Нуклид

НУКЛИД, совокупность атомов с определенными значениями заряда ядра Z (числом протонов в ядрах) и массового числа А (суммой чисел протонов Z и нейтронов N в ядрах). Для обозначения Н. используют назв. элемента, к к-рому через дефис присоединяют значение А (напр., кислород-16, иод-131, уран-235), или символ хим. элемента, рядом с к-рым вверху слева указывают А (¹⁶О, ¹³¹I, ²³⁵U). Масса атома Н., выраженная в атомных единицах массы (а. е. м.), округленно равна А (только у одного Н. ¹²С значение массы атома в а. е. м. целочисленно и в точности равно 12). Точные значения масс атомов отдельных Н. определяют экспериментально методом масс-спектрометрии. В принципе масса атома каждого Н. равна сумме масс протонов и нейтронов, входящих в состав ядер, минус масса, отвечающая энергии связи протонов и нейтронов в ядре (т. наз. д е ф е к т м а с с ы), плюс масса электронов, образующих электронную оболочку атома, минус масса, отвечающая энергии связи электронов с ядром. Для Н. легких элементов массы атомов обычно несколько меньше массовых чисел (напр., масса ¹⁶О 15,99491464 а. е. м.), для Н. тяжелых элементов массы атомов м. б. несколько больше массовых чисел (напр., масса ²³²Th 232,038053805 а.е.м.).

Н. подразделяют на стабильные и радиоактивные (радионуклиды). У каждого элемента с четным Z (до Z = 82) существует 2 или более стабильных Н., встречающихся в природе, у элементов с нечетными Z м. б. 1 или самое большее 2 стабильных нуклида; у "нечетных" элементов Тс (Z = 43), Pm (Z = 61) и у всех "нечетных" элементов с Z >= 85 стабильных Н. нет, все Н. радиоактивны. Всего стабильных Н. ок. 270; из всех радионуклидов ок. 50 встречаются в природе, остальные радионуклиды (ок. 1700) получены искусственно. В настоящее время радионуклиды известны практически у всех элементов. Мн. стабильные и радиоактивные Н. используются как изотопные индикаторы (меченые атомы). В СССР промышленно производится ок. 140 радионуклидов и большое число препаратов, обогащенных определенными стабильными Н.

Для систематики Н. предложены разл. графич. формы; наиб. распространение получила таблица нуклидов, разработанная учеными ФРГ и приведенная, в частности, в т. 3 "Физической энциклопедии" (издательство "Советская энциклопедия", М., 1991). Наиб. надежные результаты эксперим. определения характеристик радионуклидов приведены в издании: "Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения". Публикация 38-й Международной комиссии по радиац. защите (МКРЗ: В 2 ч., 4 кн., пер. с англ., М., 1987). Точные значения масс отдельных стабильных Н. и данные об их распространенности в природе содержатся в публикации ИЮПАК (см. "Pure and Appl. Chem.", 1984, v. 56, № 6, p. 695-768).

Н. одного элемента наз. изотопами; Н. разл. элементов с одинаковыми значениями А -и з о б а р а м и. Возможно существование двух и даже трех стабильных изобаров (напр., ⁹⁶Zr, ⁹⁶Mo и ⁹⁶Ru). Из-за различий в энергиях связи протонов и нейтронов в ядрах точные значения масс отдельных изобаров различаются между собой. Н. разл. элементов с одинаковым значением N наз. и з о т о н а м и (напр., ⁹⁵Мо, ⁹⁶Тс, ⁹⁷Ru).

Для ядер стабильных Н. с Z приблизительно до 20-25 число протонов примерно равно числу нейтронов, по мере дальнейшего увеличения Z для стабильных Н. отношение числа нейтронов в ядре к числу протонов постепенно увеличивается до 1,5. Ядра Н., содержащие большее число нейтронов, чем это соответствует стабильным ядрам данного элемента, при радиоактивном распаде обычно испускают b^--частицы, причем Z увеличивается на 1; ядра Н., обедненные нейтронами, м. б. как b⁺-радиоактивными, так и претерпевать электронный захват, при этом Z уменьшается на 1 (см. Радиоактивность).

Распространенность Н. в земной коре зависит от мн. факторов, определяющих устойчивость ядер (энергии связи протонов и нейтронов в них), и от первонач. условий, при к-рых образовывались эти Н. Наиб. распространен в земной коре ¹⁶О, ядра к-рого содержат по 8 протонов и нейтронов и являются "дважды магическими". В прир. смеси изотопов кислорода на ¹⁶О приходится 99,762 ат. %. Наим. распространенным из стабильных Н. является ³Не (в прир. смеси изотопов гелия на долю ³Не приходится 0,000138 ат. %). В космосе наиб. распространен ¹Н. Нек-рые Н. постоянно образуются в результате ядерных реакций и постепенно накапливаются в земной коре (гелий-3, изотопы свинца и др.). Содержание в земной коре прир. долгоживущих радионуклидов (⁴⁰К, ⁸⁷Rb, ²³⁵U и др.) постепенно уменьшается вследствие радиоактивного распада. Существуют и такие прир. радионуклиды, убыль к-рых за счет радиоактивного распада постоянно компенсируется их образованием в результате радиоактивного распада др. радионуклидов, и поэтому их содержание в земной коре практически не меняется. Так, общее содержание At в земной коре (из прир. радионуклидов At наиб. устойчив a-радиоактивный ²¹⁰At, период полураспада к-рого Т_1/2 8,1 ч), несмотря на его быстрый распад, остается практически постоянным и равным 70 мг (в толще земной коры на глубине до 1,6 км), так как At постоянно образуется как член радиоактивных рядов урана-238 и урана-235 (см. Радиоактивные ряды).

С. С. Бердоносов.