Карта нуклидов–2003

В.П.Чечев, д.ф.-м.н., директор отраслевого Центра радионуклидных данных, Радиевый институт им. В.Г.Хлопина

В этой статье читатели имеют возможность познакомиться со вторым изданием настенной карты нуклидов, опубликованной в России (Москва, ЦНИИАтоминформ, 2003). Первая версия карты вышла в свет в ЦНИИАтоминформ в 1998 году. Во второй версии учтена новая информация, появившаяся за прошедшие 5 лет.

Карта нуклидов разработана на основе сведений, содержащихся в базе данных Центра радионуклидных данных Радиевого института им. В.Г.Хлопина «Ядерные характеристики нуклидов». Организатором и научным руководителем работ по созданию карт и справочников нуклидов в России является профессор Т.В.Голашвили, интервью с которым представлено ниже. Ранее карты нуклидов различного содержания регулярно публиковались (и продолжают публиковаться) в Германии, США, Франции и Японии. Представленная здесь карта нуклидов названа международной, так как в ее разработке, кроме российских ученых, приняли участие также специалисты некоторых зарубежных центров ядерных данных и, в частности, Центра ядерных данных Китая.

Карты нуклидов дают наглядную первичную информацию об основных характеристиках стабильных нуклидов и свойствах распада радиоактивных ядер. Дальнейшие, более детальные сведения о характеристиках нуклидов содержатся в различных специализированных сборниках и базах ядерных данных. Для их извлечения специалисты чаще всего используют сейчас компьютерную технику. Однако так же как электронные носители не отменили традиционную форму литературы в виде печатных книг, так и в атомной науке и технике по-прежнему сохраняют свое значение справочники и карты нуклидов. Благодаря им каждый желающий может быстро сориентироваться в огромном количестве нуклидов (более 3000), ядерных изомеров, атомных масс, периодов полураспада и других характеристик. Краткая первичная информация из карты нуклидов совершенно необходима экологам при анализе радиоактивных загрязнений окружающей среды, медикам – для оценки воздействия лечебных радиоактивных препаратов во времени и возможного наличия в них нежелательных примесей, и, конечно, в первую очередь, специалистам-ядерщикам – при анализе примесей в радионуклидных источниках, при планировании и проверке постоянно возникающих идей в отношении использования на практике тех или иных радиоактивных нуклидов.

Термин «нуклид» был введен в атомную науку для того, чтобы отличать изотопы разных химических элементов по их ядерным свойствам. Нуклид – это атом с данным числом протонов в ядре Z, которое определяет заряд ядра, и числом нейтронов N. Сумма A=Z+N представляет собой массовое число нуклида. Эти три числа определяют место нуклида (его «квадрат») в обсуждаемой здесь карте нуклидов. По горизонтали на карте увеличивается число нейтронов, по вертикали – число протонов. Таким образом, так как число протонов Z является одновременно порядковым номером химического элемента в периодической системе Менделеева, на карте нуклидов горизонтальный ряд «нуклидных квадратов» соответствует изотопам одного и того же химического элемента. Вертикальные ряды квадратов составляют изотоны, т.е. нуклиды с одним и тем же числом нейтронов в ядре. Нуклиды с одним и тем же массовым числом A (изобары) располагаются по диагоналям (в направлении слева снизу направо вверх). По этим линиям происходят ядерные превращения нуклидов посредством бета-распадов и реакций (p,n), (n,p) с заменой нейтрона на протон, и наоборот. Направления других видов распада и ядерных реакций показаны в пояснительной части карты нуклидов. Для минимизации размеров карты она представлена на плакате несколькими перекрывающимися частями (секциями).

Информация об основных характеристиках нуклидов содержится на карте в соответствующих нуклидных квадратах. В первой строке квадрата для всех нуклидов указан символ химического элемента и массовое число нуклида. Во второй строке дана массовая характеристика hspace=4 в энергетических единицах (миллионах электрон­вольт, МэВ). Это т.н. «избыток массы», разность между массой нуклида и его массовым числом в энергетических единицах (по определению, для нейтрального атома углерода12 величина hspace=4=0, отсюда одна массовая единица получается равной 931,4 МэВ). Для большинства нуклидов величина hspace=4 отрицательна, лишь для нуклидов с массовым числом hspace=4 она становится положительной. В третьей строке приведены квантовые характеристики основного состояния ядра – его спин и четность. Если нуклид обладает метастабильными возбужденными состояниями (изомерами) со временем жизни больше 1 мс, то их характеристики приводятся в том же квадрате. С этой целью нуклидный квадрат при наличии одного изомера делится на две половины, при наличии двух изомеров – на три части. В четвертой строке для радиоактивных нуклидов приведена одна из самых важных характеристик ядерного распада – период полураспада радионуклида. Для стабильных нуклидов в этой строке дается процентное содержание нуклида в природной смеси изотопов рассматриваемого химического элемента. В пятой строке для радиоактивных нуклидов приведены виды ядерных превращений (распадов), которые они испытывают hspace=4 и др.). Для стабильных нуклидов в этой строке дается сечение радиационного захвата тепловых нейтронов (сечение активации) в барнах.

