キセノンの同位体

天然に存在するキセノン（₅₄ Xe）は、7つの安定 同位体と2つの非常に長寿命の同位体で構成されています。124 Xe（半減期1.8 ± 0.5（stat）± 0.1（sys）^× 10）では二重電子捕獲が観測されています。²²年）^[2]および¹³⁶の二重ベータ崩壊（半減期2.165 ± 0.016（統計）± 0.059（システム） × 10²¹年）^[7]は、すべての核種の中で最も長い半減期の1つです。同位体¹²⁶Xeと¹³⁴Xeも二重ベータ崩壊を起こすと予測されていますが、^[8]このプロセスはこれらの同位体で観測されたことがないため、安定していると考えられています。^[9][10][11]これらの安定した形態以外に、32の人工不安定同位体とさまざまな異性体が研究されており、最も長寿命なのは半減期¹²⁷Xe。他のすべての同位体の半減期は12日未満で、ほとんどが20時間未満です。最も短寿命の同位体¹⁰⁸Xe^[12]の半減期は58μsで、陽子と中性子の数が等しい最も重い既知の核種です。^{既知の異性体の中}で最も長寿命なのは半減期が11.934日の^131mXeは129 Iのベータ崩壊によって生成される^（半減期：1600万年）。131mXe、¹³³Xe、^133mXe、^{135 Xeは235} Uと²³⁹ Puの核分裂生成物の一部である核爆発^の指標として使用される。

人工同位体¹³⁵ Xe は、核分裂炉の運転において非常に重要な意味を持っています。^{135 Xe は、}熱中性子の断面積が2.65×10 ⁶バーンと非常に大きいため、中性子吸収体または「毒」として機能し、一定期間の運転後に連鎖反応を遅らせたり停止させたりすることができます。 これは、プルトニウム生産のためにアメリカのマンハッタン計画によって建設された最初の原子炉で発見されました。 この効果のため、設計者は、連鎖反応を開始するために必要な初期値よりも原子炉の反応性(核燃料の他の原子を核分裂させる核分裂あたりの中性子の数) を増やすための準備をする必要があります。 同じ理由で、核爆発と発電所で生成される核分裂生成物は、 ¹³⁵
Xeは定常状態の原子炉で中性子を吸収しますが、¹³⁵
爆弾の爆発によって中性子放射から除去される前に、キセノンに崩壊する時間があったはずです。

原子炉からは、割れた燃料棒からの核分裂ガスの放出や、冷却水中のウランの核分裂により、比較的高濃度の放射性キセノン同位体も放出されていることがわかっています。^[要出典]これらの同位体の濃度は、天然に存在する放射性希ガス ²²² Rnと比較すると、通常は依然として低いです。

キセノンは 2 つの親同位体のトレーサーであるため、隕石中のXe同位体比は太陽系の形成を研究するための強力なツールです。I -Xe年代測定法は、核合成から太陽系星雲からの固体物体の凝縮までの経過時間を示します(キセノンは気体であるため、凝縮後に形成された部分のみが物体内に存在することになります)。キセノン同位体は、地球の分化を理解するための強力なツールでもあります。ニューメキシコの二酸化炭素井戸ガス中に見つかった過剰な¹²⁹ Xe は、地球形成直後のマントル由来のガスの崩壊によるものと考えられていました。 ^[13]大気中のキセノンの同位体組成は、おそらく大気中の O ₂の上昇の結果として、GOEの前に安定する前に変動していたことが示唆されています。^[14]

• 同位体組成は空気中のものを指します。

キセノン124はキセノンの同位体であり、非常に長い半減期を持つテルル124への二重電子捕獲を受ける。1.8 × 10 ²²年、宇宙の年齢よりも12桁以上長い（(13.799 ± 0.021) × 10 ⁹ 年）。このような崩壊は2019年にXENON1T検出器で観測されており、これまで直接観測された中で最も稀なプロセスです。 ^[16]（他の原子核のさらに遅い崩壊も測定されていますが、直接観測するのではなく、数十億年にわたって蓄積された崩壊生成物を検出することでした。^[17]）

キセノン133 （ Xeneisolというブランド名で医薬品として販売され、ATCコード V09EX03（WHO））はキセノンの同位体です。これは、肺機能の評価や肺の画像化のために吸入される放射性核種です。^{[18]また、特に}脳内の血流の画像化にも使用されます。^{[19] 133} Xeは重要な核分裂生成物でもあります。^[要出典]一部の原子力発電所から少量が大気中に放出されています。^[20]

キセノン135は、ウランの核分裂生成物として生成されるキセノンの放射性同位体です。半減期は約9.2時間で、中性子を吸収する最も強力な核毒物として知られています（中性子吸収断面積は200万バーン^[21]）。核分裂によるキセノン135の総収率は6.3％ですが、そのほとんどは核分裂で生成されたテルル135とヨウ素135の放射性崩壊によるものです。キセノン135は原子炉の運転に大きな影響を与えます（キセノンピット）。一部の原子力発電所では少量が大気中に放出されています。^[20]

キセノン136はキセノンの同位体であり、非常に長い半減期を持つバリウム136への二重ベータ崩壊を起こす。2.11 × 10 ²¹年、宇宙の年齢よりも10桁以上長い（(13.799 ± 0.021) × 10 ⁹ 年)。これは、ニュートリノなしの二重ベータ崩壊を探索するための濃縮キセノン観測実験で使用されています。

• キセノン同位体地球化学

• 同位体質量は、Georges Audi、Aaldert Hendrik Wapstra、Catherine Thibault、Jean Blachot、Olivier Bersillon 著の Ame2003 Atomic Mass Evaluation より、 Nuclear Physics A729 (2003)に掲載されています。
• 同位体組成と標準原子質量:
  • de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl ; De Bièvre, Paul ; Hidaka, Hiroshi ; Peiser, H. Steffen ; Rosman, Kevin JR ; Taylor, Philip DP (2003). 「元素の原子量。レビュー 2000 (IUPAC 技術レポート)」。純粋および応用化学。75 (6): 683–800。doi : 10.1351/pac200375060683。
  • Wieser, Michael E. (2006). 「元素の原子量 2005 (IUPAC 技術レポート)」.純粋および応用化学. 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351/pac200678112051 .
• 「ニュースとお知らせ: 標準原子量の改訂」国際純正応用化学連合。2005 年 10 月 19 日。
• 半減期、スピン、異性体データは、以下のソースから選択されています。
  • アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
  • 国立核データセンター。「NuDat 2.x データベース」。ブルックヘブン国立研究所。
  • ホールデン、ノーマン E. (2004)。「11. 同位体の表」。ライド、デビッド R. (編)。CRC化学および物理学ハンドブック(第 85 版)。フロリダ州ボカラトン: CRC プレス。ISBN 978-0-8493-0485-9。