① 世界不同地区金刚石碳同位素组成范围及其模式特征
图9.5 世界上不同类型金刚石 / 钻石碳同位素分布图
(据 Stachel et al.,2009)
Figure 9.5 Histogram of carbon isotopes of different diamond types around the world
(Stachel et al.,2009)
图9.6 世界不同克拉通金刚石 / 钻石碳同位素的分布及差异
(据 Stachel et al.,2009)
Figure 9.6 Histogram of carbon isotopes of diamonds from different cratons around the world
(Stachel et al.,2009)
金刚石/钻石是了解岩石圈地幔碳同位素组成及地壳和地幔碳循环最重要的幔源样品,金刚石/钻石碳同位素也是了解岩石圈地幔流体碳同位素组成、分馏以及历史上存在的壳幔作用重要的证据。如果说地幔不均一包含了碳这种轻元素地球化学特性的话,那么,金刚石/钻石的碳同位素组成理应也是区分不同矿区金刚石/钻石来源的重要指标。但是遗憾的是,目前所获得的世界不同矿区金刚石/钻石碳同位素的组成大部分是重叠的,主要是地幔来源的碳,δ13C集中在-9‰~-2‰范围内,其中橄榄岩型金刚石/钻石和榴辉岩型金刚石/钻石的碳同位素的数值往往有差异,橄榄岩型金刚石/钻石的碳同位素较为集中,较难区分,主要分布范围和幔源碳是一致的,其中方辉橄榄岩和二辉橄榄石型金刚石/钻石碳同位素的峰位有一定差异,前者突出的峰位在-5.50±0.25‰,另外一个在-4.50‰~-3.50‰,后者的3个峰位于-5.00‰~-4.75‰,-4.50‰~3.75‰和-3.00‰~-2.25‰,其中最后的含重碳同位素的峰位实际上只出现在Kalahari和西非克拉通的金刚石/钻石中;榴辉岩型金刚石/钻石的碳同位素虽然主峰也是在-5‰附近(-5.25‰~-4.75‰和-4.50‰~-3.75‰两个峰,后者-4.25±0.25‰只见于Kalahari克拉通),但其碳同位素数据较为分散,往往有较大的变化范围,并且相对较轻δ13C 比例明显较大,部分碳可能来自地壳有机碳的循环物质(最轻δ13C为-41‰,图9.5,9.6)(Peter,1980;Cartigny et al.,1998;张宏福等,2009;Stachel et al.,2009)。另外,含与不含包裹体金刚石/钻石的碳同位素也有明显的分别,和包裹体主要成分可能有关,也反映了形成时环境流体的氧化还原状态及流体性质的影响(Stachel et al.,2009)。
显然,和其金刚石/钻石类型比例相对应,不同金刚石/钻石矿区δ13C的分布范围及其集中分布区域有一定的差异(图9.6),甚至距离非常近的两个矿也可以具有明显的差异,例如俄罗斯ADP金刚石/钻石成矿省Grib 岩管和Zolotitsa岩管,两者距离不远,但碳同位素组成前者是单峰分布,主体碳同位素集中在–5.5‰,而后者是双峰分布,两个峰分别在-6.5‰和-3.5‰,并且有较大比例的金刚石/钻石是富含轻碳的,最轻的δ13C为-22‰左右(图9.7)。
图9.7 俄罗斯 ADP 金刚石 / 钻石成矿省 Grib 岩管和 Zolotitsa 岩管碳同位素分布
(据Palazhchenko,2008)
Figure 9.7 Histogram of carbon isotopes of diamonds from Grib pipe and Zolotitsa pipe of ADP,Russia
(Palazhchenko,2008)
因此,总体上可以将世界不同金刚石/钻石矿区碳同位素δ13C分为分布范围比较窄和具有独特性的几个不同类型(见附表5):
(1)分布很窄,单峰式分布集中在重碳(大于或在-3.5‰±)的矿区:例如,加拿大Slave克拉通Snap lake/ King lake 矿,Superior省Wawa的Cristal矿;澳大利亚新南威尔士主要为重碳同位素组成的B组金刚石/钻石(-5.5‰~+2.9‰,集中在+1.0‰~+2.0‰)。
(2)分布范围较窄,单峰式分布集中在幔源碳(-5‰)的矿区:这是大多数金刚石/钻石矿的模式,包括加拿大Slave克拉通Ekati 和Diavik矿区;俄罗斯ADP成矿省V.Grip岩管;几内亚Kankan地区;南非普列米尔、Finsch、Venetia、De Beers Pool、刚果(扎伊尔) Mbuji;中国辽宁和山东。
(3)分布范围较窄,单峰式分布集中在轻碳(小于-8‰)的矿区:北澳克拉通阿盖尔(Argyle)矿区,主峰值在-11‰~-10‰,和该矿主要由榴辉岩型金刚石/钻石的特征相一致;Kalahari克拉通;新南威尔士A组金刚石/钻石。
(4)分布范围很大,单峰式分布的矿区:特别的例子包括巴西Juina地区,范围很大为–25‰~-2.67‰,众数-4.9‰,低地幔金刚石/钻石集中在-5‰;俄罗斯乌拉尔砂矿,分布范围为–18.9‰~+2.3‰,但单峰在-6‰~-5‰。
