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氙的同位素(Xe同位素)来源及应用!

发布时间:2019-10-12 09:15:06   发布来源:中国特气网   打印本页

氙气为无色,无味,不燃烧的惰性压缩气体,在空气中含量为90ppm。氙气能溶于细胞质的油脂里,引起细胞的麻醉和膨胀,从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用80%氙气和20%氧气组成的混合气体,作为无副作用的麻醉剂。在原子能工业上,氙气可以用来检验高速粒子、粒子、介子等的存在。


氙的同位素被用于测量脑血流量与研究肺功能、计算胰岛素分泌量等。


已知的氙的同位素有32种,包括氙113、氙115至氙145。


氙与其他同族元素,本来称为惰性气体(现改作稀有气体),不易与其他物质产生化学作用,但自从1962年起,陆续发现了氙的化合物。已知氙有80多种化合物,包括氟化物(二氟化氙、四氟化氙、六氟化氙)、氢化物及氘化物、以及高氙酸钠。三氧化氙具有高度爆炸性。除了个别化合物外,氙化合物都是无色的。


自然形成的氙共由8种稳定同位素组成,在各元素中排第二位。第一位是锡,其稳定同位素共有10个。稳定同位素数量高于7个的元素只有氙和锡。同位素气体124Xe和134Xe根据预测能够进行双重β衰变,但这未经实验证明,因此这两种氙气同位素仍被认为是稳定的。除这些稳定同位素之外,氙还有40多种不稳定同位素。其中寿命最长的为136Xe,它会进行双β衰变,半衰期为2.11×1021年。129I在β衰变后,会产生129Xe同位素。该反应的半衰期为1600万年。另外131mXe、133Xe、133mXe和135Xe都是235U和239Pu的核裂变产物,因此被用作探测核爆炸的发生。


氙的其中两种稳定同位素129Xe和131Xe具有非零的固有角动量(自旋,可用于核磁共振)。利用圆极化光和铷气体,氙的核自旋对齐可以超越普通的极化。如此产生的自旋极化能够超过其最高可能值的50%,远远大于玻尔兹曼分布的平衡值(在室温下通常不超过最高值的0.001%)。这种非平衡态的自旋对齐是短暂的,称为超极化现象。对氙进行超极化的过程叫做光抽运(但不同于激光抽运)。


由于129Xe原子核的自旋为1/2,所以其电四极矩为零,故129Xe核在与其他原子撞击时,不会有任何四极相互作用。这使得它的超极化状态能够持续更长的时间,甚至在激光束关闭及碱气体在室温表面冷凝后,仍能保留该状态。129Xe的自旋极化在血液中能持续数秒,在气态下持续数小时,并在深度冷冻的固态下持续数天。相比之下,131Xe的核自旋为3/2,四极矩不为零,其T1弛豫时间位于毫秒至秒区间内。


氙的某些同位素,如133Xe和135Xe,可在核反应炉中对可以裂变物质进行中子照射产生。135Xe在核裂变反应炉中具有重要的作用。135Xe的热中子截面很高(2.6×106靶恩),因此可用作中子吸收剂或中子毒物,从而减慢或停止连锁反应。美国曼哈顿计划中用来产生钚元素的最早期反应炉就用到了氙的这一作用。135Xe在反应炉中作为中子毒物,对切尔诺贝尔核事故有着重要的影响。反应炉的关闭或功率的降低可以造成135Xe的积聚,使反应炉进入所谓的碘坑(或称氙坑)状态。


在不利条件下,高浓度的放射性氙同位素可以从核反应炉中释放出来,来源包括裂变产物从开裂的燃料棒中释出,或冷却水中的铀进行裂变。


陨石中的氙同位素比例可以用来研究太阳系的形成和演化。碘氙放射性定年法可以测定核合成至太阳星云中固体物体缩合之间的时间。1960年,物理学家约翰·雷诺(JohnH.Reynolds)发现某些陨石中的氙129含量异常高。他推断这是碘-129的衰变产物。这一同位素可经宇宙射线散裂和核裂变缓慢产生,但只有在超新星爆炸中才能大量产生。由于129I的半衰期(1600万年)相对宇宙时长来说非常短,因此可推论从超新星爆炸到陨石凝固之间经过的时间很短。一颗超新星在太阳系形成前不久爆炸,产生129xe同位素之余,可能也导致了前太阳气体云的收缩。


利用类似的方法其他氙同位素比例也可以用来研究行星分化和气体释放过程,包括129Xe/130Xe和136Xe/130Xe。例如,火星大气层的氙含量与地球相似,约为百万分之0.08,但其129Xe比例比地球和太阳高。这一同位素是由放射性衰变产生的,所以火星很可能在形成后约1亿年以内丧失了大部份的原始大气。美国新墨西哥州二氧化碳井气中所发现的高比例129Xe是地球形成不久后经地幔核衰变产生的气体之一。

文章来源:互联网

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