Sự phong phú tự nhiên của đồng vị

Trong vật lý, sự phong phú tự nhiên (NA) đề cập đến sự phong phú của các đồng vị của một nguyên tố hóa học trong tự nhiên được tìm thấy trên một hành tinh. Khối lượng nguyên tử tương đối (trung bình có trọng số, được tính bằng số liệu dư thừa phần mol) của các đồng vị này là trọng lượng nguyên tử được liệt kê cho nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Sự phong phú của một đồng vị thay đổi từ hành tinh này sang hành tinh khác, và thậm chí từ nơi này sang nơi khác trên Trái đất, nhưng vẫn tương đối ổn định theo thời gian (trên quy mô ngắn hạn). Ví dụ, uranium có ba đồng vị xuất hiện tự nhiên: 238 U, 235 U và 234 U. Sự phong phú về số mol phần trăm tự nhiên tương ứng của chúng là 99,2739-99,2752%, 0,7198-0,7202% và 0,0050-0.0059%. Ví dụ, nếu phân tích 100.000 nguyên tử urani, người ta sẽ tìm thấy khoảng 99.274 nguyên tử 238U, khoảng 720 nguyên tử 235U và rất ít (rất có thể là 5 hoặc 6) nguyên tử 234 U. Điều này là do 238 U ổn định hơn nhiều so với 235 U hoặc 234 U, vì chu kỳ bán rã của mỗi đồng vị cho thấy: 4,468   ×   10 9 năm cho 238 U so với 7.038   ×   10 8 năm đối với 235 U và 245.500 năm đối với 234 U. Chính xác bởi vì các đồng vị urani khác nhau có chu kỳ bán rã khác nhau, khi Trái đất trẻ hơn, thành phần đồng vị của urani cũng khác nhau. Ví dụ, 1,7 × 10 9 năm trước, NA của 235 U là 3,1% so với 0,7% ngày nay và vì lý do đó, một lò phản ứng phân hạch hạt nhân tự nhiên đã có thể hình thành, một điều không thể xảy ra trong thời đại ngày nay. Tuy nhiên, sự phong phú tự nhiên của một đồng vị nhất định cũng bị ảnh hưởng bởi xác suất tạo ra nó trong quá trình tổng hợp hạt nhân (như trong trường hợp của samarium; phóng xạ 147 Sm và 148 Sm dồi dào hơn 144 Sm ổn định) là con của đồng vị phóng xạ tự nhiên (như trong trường hợp đồng vị phóng xạ của chì). Ngày nay người ta đã biết từ nghiên cứu về mặt trời và thiên thạch nguyên thủy rằng hệ mặt trời ban đầu gần như đồng nhất trong thành phần đồng vị. Độ lệch so với trung bình thiên hà (đang phát triển), được lấy mẫu cục bộ vào khoảng thời gian bắt đầu đốt hạt nhân của mặt trời, thường có thể được tính bằng phân số khối (xem bài viết về phân đoạn độc lập khối lượng) cộng với một số quá trình phân rã hạt nhân và quá trình biến đổi. Cũng có bằng chứng cho việc các đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn (hiện đã biến mất) từ vụ nổ siêu tân tinh gần đó có thể đã gây ra sự sụp đổ tinh vân mặt trời. Do đó độ lệch từ sự phong phú tự nhiên trên trái đất thường được đo bằng phần nghìn (trên mỗi dặm hoặc) vì chúng nhỏ hơn một phần trăm (%). Ngoại lệ duy nhất cho điều này nằm ở các hạt presolar được tìm thấy trong các thiên thạch nguyên thủy. Chúng bỏ qua quá trình đồng nhất hóa và thường mang dấu hiệu hạt nhân của các quá trình tổng hợp hạt nhân cụ thể trong đó các yếu tố của chúng được tạo ra. Trong các tài liệu này, độ lệch so với "độ phong phú tự nhiên" đôi khi được đo bằng các yếu tố 100. Bảng tiếp theo cung cấp các phân phối đồng vị cho một số yếu tố. Một số nguyên tố như phosphor và flo chỉ tồn tại dưới dạng một đồng vị duy nhất, với độ phong phú tự nhiên 100%. Sự phong phú của các nguyên tố hóa học Sản phẩm phân hủy Đồng vị Hạt presolar Hạt nhân phóng xạ ^ Uranium Isotopes ^ Clayton, Robert N. (1978). “Isotopic anomalies in the early solar system”. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 28: 501–522. Bibcode:1978ARNPS..28..501C. doi:10.1146/annurev.ns.28.120178.002441. ^ Zinner, Ernst (2003). “An isotopic view of the early solar system”. Science. 300 (5617): 265–267. doi:10.1126/science.1080300. PMID 12690180. ^ Zinner, Ernst (1998). “Stellar nucleosynthesis and the isotopic composition of presolar grains from primitive meteorites”. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 26: 147–188. Bibcode:1998AREPS..26..147Z. doi:10.1146/annurev.earth.26.1.147. ^ Bản mẫu:RubberBible83rd Bảng tương tác dự án đồng vị Berkeley Danh sách dịch vụ dụng cụ khoa học Các công cụ để tính toán phân bố đồng vị chính xác thấp và cao