(5)分布范围很大,双峰或数据分散的矿区:包括典型的如加拿大Slave克拉通Jericho矿,分布范围大,包括世界上最轻的碳(-41‰),双峰分布,主峰约-35‰,小峰位于-5‰;Alberta省Buffalo Head Hills,众数位于-5‰、-17‰,大比例集中于轻碳同位素值(<-10‰);俄罗斯ADP成矿省Lomonsov矿区(-4.0‰~-2.0‰和-7.0‰~-5.0‰)峰分布;俄罗斯雅库特金刚石成矿省Udachnaya和Mir原生矿;塞拉利昂;博茨瓦纳Orapa和Jwaneng,其中前者P型主要集中在-5‰~-7%,E型主要集中在-13‰~-15‰,后者双峰在-1‰~-2‰和-18‰~-20‰;纳米比亚;北澳克拉通的艾伦代尔(Ellendale),中国湖南沅水流域等。
依据上述分类要素的综合对比结果见9.3.2。
② 放射性同位素在能源,农业,医疗,考古的作用
放射性同位素的应用及发展
作者:未知 文章来源:河北省环境保护局网站 点击数:254 更新时间:2005-10-26
在元素周期表中,一个元素占据一个位置。后来,科学家又进一步发现,同一位元素的原子并不完全一样,有的原子重些,有的原子轻些;有的原子很稳定,不会变,有的原子有放射性,会变化,衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线,因此称放射性同位素。放射性同位素具有以下三个特性:
第一,能放出各种不同的射线。有的放出α射线,有的放出β射线,有的放出γ射线或者同时放出其中的两种射线。还有中子射线。其中,α射线是一束α粒子流,带正电荷,β射线就是电子流,带有负电荷。
第二,放出的射线由不同原子核本身决定。例如钴-60原子核每次发生衰变时,都要放射出三个粒子:一个β粒子和两个光子,钴-60最终变成了稳定的镍-60。
第三,具有一定的寿命。人们将开始存在的放射性同位素的原子核数目减少到一半时所需的时间,称为半衰期。例如钴-60的半衰期大约是5年。
放射性同位素有三个主要来源——加速器中带电粒子的产物,反应堆中的中子轰击产物和分离出的裂变产物。使用放射性同位素的主要优点是可以通过测定它们发射的粒子和鉴定其特有的半衰期和辐射性质,探测它们的存在。放射性同位素在能源、工业、农业、医疗、环境、考古等诸多方面都有着广泛的应用。
示踪技术
示踪方法是引入少量放射性同位素,并随时观察其行踪的方法。例如在肥料中掺入少量的放射性磷-32(半衰期为14.28天,发射1.7兆电子伏的β粒子),可以找到给植物施磷肥的最好方法。用探测或照相胶片测量辐射随时间的变化及其在植物中的位置,就能得到磷的摄入率和累积率的准确资料。同样,给人体注射无害的放射性钠-24(半衰期15.03小时)溶液,可以进行人体血液循环的示踪实验。为了医学诊断的目的,希望引入足够的放射性物质以便提供所需要的数据,但是放射性物质不能达到有害于人体的程度。
再如,监视掺合了放射性同位素流体的行踪可以确定许多种物质的流速,如人体中的血液,输油管中的石油或排入江河中的污水等。利用示踪技术还可以对生物体内的农药形式进行分析,研究农药施用后发生的变化及其在生态系统中运动的规律。
有关光合作用的基本产物的知识,也是在利用二氧化碳-14(14CO2)作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外,有些植物具有非常巧妙的机能--在夜间,不断地吸收二氧化碳,到了白昼,就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。
利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如,由于昼夜之间的差别,植物的呼吸情况有什么不同?呼吸对光合作用有什么影响?不同植物之间,呼吸有什么差异等等。
此外,由光合作用产生的淀粉、蛋白质、脂肪等各种物质,在植物体内是怎么样运动、转移的?又是怎么样积累并贮存到各种不同的“仓库”里去的?这些“仓库”包括果实(像稻米、小麦)、 茎(像薯仔)、根块(像甘薯)等。所有这些自然界的巧妙安排和行为,也都是在利用示踪剂--二氧化碳-14进行研究之后才得以解释清楚。目前,除了碳-14以外,还可配合使用其它的放射性同位素,如磷-32、氢-3等作示踪剂,从而使一些研究工作能够做得更加细致周密。
还有一些工作,如除草剂的研究、家畜或鸡饲料中养分的传送方式的研究以及各种昆虫的生态方面的研究等等,都离不开使用示踪剂的方法。正是因为有了示踪剂技术,才为各种精密的研究开辟了新的道路,促进了各方面研究工作的开展。
中子活化分析
活化分析是一种揭示微量杂质的存在及其数量的分析方法。用中子(如反应堆中子)辐照可能含有某种痕量元素的材料样品,不同的原子核吃掉慢中子后产生的放射性同位素会进行完全不同的核衰变,通过测量其发射的β或γ射线的特有能量和强度,就能得到有关杂质的含量。即使是肉眼看不见的像尘埃那么大小的物料,只要放到反应堆里照射一下,就能定量地测定出其中所包含的许多种微量元素。
这种测定方法用途广泛。例如,调查直升飞机喷洒农药的分散效果。农药散布到稻田以后,从各个不同部位采集稻秧,放到反应堆中照射,经过活化分析,便可测出微量农药的放射性。从而可以知道每颗稻秧上粘附的农药量。根据这些测定数据可以绘制出农药散布量的分布图。
为了调查由工厂排出的煤烟或废水引起的公害,也常常离不开使用活化分析。例如,对大气中的微量尘埃取样,进行活化分析,就能获得很多有关大气的情报。如尘埃中含有哪些元素?每种元素的含量是多少。也可以查清城市废物焚烧炉、各种锅炉、钢铁厂的冶炼电炉等不同污染源与环境污染的关系等等。另外,活化分析也可以研究煤烟或废水是如何扩散的?
