14は、自然に発生する放射性炭素14の源です。ある種の宇宙放射線は、地球の上層大気中の窒素14と核反応を起こし、炭素14を生成します。炭素14は、半減期1000分の1で窒素14に戻ります。5700(30)年。

窒素15

窒素15は窒素の稀な安定同位体です。窒素15の発生源は酸素15の陽電子放出^[8]と炭素15のベータ崩壊の2つです。窒素15はすべての同位体の中で最も低い熱中性子捕獲断面積を持っています。^[9]

窒素-15はNMR（窒素-15 NMR分光法）でよく使用されます。整数核スピンと四重極モーメントを持つより豊富な窒素-14とは異なり、¹⁵ Nは半分の分数核スピンを持ち、NMRでは線幅が狭いなどの利点があります。

窒素 15 トレーシングは窒素循環を研究するために使用される技術です。

窒素16

放射性同位体¹⁶ N は、通常運転中の加圧水型原子炉または沸騰水型原子炉の冷却材中の主要な放射性核種である。これは、 ¹⁶ O (水中)から(n,p) 反応によって生成され、この反応では¹⁶ O 原子が中性子を捕獲し、陽子を放出する。半減期は約 7.1 秒と短いが^{[4] 、}¹⁶ Oに戻る崩壊時に高エネルギーのガンマ線(5 ～ 7 MeV) が発生する。^[4]^[10]このため、加圧水型原子炉の一次冷却材配管へのアクセスは、原子炉の発電運転中は制限されなければならない。^[10]これは、一次冷却材システムから二次蒸気サイクルへの漏れを敏感かつ即座に示す指標であり、そのような漏れを検出する主な手段である。^[10]

同位体シグネチャー

参考文献

^ 「標準原子量：窒素」CIAAW . 2009年。
^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術レポート）」.純粋および応用化学. doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II)。表、グラフ、参考文献*」。Chinese Physics C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.
^ abcdef Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」（PDF） . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
^ abc Cho, Adrian (2023年9月25日). 「窒素の一瞬の形態が核理論を限界まで引き伸ばす」. science.org . 2023年9月27日閲覧。
^ ab 「窒素の原子量 | 同位体存在比と原子量に関する委員会」ciaaw.org . 2022年2月26日閲覧。
^ Teruaki Enoto; et al. (2017年11月23日). 「雷放電によって引き起こされる光核反応」. Nature . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID 29168803. S2CID 4388159.
^ CRC化学物理ハンドブック（第64版）。1983-1984年。p. B-234。
^ 「評価済み核データファイル（ENDF）の取得とプロット」国立核データセンター。
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[3] N – 励起核異性体。

[5] ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。

[TMS-6] # – # でマークされた原子質量: 値と不確実性は純粋な実験データからではなく、少なくとも部分的に質量表面 (TMS) の傾向から導き出されます。

[8] 崩壊のモード:

[9] 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。

[10] ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。

[TNN-11] # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種の傾向 (TNN) から導き出されたものです。

[13] 陽子放出により崩壊し⁸
Ｃ
すると、すぐに2つの陽子が放出されて⁶
なれ
、2つの陽子を放出して安定した⁴
彼
^[5]

[decay_mode_1-14] 示されている崩壊モードはエネルギー的には許容されますが、この核種で発生することは実験的に観察されていません。

[15] 直ちに2つのアルファ粒子に崩壊し、正味反応は¹² N → 3 ⁴ He + e ^{+ と}なります。

[16] 陽電子放出断層撮影で使用される

[17] 数少ない安定した奇奇核の一つ

[19] 窒素の最も重い粒子結合同位体。核ドリップラインを参照

[1] 「標準原子量：窒素」CIAAW . 2009年。

[CIAAW2021-2] Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術レポート）」.純粋および応用化学. doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.

[AME2020_II-4] Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II)。表、グラフ、参考文献*」。Chinese Physics C . 45 (3): 030003. doi :10.1088/1674-1137/abddaf.

[NUBASE2020-7] Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」（PDF） . Chinese Physics C. 45 ( 3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.

[N9sci-12] Cho, Adrian (2023年9月25日). 「窒素の一瞬の形態が核理論を限界まで引き伸ばす」. science.org . 2023年9月27日閲覧。

[Atomic_Weight_of_Nitrogen-18] 「窒素の原子量 | 同位体存在比と原子量に関する委員会」ciaaw.org . 2022年2月26日閲覧。

[20] Teruaki Enoto; et al. (2017年11月23日). 「雷放電によって引き起こされる光核反応」. Nature . 551 (7681): 481–484. arXiv : 1711.08044 . Bibcode :2017Natur.551..481E. doi :10.1038/nature24630. PMID 29168803. S2CID 4388159.

[21] CRC化学物理ハンドブック（第64版）。1983-1984年。p. B-234。

[22] 「評価済み核データファイル（ENDF）の取得とプロット」国立核データセンター。

[Neeb-23] Neeb, Karl Heinz (1997). 軽水炉を備えた原子力発電所の放射化学。ベルリン-ニューヨーク: Walter de Gruyter。p. 227。ISBN 978-3-11-013242-7. 2016年2月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年12月20日閲覧。