Кроме указанных основных характеристик, размещенных в 5 строках, на оставшихся 4 строках квадратов для радиоактивных нуклидов приводятся следующие дополнительные характеристики ядерного распада: полная энергия распада Q в килоэлектронвольтах (кэВ), средняя энергия бета-излучения в тех же единицах (в угловых скобках), энергии наиболее интенсивных альфа­ и гамма-излучений (также в кэВ). Одно из достоинств нашей карты нуклидов, отличающее ее от аналогичных изданий в США, Франции, Германии, – это оцененные данные для наиболее важных характеристик – избытка массы, процентного содержания в смеси изотопов и сечения активации для стабильных нуклидов; избытка массы, периода полураспада и энергии распада для радиоактивных нуклидов.

Еще в 60-е годы прошлого века специалисты атомной науки и техники поняли, что одно или даже два измерения не обеспечивают достоверности используемого значения ядерной характеристики и правильную оценку ее погрешности. Необходимы измерения одной и той же ядерной характеристики в нескольких лабораториях с последующим определением «лучшего», наиболее достоверного значения и его погрешности в результате анализа, отбора, коррекции и статистической обработки опубликованных экспериментальных данных, проверки внутренней согласованности характеристик в рамках имеющихся теоретических моделей, балансовых соотношений и зависимостей. Эти дополнительные исследования получили название «оценки ядерных данных», и в настоящее время существуют обширные файлы оцененных данных, в том числе по характеристикам распада радионуклидов. В то же время эти исследования продолжаются, и методы оценки совершенствуются, поскольку продолжается накопление более точных экспериментальных данных, далеко не всегда согласующихся друг с другом. В карте нуклидов2003 использованы оцененные данные из международного файла Evaluated Nuclear Structure Data File (ENSDF), результаты оценки характеристик широко применяемых радионуклидов, полученные международной кооперацией Decay Data Evaluation Project, а также собственные оценки специалистов Центра радионуклидных данных. Таким образом, впервые для 5 важнейших нуклидных характеристик в информационных квадратах карты нуклидов представлены оцененные значения с погрешностями, полученными из всей совокупности опубликованных экспериментальных данных.

Журнал «Атомная стратегия» № 23, июль 2006 г.

назад

Материалы из архива

10.2009 Чернобыль и Саяно-Шушенская ГЭС: что ведет к катастрофе

О.М.Ковалевич, доктор технических наук, профессор  Авария на Саяно-Шушенской ГЭС (СШ ГЭС) всколыхнуло воспоминания о Чернобыльской катастрофе, в том числе среди тех, кто был её свидетелем  не со стороны. Много общего, несмотря на возможность извлечь уроки за более чем двадцатилетний разрыв по времени. Толчком к созданию этих заметок послужила статья Б.И.Нигматулина [1] и  дальнейшие публикации в СМИ, где особо впечатлил анализ возможных причин и путей развитий аварии  в [2].

11.2006 Система радиационного мониторинга окружающей среды

В.П.Демченков, И.Э.Новиков, Государственный научный центр Центральный научно-исследовательский и опытно-констукторский институт робототехники и технической кибернетики, Россия Опыт применения техники ЦНИИ РТК во время ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС показывает, что придание средствам противодействия радиационного загрязнения новых технических качеств требует нескольких лет целенаправленной работы.

5.2009 Система АЭС малой мощности как фактор национальной безопасности России

Т.Д.Щепетина, к.т.н., нач. лаб. ИЯР РНЦ «Курчатовский институт» Но никогда ИМ не увидеть НАС      Прикованными к веслам на галерах!В.Высоцкий, «Еще не вечер»Концепция национальной безопасности Российской Федерации - система взглядов на обеспечение в Российской Федерации безопасности личности, общества и государства от внешних и внутренних угроз во всех сферах жизнедеятельности… в экономической, внутриполитической, социальной, международной, информационной, военной, пограничной, экологической и других сферах.