活化分析技术应用于侦破化学,也是很有成效的。通常,刚打过手枪的罪犯,在衣服袖口和前胸等部位总是附着一些硝烟痕迹。从嫌疑犯的衣服上剪下一小片,放到反应堆中接受照射,进行活化分析。于是,硝烟中的各种微量元素,比如锑、钡等等便可以清清楚楚地显示出来。然后,把这些数据与被害者身上测到的数据进行对照,就能弄清两者是否相同。从而可以拿出罪犯料想不到的铁证。
此外,对于罪犯留在作案现场的毛发,也常常要透过活化分析来进行调查研究。比如,某小汽车后面的行李箱内所发现的头发是不是被害者的,便可透过活化分析来判断。在这里不必再举拿破仑遗发的例子,因为原理一样,把收集到的毛发放到反应堆中照射,进行活化分析,测出其中的微量元素,根据这些测定数据就能判断甲、乙或者其它某人是否与案件有关。
在侦破化学中,活化分析还可用来搜查兴奋剂和麻醉毒品。透过对兴奋剂进行活化分析,测定出表示各种合成方法特征的微量药品,然后根据这些微量药品的混入情况就能鉴别兴奋剂的制造方法。再如,从世界各地来的大麻或鸦片之类的毒品中,含有铈(Ce)、镧(La)、钕(Nd)等等不同的微量稀土元素,透过活化分析测出这些元素的含量,就能了解这些毒品的产地。从而可以查清毒品是否相同,与贩私组织有什么联系等等的问题。
此外,如能配备中子发生器,放到深海底部,就可用于探查海底物质;也可以用来测定古代货币或青铜镜等古代文物与考古学史料等等。据说,为了辨明一幅关于猫的画是否是日本名画家藤田嗣治的名作,就是利用了活化分析的方法。将画放到反应堆接受照射,很快就揭下了假面具。因为分析结果显示出较多的银含量,证明这是一幅巧妙的伪造作品,是透过照片复制而成的。
引发物种变异
应用原子反应堆产生的热中子或加速器产生的快中子,以及放射性同位素放出的射线都可以使生物细胞内遗传物质的结构发生改变,因而引起生物形形色色的性状突变。放射性同位素的这种性质可以为我们:
1. 辐射育种
随着科学技术的发展,人们已不再单纯地利用植物本身自然产生的变异,而是能够应用现代科学的成就来人工创造新的变异类型,这种方法叫“人工引变”。大体说来,应用人工引变诱发的有利突变可以有千分之一的机率,而自然产生的突变只有百万分之一的机率,人工引变可以提高突变率一千倍。但是到目前为止,人们还不能控制变异的方向。我们必须在各种变异的后代中,进行认真仔细的选择,才能育成符合我们所期望的良种。这种应用射线引变选育良种的方法叫做“辐射育种”。它是继“系统选种”,“杂交育种”之后而兴起的一种新的育种方法。
2.辐射灭虫
大量的辐照也可以使某些害虫发生变异。例如:螺旋蝇的幼虫在经过一定辐射后,就会丧失生育能力。然后,让这些绝育的螺旋蝇与虫灾地区的螺旋蝇进行交配,可让交配后的雌虫再也不会产卵繁殖了。这样,经过大约一年半的时间,就可以使这种蝇灭绝。这种消灭害虫的作战方法叫做“辐射绝育法”,也叫“雄性不育法”。
利用辐射杀伤力
1.食品保鲜
就是利用放射性同位素或低能加速器放出的射线对食品进行辐射处理,达到长期保藏食品的目的。放射线有一些特殊的本领。它具有较高的能量,穿透物质的能力强。一定剂量的照射,能杀死寄生在食品表面及内部的微生物和害虫。适当剂量的照射,能抑制农畜产品的生命活动。这就从根本上消除了食品霉烂变质的根源。
辐照保鲜是一项发展极快的食品保藏新技术。研究结果表明辐照食品对人体没有任何不良影响,可以供人食用,安全可靠。
2.辐照灭菌
利用放射性同位素发出的射线彻底灭菌,是射线杀伤力的一种最直接的利用。尤其是人们经常利用射线对医疗器械进行灭菌消毒。如:手术时缝合伤口用的缝线、肠壁缝合线;一次性注射器;插入支气管用的探针导管、手术用的橡皮手套、取血用的采血板、放入子宫的避孕环、人工肾脏透视器等等,也都采用射线消毒技术。
各个国家应用射线消毒的情况也是多种多样的。例如在印度,盘尼西林,四环素等医药品的消毒是采用射线灭菌法。而俄罗斯,甚至认为塑料制的医疗用品、疫苗、血清等等,只有利用射线灭菌消毒法才是唯一可靠、适用的消毒方法。
另外,辐射灭菌也可用于污水处理中。通常,污水是采用“活性污泥法”进行处理的。由此产生的沉积物、淤渣泥浆也是十分讨厌的,需要进一步处理。由于污泥浆本身含有很多磷、氮等元素,所以可作优质肥料使用。但另一方面,人们也担心在污泥中隐藏了各种各样的细菌。因此,先要用钴-60的伽玛射线对污泥进行辐照灭菌。
治疗癌症
癌症,过去一直被看作不治之症,但是,现在情况有了改变,人们能够进行早期诊断,辅之以早期治疗,因而大大增加了癌症能够被治愈的希望。根据医学辞典的解释,治疗癌症最有效的手段之一就是放射治疗。对于内脏器官上的癌,以手术切除为主,照射为辅。但是有一些癌症表面上看来范围很小,却有可能潜藏着已经发生转移的癌细胞;一旦有癌细胞残留下来,即使是很少的一点,也有可能引起癌症的复发。所以,手术的面积要大些,手术后再用射线进行照射,以杀死残余的癌细胞,根除癌症。
随着射线疗法的不断发展,有很多癌症病例采用射线疗法要比手术治疗效果更好。而且,有些癌症如用手术治疗已经为时过晚,对于这些患者,可以寄希望于射线疗法。要是在过去,不能进行手术就意味着绝望;显然,今天的情况与过去大不一样了。
近年来,利用加速器治病获得很大发展。因为加速器产生的射线具有相当高的能量,有一定的穿透能力。如X射线、γ射线、电子束、质子束、中子束、介子束等,都能穿过人体皮肤和组织,到达肿瘤。大体上说,中子辐照时对癌细胞的杀伤力最强。
为什么射线疗法能够用于治疗癌症呢?那是因为,细胞分裂越是活跃的组织,它对射线的耐受能力就越弱。因此,像癌细胞那样,不断迅速繁殖的、无法控制的细胞组织,在射线进行照射时,对它的杀伤力就显得特别大。那正是射线疗法的目标,是人们所希望的。当然,对于正常的细胞,如果采用大剂量射线进行辐照,也会受到损伤。但是,只要对准癌细胞的巢穴,用适度的射线剂量进行适当的照射,可以做到只杀死癌细胞,而对其周围的正常组织不会造成伤害或少受伤害。
考古应用
宇宙空间一直在不断地向我们的地球发射各种各样的射线,这种射线叫做宇宙射线。其中有一种射线叫做中子射线。这些中子和大气中的氮原子核发生碰撞,打出质子。同时产生出一种新的核素--碳-l4,它是碳原子的放射性同位素。结果,在地球的大气中,碳-l4的含量不断地增加。
但是,正如前面所说,放射性同位素是有一定寿命的,它会不断地发生放射性衰变。碳-l4的半衰期是5568年。就是说,每隔5568年,碳-l4的含量注定要减少一半。这样,碳-l4不断地产生,同时又不断地死亡,结果使大气中的放射性碳-l4浓度达到一定的平衡值。
大家都知道,地球上的植物都要摄取以二氧化碳形式存在的碳元素,才得以不断地同化、生长、繁殖下去。而地球上的动物又是靠着食取植物而生存的。因此,毫无疑问,地球上生长着的动植物体内所含的碳元素中,放射性碳-l4的浓度必然也是达到一定的平衡值。透过测定知道地球上的生物活体中所含的碳-l4浓度为16ppm。这就是说,每一吨普通碳元素中含有的碳-14为16克。
然而,当动植物体死亡以后,体内碳-l4的浓度就要发生变化。因为它与外界的交换完全隔绝,不再摄取二氧化碳气体,也就不会再增加新的碳-14。相反,从这时起,生物体内原先含有的碳-14的浓度却要按照5568年的半衰期一半、一半地不断减少下去。就是说,“历史时钟”的定时器这时已经拨好了。这样,透过测定碳-l4的浓度就可以进行多种多样的测定工作。比如,远古时代的木材、人体遗骨年代的测定,动植物化石或煤炭的年代测定等等。此外,古代发生的巨大地质变化,例如火山爆发、大地震或山洪爆发等自然现象究竟是什么时代发生的?只需要找到当时被埋没的树木等遗骸,透过类似的测定,就可以获得准确的结论。由于碳-l4的半衰期是5568年,所以,上述方法适合于测定五百年以前到三万年以内的这一段时间。例如我国对楼兰女尸、罗布泊纸的年代鉴定等就是采用的碳-l4。可见,碳-l4对于测定人类历史的年代,是再好不过的时钟。
安全卫士
1.离子感烟报警
小小火焰,由于没有及早发现,引起一场大火,结果烧毁房屋财产,造成人身伤亡。许多年来,人们一直在探求火灾报警的方法,以求灾祸在萌芽时就被发现。人们利用火焰燃烧时的各种特性,巳经发明了多种火灾报警装置。例如,利用火焰中含有太阳光中没有的某种紫外光波长制成的感光报警仪器;利用火焰燃烧能使环境温度升高制成的感温报警器;利用可见烟粒能遮光的特性制成的光电感烟报警器等。
但如何探测不可见的烟粒,以达到更早期报警的目的呢?这就要借助于放射性同位素了。
放射性同位素的原子核在无外界作用下能自发地发生衰变,变成另一种原子核,同时放出α射线、β射线或γ射线等。前两种射线都带电,并且具有较高的能量,所以当他们从放射性同位素的原子核内射出,透过空气时,能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能量。
由于烟雾进入电离空间时,吸附了某些离子,使离子迁移速度明显变慢。据此,就可以做成离子感烟探头。离子感烟探头与控制电器装置相配合,构成了火灾自动报警仪器。由于灵敏可靠,造价不高,目前国内外已大批生产各种型号的离子感烟报警仪,广泛地用于宾馆、仓库、图书馆、通讯中心、电视台、轮船甚至家庭,成为火灾报警最普遍采用的仪器。尤其是随着高层建筑的发展,对消防设计提出了更高的要求。目前离子感烟探头及用其它原理制成的各种火灾探测器已能与计算器系统相联,不仅能自动报警,而且能自动灭火,自动切断空调系统及控制电梯降落等等。
既然离子感烟探测器感测对象是颗粒极微小的烟雾,那么,不仅可以用它来作火灾报警,而且可以报警各种可能产生烟雾的灾祸,例如可以做成某些毒气的探测报警装置等。
2. 放射性同位素避雷针
闪电是天空中的放电现象,它的瞬时能量很大。被闪电击中的地方,会使所触及的树木房舍炸裂起火,就像命中一枚炸弹一般。如何躲避雷电的袭击呢?
快捷方式人人爱走,电也是这样,要走电阻最小的通路。避雷针就是竖立在建筑物最高处的一根与地相通的金属杆。杆的上端是尖的,尖端容易放电,形成电阻小的通路。云中的电荷可经避雷针入地,建筑物即可免受雷击。
放射性同位素避雷针的避雷原理与普通避雷针的原理是一样的。所不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量地电离,主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路;而普通避雷针的尖端只能产生少量的离子。
放射性同位素避雷针所产生的电离电流要比普通避雷针高10000倍以上,再加上加速装置的作用还可以提高很多。它能及早放电,使保护区内无闪电产生。还可降低保护区外的电位。保护范围也大得多。用作避雷针
同位素避雷针上的放射源大多是镅-241放射源,它放射α射线,有很强的电离能力。针上的放射性物质是被严格密封起来的,其发射的射线作用距离很短,对建筑物下面的人没有丝毫危害,是绝对安全的。
综上所述,核技术向社会生活多层次全方位的渗透,有着极为丰富的内涵及外延。可以毫不夸张地说,现代核技术与电子技术及材料技术一样,随着现代建设的飞速发展,核技术将成为人类生活不可分割的一部分。
(摘自河北省环境保护局网站:《放射性同位素及辐射技术应用领域的简介》)
③ 俄罗斯科学家用铪和钨两种核素精确测定了地球和月球的年龄,得出月球至少比地球早700万年形成,它们是根
A.质子数相同,中子数不同的同一种元素的不同核素互称为同位素,两种核素的质子数不同,不属于同位素,故A错误;
B.二者的质量数相等,所以原子质量几乎相同,故B正确;
C.因为质子数和中子数之和是质量数,两种原子核内中子数=质量数-质子数=182-72=110、182-74=108,故C错误;
D.质子数=电子数,二者的质子数不同,则电子数不同,故D错误.
故选:B.
④ se-74硒同位素产那里
同位素硒是一种极难获取和提炼的元素,被广泛应用与科研,医药,国防和航天事业.
目前仅有几个国家能提供高纯度的同位素硒.目前,俄罗斯供应的较多。
⑤ 110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120号元素是什么
第110号化学元素,称其为Darmstadtium,缩写为“Ds”,
第111号元素的名称(roentgenium)和元素符号(Rg)
第112号化学元素,英文copernicium,缩写Cn
113: 使第30号元素锌原子加速,轰击第83号元素铋原子。他们连续80天以每秒2.5万次的频率对铋原子标靶进行了1.7×10^19次撞击,结果合成出第113号元素,其原子核的质量数是278。
114:Fl是一种人工合成的放射性化学元素,它的化学符号是Fl,它的原子序数是114,属于弱金属之一。 Fl在1998年合成于杜布纳,用钙轰击钚获得289Fl,是迄今为止已知的最稳定同位素,半衰期达30秒,相比之下,是超铀元素中异乎寻常的长寿核素,似乎正在证实稳定岛理论的预言。
115:Uup是一种人工合成的放射性化学元素,它的化学符号是Uup,它的原子序数是115,属于弱金属之一。 俄罗斯杜布纳联合核研究所2003年9月24日发布消息称,他们已成功合成了门捷列夫元素周期表上的第115号元素,并再次证实了原子核物理中的“稳定岛”假说。 为了合成115号元素,尤里·奥加涅相院士领导的科研小组用加速到1/10光速的钙离子(20号)轰击用镅元素(95号)制成的靶,并在分离115号元素的原子核后进行了衰变记录。3次实验记录的原子核衰变过程完全一样:经过5次持续时间大约20秒左右的α衰变后,得到了105号元素的同位素,存在的时间超过了20小时,从而再次证实了“稳定岛”假说。
116:Livermorium(Lv)是原子序数为116的化学元素的名称,该元素于2011年12月被命名。 它是VIA族最重的元素,但至今仍没有足够稳定的同位素能用在实验当中,以证明它和钋的特性相似。 Uuh于2000年第一次被发现,至今约有30个原子被成功制造,它们是直接合成的,或是Uuo的衰变产物。他们的同位素质量为290至293,而Uuh是当中最稳定的,半衰期为约60 ms。
117:它的化学符号是Uus,它的原子序数是117,属于卤素之一。 Uus 是第117号元素。 由于相对论性效应,Uus化学性质(如键长)会和根据周期表上卤素的趋势推算的不同,它会拥有类金属属性,与砹相似。
Ununseptium(Uus)是IUPAC临时创造的名字。
118:Ununoctium(1-1-8-ium)(元素符号Uuo)是一种人工合成的化学元素,原子量为293,半衰期12毫秒(千分之一秒)。属于气体元素,化学性质很不活泼。属于稀有气体一类。
119:元素符号Une, \
俄罗斯科学家宣布,他们找到了元素周期表上的第119号元素。 119号元素的基态电子配置
位于俄罗斯叶卡捷琳堡市的全俄发明家专利研究院迎来了一位特殊的客人,他是一名工程师,来自斯维尔德罗夫州,他声称自己发现了元素周期表上的第119号元素,并希望获得此项专利
120:俄罗斯科学家打算合成第120号元素:
121号元素Ubu是一种尚未被发现的化学元素,它的暂定化学符号是“Ubu”,原子序数是121,位于122,第8周期、g1族,属于g区元素之一,是一种预计存在的元素。其相对原子质量约为303u。
根据元素周期律推测,122号元素应处于第八周期,但至今还未发现。
⑥ 同位素分析
同位素信息可以帮助了解更多宝石方面的信息,如宝石的形成年龄、母岩特征等,传统的同位素研究需要将所研究的元素电离为液态或气态,而微束技术利用激光或离子束轰击样品中微区(直径几微米)电离粒子,就可得到同位素信息。
目前,已有好几项关于祖母绿同位素的研究项目正在展开。研究发现,祖母绿的氧同位素会因原岩和形成温度的不同而有所不同,据此可以判断祖母绿的产地。ICP-MS和其他仪器相结合,可以用来区分产于巴西戈亚斯的祖母绿与其他产地的祖母绿。
SIMS可以测量大部分元素的同位素组成,这就为彩色宝石产地的鉴定提供了极大的可能性。其精确的同位素比值在彩色宝石材料的产地鉴定方面具有很高的价值。前人研究了不同产地祖母绿的氧同位素比值,将该方法应用到刚玉的研究中,获得了18O与16O的比值。结果表明,同位素能为产地鉴定提供强有力的证据。
天然刚玉中18O/16O的比值是其形成环境的一个很好的指示(图2-19)。在流体和岩石相互作用的过程中寄主岩发生缓冲,因此形成于不同地质环境中的刚玉有一个连续受限的δ18O值范围,δ18O值约束了宝石级红宝石的地质来源。红宝石和蓝宝石中晶格氧的同位素比值(18O/16O),与传统宝石学特征相结合,为宝石学家在解决宝石产地来源问题上提供了一个新的研究方法。对于产自印度迈索尔和卡累利阿/俄罗斯镁铁质麻岩中的红宝石,δ18O值范围在2.9‰~3.8‰之间,δ18O值在3.2‰~6.8‰之间,则对应于含红宝石的铁镁质—超基性岩(角闪岩,蛇纹岩),它包括产于肯尼亚基图伊(Kitui),坦桑尼亚隆基多(Longido)和马达加斯加爱基达(Ejeda)的红宝石;δ18O值范围为4.2‰~7.5‰的红宝石则主要发现于镁铁质—超基性岩的脱硅伟晶岩中,主要见于俄罗斯的乌拉尔,坦桑尼亚的乌姆巴,以及北越南的又安省;δ18O值在11.9‰~13.1‰之间的红宝石的产地包括肯尼亚的约翰索(John Saul)矿区,坦桑尼亚的Matomba、Kitonga和Lukande等矿,这些矿区的红宝石主要位于超基性透镜体和矽线石片麻岩中的伟晶岩互切的剪切带中。产于大理岩中的红宝石,δ18O值最高,前人在所测样品中发现,δ18O值范围高达16.3‰~23‰,主要产区有缅甸的抹谷和孟速,阿富汗的扎达莱卡(Jegdalek),巴基斯坦的Nangimali,尼泊尔的Chuma和Ruyil,塔吉克斯坦斯坦的杜拉考鲁码(Turakuloma),越南的陆安,还包括坦桑尼亚的莫罗戈罗(Morogoro)和俄罗斯的乌拉尔山脉。
图2-19 世界主要刚玉产地的刚玉晶体氧同位素组成δ18O的分布
⑦ Re-Os同位素系统
(1)Re-Os定年基本原理
Re有两种同位素(185、187),其中187Re是放射性同位素。Os有7种同位素(184、186、187、188、189、190、192)。由于187Re衰变产生187Os,190Pt衰变产生186Os,体系中Re/Os和Pt/Os比值的变化会影响187Os、186Os与其他Os同位素的比值。其他几个非放射成因同位素之间的相对比值是不变的。
Re-Os定年法是基于187Reβ衰变产生187Os来计算地质年龄的。根据放射性衰变规律,矿物形成后的t时间内187Os增长方程为:
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式中:187Os代表现在矿物中187Os的含量,mol/g;(187Os)i代表矿物形成时187Os的含量,mol/g,对于辉钼矿此项理论值为0;187Re代表现在矿物中187Re的含量,mol/g;λ为187Re的衰变常数1.666×10-11a-1(±1.02%)(Smolaretal.,1996);t为矿物形成后的年龄,在公式中单位为年(a)。
在近10年间大部分人采用的衰变常数为Smolar等用铁陨石的Re-Os等时线结合Pb-Pb年龄进行计算的187Re衰变常数(1.666±0.005)×10-11a-1(±0.31%,其他实验室只能采用不确定度±1.02%)。最近Selby等2007年结合岩浆岩矿中辉钼矿的Re-Os年龄和同一岩浆岩的U-Pb锆石年龄,对11个矿床进行了统计,更新了187Re衰变常数λ为(1.6668±0.0034)×10-11a-1和(1.6689±0.0031)×10-11a-1,前者是采用了Jaffey1971年准确确定的U的衰变常数。后者是采用Schoene等2006年用ID-TIMSU-Pb法测定的235U的衰变常数。这3个衰变常数在测定值的不确定度范围以内没有差别。
辉钼矿模式年龄采用纯辉钼矿Re-Os定年是简单而有效的方法。因为纯辉钼矿中所含锇基本上为放射成因的187Os。也就是说,初始187Os基本为零。单个辉钼矿Re-Os模式年龄计算公式可由(86.148)式导出并简化如下:
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上式中各符号的含义同(86.148)
对上式全微分(不考虑λ的不确定度)得下式:
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该式表示了辉钼矿模式年龄的相对误差和187Re以及187Os相对误差的近似关系。
187Re-187Os等时线年龄利用一组同时形成、并且自形成以来一直保持封闭体系的多个辉钼矿样品的Re、187Os含量,可以得到一系列187Re-187Os数值,它们均符合公式(86.149)。可用最小二乘法拟合成等时线,其截距为初始187Os含量,斜率为(eλt-1)。从理论上讲,辉钼矿187Re-187Os等时线初始值为零,但由于实验误差,它可能是一个很小的正值或负值,在误差范围内接近零。辉钼矿Re-Os等时线只能给出矿物形成的年龄,不能提供物质来源的信息。
按下式计算等时线年龄和年龄误差:
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上两式中:b为等时线斜率,其他同式(86.148)。
现在国际上通用isoplot软件绘制等时线、给出年龄和误差、初始值和误差以及权重均方差(MSWD)。
还有一种辉钼矿Re-Os定年方法称为Os-Os定年法。它是基于利用核反应:185Re
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所产生的186Re和188Re,分别经过β衰变生成稳定同位素186Os和188Os。186Os和188Os的生成量由照射参数和样品中Re含量决定。只要测定未知辉钼矿样品和已知年龄的辉钼矿定年标准的Os同位素比值,就可计算出Re-Os年龄。187Re/188Os-187Os/188Os等时线年龄对于大部分地质体来说,除了含有放射成因的187Os外还含有普通Os。根据放射性衰变规律,Os同位素比值增长方程为:
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式中:(187Os/188Os)为现在的187Os/188Os比值;(187Os/188Os)i为Re-Os同位素体系封闭时的初始Os同位素比值;其他同式(86.148)。
利用一组同时形成、具有相同初始Os同位素比值,并且自形成以来一直保持封闭体系的样品的Re、Os含量和Os同位素组成,可以计算得到一组187Re/188Os-187Os/188Os同位素比值,用最小二乘法拟合等时线,其截距为初始Os同位素比值(187Os/188Os)i,斜率为(eλt-1)。用isoplot软件绘制等时线,给出年龄和误差、初始值和误差以及权重均方差(MSWD)。同位素比值等时线不仅可以给出矿物形成的年龄,还可以根据初始Os同位素比值给出物质来源的信息。
(2)Re-Os同位素示踪原理
现在,一般认为原始地幔的Os同位素组成是球粒陨石质的,因此利用Os同位素进行示踪时,常以球粒陨石的Os同位素组成为参照(ShireyandWalker的1998年文章)。在任一时间t,球粒陨石的Os同位素组成为:
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式中:(187Os/188Os)chon(t)为t时间球粒陨石的187Os/188Os比值。Shirey和Walker认为球粒陨石187Os/188Os现代比值平均值为0.1270。(187Os/188Os)chon(i)为地球形成时球粒陨石的187Os/188Os比值,由ⅢA铁陨石得到的值为0.09531,该值在球粒陨石演化模型和原始地幔演化模型中都作为演化起点;(187Re/188Os)(chon)为当前球粒陨石187Re/188Os平均值,(187Re/188Os)(chon)=0.40186;4.558×109为地球的形成年龄(ShireyandWalker,1998)。
在地球化学研究中,通常需要示踪岩浆岩的物质来源。由于地壳和地幔的Re/Os比值有很大的差异,因此经过一段时间的演化后,地幔和地壳岩石的187Os/188Os比值会发生变化,初始Os同位素组成是判断幔源岩石和壳源岩石的有力依据。通常用γOs来表示岩石中初始Os同位素组成与当时球粒陨石值的差异。计算公式如下:
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式中:(187Os/188Os)sample(t)为t时间样品的187Os/188Os比值;(187Os/188Os)chon(t)为t时间球粒陨石187Os/188Os比值。γOs>0指示富集地幔或者壳源岩石,γOs<0指示亏损地幔来源的岩石。
(3)Re、Os的基本化学性质
铼位于周期表中ⅦB族,金属铼(Re)呈银灰色,有延展性。粉末是灰色的。金属铼的熔点高达3180℃,仅次于钨。铼在各种化合物中的原子价可从-1到+7。Re(Ⅶ)的化合物最稳定。大部分铼酸盐易溶于水。铼在空气中失去金属光泽,缓慢氧化。当温度高于673K时,在氧气中燃烧生成能升华的Re2O7。金属铼溶于浓硝酸和浓硫酸。在电热板上加热,可将20mg金属铼带迅速溶解在10mLHNO3中。同样条件下金属铼带溶解在30%H2O2中需40min。尽管H2O2溶解的时间较HNO3长,但其介质简单。实验表明,10mL(1+1)H2O2+1mL(1+1)H2SO4,加热40min可将100mg的金属铼带全部溶解。
锇位于周期表中Ⅷ族,属铂族元素。金属锇(Os)是蓝灰色的,熔点很高,高达3000℃。密度很大,硬而脆。锇在各种化合物中的原子价为+3、+4、+6、+8。利用生成可挥发性OsO4是把Os与Re以及其他基体元素分离的主要手段。致密状态的锇不溶解在酸和王水中,细小粉末状的金属锇可被沸腾的浓硝酸或硫酸氧化生成OsO4。用(1+9)硫酸和铬酸酐在氧气中加热120℃,Os定量转变为OsO4。金属锇粉可用氢氧化钠和过氧化钠于630℃熔融,形成可溶性锇酸盐,熔块溶于水后,在强碱性水溶液中生成紫色稳定的六价Os化合物。
四氧化锇具有强烈气味,是有毒的挥发性物质,刺激眼粘膜和呼吸道。它的沸点是131.2℃,熔点40.6℃。当温度分别为0℃、18℃、25℃时,它在100℃水中的溶解度分别为4.3g、6.47g、7.24g。
(4)铼与锇在自然界的分布和地球化学行为
Re和Os在自然界的丰度很低,在大多数岩石和矿物中,Re含量在10-9~10-12范围内,Os含量通常在10-10~10-12范围内。有的岩石矿物Re含量很高,如辉钼矿、黑色页岩、铜镍硫化物、磁黄铁矿等。辉钼矿是Re-Os定年最重要的矿物,一般Re含量在10-9~10-3范围。Re可以取代辉钼矿晶格中的Mo,Re含量甚至可达10-2量级。在俄罗斯远东Kudriavy火山喷发物中还发现了含Re矿物(ReS2),这种稀有矿物开始被误认为辉钼矿。自然界除了这种MoS2和ReS2有相同晶体结构外,还发现在Stillwater杂岩体存在着三价Re的硫化物(纯Re2S3)。
Re为中等不相容元素,Os为相容元素,在地幔熔融过程中,锇倾向于富集在地幔残留相中,Re倾向于富集在熔浆中。这导致地幔与地壳的Re/Os比值发生很大的变化,地幔Re/Os<0.13,地壳的Re/Os>1,大陆地壳的Re/Os甚至大于4。
了解Re、Os、Mo和W的地球化学行为,可以帮助我们理解辉钼矿中Re-Os同位素系统所存在的一些问题。在自然界,W和Mo矿物形成的行为显着不同。Mo最一般的情况是形成硫化物(MoS2),但偶然也出现钼铅矿(PbMoO4),而钨形成钨酸盐,如白钨矿(CaWO4)和钨锰铁或称黑钨矿[(Fe,Mn)WO4],钨的硫化物(WS2)很少见。曾在铂金属矿床发现了OsS2。S与Os结合,结构上是立方晶系,不像Mo或Re与S形成六方晶系的辉钼矿。
辉钼矿中含有Re但基本不存在普通Os(初始锇)是公认的现象可以从两个方面解释。第一,从离子半径和晶体结构来看。Re+4、Mo+4和Os+4的离子半径分别为0.063nm、0.065nm和0.063nm,它们的离子半径很接近。MoS2和ReS2同属六方晶系,故Re与Mo共生于辉钼矿中。Os+4的离子半径虽然与Mo接近,但OsS2属立方晶系,结晶形状的不同使OsS2在结晶时很难进入辉钼矿。第二,从矿床形成时的情况来看,矿液是还原性的,如能把Mo6+和Mo7+还原到Mo4+,形成MoS2,就最有可能把Os4+还原到+3价或0价。这不仅产生了一个过大的阳离子(正电荷少,离子半径大)而不能适合辉钼矿的阳离子空间位置,同时还引起了电荷的不平衡,这可能是辉钼矿中基本不存在普通Os(初始Os)的另一个原因。
斑岩铜-钼矿床中的辉钼矿一般含Re达10-4~10-3,而一些斑岩钼矿中的辉钼矿含Re仅为10-6~10-5。这是因为,Re与Mo共生,铜-钼矿床含Mo有限,所有的Re分配在有限的辉钼矿中,故含量高;而一些斑岩钼矿含Mo很多,故辉钼矿中含Re相对就低,因而造成了铜-钼矿床的Re含量高于纯钼矿的Re含量。钨矿中辉钼矿Re含量普遍偏低,多数在10-9~10-6之间。这可能是因为Re和Mo与其共生的黑钨矿的矿物形成行为有显着不同所致。
(5)187Re和187Os在辉钼矿单个晶体中的失耦现象
多年来人们认为辉钼矿Re-Os定年是一种较为准确的金属硫化物直接定年方法。随着所研究矿床数量的不断增加,逐渐发现对于某些矿床,辉钼矿Re-Os年龄的重现性和准确性与辉钼矿颗粒大小以及取样量密切相关(Stein等在2001、2003的文章)。单个辉钼矿晶体碎块、碎片或粗颗粒样品不能得到重现的Re-Os年龄,而细颗粒的单矿物可以获得好的和地质解释合理的年龄。2003年Stein等采用LA-MC-ICPMS对大颗粒辉钼矿进行了原位微区扫描分析,发现在200μm扫描范围内得到的187Os/187Re比值变化很大,计算所得的年龄变化范围为135~2692Ma。2004年Selby等也发现,对一些地质年龄老的粗颗粒辉钼矿样品采用准确的同位素稀释热表面电离质谱(ID-NTIMS)进行测定时,其年龄测定精密度明显与取样量以及辉钼矿的自然颗粒大小有关。2007年杜安道等也发现了类似情况,并发现从钨矿中挑出的直径大约1cm的辉钼矿晶体,从外缘部分取样得到的辉钼矿模式年龄大大高于从中心部分取样得到的年龄。这一切可能是因为Re和187Os在辉钼矿单个晶体中有失耦现象(decouplingofReand187Oswithinmolybdenite),即由于放射成因187Os的迁移,使Re和187Os在空间上不再保持连接。其原因可能是在辉钼矿中187Re4+经β衰变生成放射成因的187Os5+,正电荷增加,离子半径变小,电荷不平衡,在地质热或压力事件的作用下放射成因的187Os会延辉钼矿的层状结构迁移,使得局部187Os/187Re的比值发生了变化,如果取样量少就会导致年龄计算的错误。总的说来,长年龄、大晶体、低Re含量发生失耦现象较多。近几年的研究发现,产于钨矿石英脉中Re含量低的大颗粒辉钼矿,失耦现象较为明显。
为了减少失耦现象对准确测定年龄的影响,要多采一些样品,特别是对于大颗粒结晶的辉钼矿样品,要尽量将晶体完全取下,混入少量石英不会影响年龄测定。辉钼矿中的Re和187Os不会进入相邻的硅酸盐相,因为那里没有亲铁和亲铜元素的位置,硅酸盐是187Os迁移的天然屏障,187Os迁移到辉钼矿的边缘被迫停下,因而自然小颗粒辉钼矿样品的失耦现象不明显。对于所选的大颗粒辉钼矿样品一定要磨细(<0.1mm)混匀,使试样的任何一部分的187Os和187Re含量都相同,特别是对较古老年龄和较低Re含量的试样,取样量最好在100mg以上,有利于得到稳定重现的年龄结果。当对未知辉钼矿样品以及失耦现象没有把握时,最好能准备1g左右的试样。
⑧ 俄罗斯同位素铜粉,哪里有需要呢
是同位素铜粉拿很多地方都需要这种铜粉的。
⑨ 关于俄国特工中毒事件的那个放射性元素钋有什么特性
俄罗斯前特工利特维年科在伦敦死于放射性物质钋-210中毒后,人们对钋如何致命以及放射性物质的特性表现出关注。
问:什么是辐射?
答:辐射是以射线、波或微粒的形式放射或传播的能量。辐射有两种基本形式:电离性辐射(X光、红外线、伽马射线)和非核辐射(紫外线、微波、手机辐射)。通常认为电离性辐射危险性较大。
问:辐射所致病症的症状有哪些?
答:辐射可导致恶心、呕吐、脱发和灼伤。一般认为,受到大量辐射的人更易患癌症。
问:钋危险吗?
答:钋如果不渗入人体内,就不危险。只有在吞咽、擦入皮肤、注射进入体内后,钋才致命。
问:利特维年科是否可能在中毒之后向外界遗留辐射痕迹?
答:是。理论上是。利特维年科可能通过排汗排出微量钋。钋被排出体内后,痕迹可以在大约260天内测出。
问:对于在那几处被测出放射性物质的场所呆过的人来说,是否面临健康风险?
答:健康风险被认为极低。
(新华社供本报专稿)
钋
元素序号:84
元素符号:Po
元素名称:钋
元素原子量:[210]
元素类型:金属
发现人:玛丽·居里(Marie Curie)、皮尔·居里(Pierre Curie) 发现年代:1898年
发现过程:
1898年由玛丽·居里(Marie Curie)和皮尔·居里(Pierre Curie)在沥青铀矿中发现。
元素描述:
密度9.4克/厘米3。熔点254℃,沸点962℃。所有钋的同位素都是放射性的。已知有两种同位素异形体:α-Po为单正方体;β-Po为单菱形体。在约36℃时,发生α-Po转化为β-Po的相变。金属、质软。物理性质似铊、铅、铋。化学性质近似碲。溶于稀矿酸和稀氢氧化钾。钋的化合物易于水解并还原。化合价已有+2和+4价,也有+6价存在。钋是世界上最稀有的元素。
元素来源:
可由人工合成或由氯化钋用锌还原获得。
元素用途:
它与铍混合可作为中子源;也用作静电消除剂。
元素辅助资料:
19世纪末,人们发现了铀的放射性衰变特性,并且认为放射性是铀元素所特有的性质。而当时在法国工作的波兰化学家居里夫人在测试收集到的矿物放射性时,发现沥青铀矿和辉铜矿的放射性比纯粹的铀的放射性更强烈。她经过细心重复地检验实验结果,都出了这些矿物中含有一种比铀的放射性强得多的元素。居里先生注意到了妻子的研究的重要性,就决定暂时停止自己在物质结晶方面的研究,同妻子共同寻找这个新元素。经过艰苦的工作,他们从巨量的矿石中分离出了这种放射性很强的新元素并了解了这种新元素的特性与铋相近。居里夫人为了纪念自己的祖国波兰,就提议叫这种新元素为polonium(钋)。
钋在沥青铀矿中的含量仅仅是一亿分之一,用一般的化学方法收集它是极其艰巨的任务。