A cirkónium (Zr) a természetben négy stabil (közülük az egyikről a jövőben kiderülhet, hogy radioaktív) és egy nagyon hosszú felezési idejű radioaktív izotóp formájában fordul elő. Utóbbi (a 96Zr) primordiális nuklid, kettős béta-bomlással, 2,0 év felezési idővel bomlik, de átalakulhat egyszeres béta-bomlás útján is – noha ezt még nem figyelték meg, de az elméletileg számított t1/2 is 2,4 év).http://www.iop.org/EJ/abstract/0954-3899/34/5/005/

A második legstabilabb radioizotópja a 93Zr, melynek felezési ideje 1,53 millió év. Huszonhét további radioizotópot figyeltek meg, ezek felezési ideje – a 95Zr (64,02 nap), 88Zr (63,4 nap) és 89Zr (78,41 óra) kivételével – egy napnál is rövidebb. A 92Zr-nél könnyebb izotópok esetén a fő bomlási mód az elektronbefogás, a nehezebbek pedig jellemzően béta-bomlóak.

A cirkónium a legnehezebb elem, mely szimmetrikus magfúzió révén keletkezhet – a kiindulási mag lehet 45Sc vagy 46Ca, ezekből (a 90Mo-ből két pozitív béta-bomlást követően) 90Zr, illetve 92Zr keletkezik. Minden nehezebb elem aszimmetrikus fúzió vagy szupernóva összeomlása során keletkezik. Mivel ezen folyamatok nagy része energiaelnyelődéssel jár, a cirkóniumnál nehezebb elemek nuklidjainak nagy többsége instabil a spontán hasadással szemben, bár ennek a folyamatnak a felezési ideje sokszor túl hosszú ahhoz, hogy meg lehessen figyelni.

Standard atomtömeg: 91,224(2) u.

Cirkónium-89 A 89Zr a cirkónium egyik radioizotópja, felezési ideje 78,41 óra. A természetes ittrium-89 protonokkal történő besugárzásával állítják elő. Legjellemzőbb gamma-fotonjának energiája 909 keV.

A cirkónium-89-et speciális, például cirkónium-89-cel jelölt antitesteket használó pozitronemissziós tomográfiás képalkotásos diagnosztikai vizsgálatokban alkalmazzák (immun-PET).Van Dongen GA, Vosjan MJ. Immuno-positron emission tomography: shedding light on clinical antibody therapy. Cancer Biother Radiopharm. 2010 Aug;25(4):375-85.

Cirkónium-93 + Az egy maghasadás során keletkező 93Zr mennyisége %-banM.B. Chadwick et al, "ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields and Decay Data", Nucl. Data Sheets 112(2011)2887. (accessed at www-nds.iaea.org/exfor/endf.htm) Hasadóanyag Termikus neutron Gyors neutron 14 MeV-os neutron 232Th nem hasad 6,70 ± 0,40 5,58 ± 0,16 233U 6,979 ± 0,098 6,94 ± 0,07 5,38 ± 0,32 235U 6,346 ± 0,044 6,25 ± 0,04 5,19 ± 0,31 238U nem hasad 4,913 ± 0,098 4,53 ± 0,13 239Pu 3,80 ± 0,03 3,82 ± 0,03 3,0 ± 0,3 241Pu 2,98 ± 0,04 2,98 ± 0,33 ?

A 93Zr a cirkónium egyik radioaktív izotópja. Felezési ideje 1,53 millió év, kis energiájú béta-részecske kibocsátásával nióbium-93m-re bomlik, mely 14 éves felezési idővel, kis energiájú gamma-sugárzás kibocsátása közben alapállapotú 93Nb-má alakul. A 7 hosszú felezési idejű hasadási termék egyike. Kis fajlagos aktivitása és az általa kibocsátott sugárzások kis energiája korlátozzák ezen izotóp radioaktív veszélyét.

A maghasadás során (ha 235U-öt termikus neutronokkal hasítanak) 6,3%-os mennyiségben keletkezik, ami megfelel a többi leggyakoribb hasadási termék részarányának. Az atomreaktorok rendszerint nagy mennyiségű cirkóniumot tartalmaznak a fűtőelemrudak köpenyeként, melyekben a 92Zr-ből a neutronsugárzás hatására keletkezik valamennyi 93Zr, bár az átalakulást korlátozza a 92Zr kis, 0,22 barnos neutronbefogási hatáskeresztmetszete.

A 93Zr neutronbefogási hatáskeresztmetszete is kicsi, 2,70 barn. Vándorlási sebessége a talajban viszonylag kicsi, így geológiai elhelyezése kielégítő megoldás lehet.

Táblázat nuklidjele Z(p) N(n)  izotóptömeg (u)  felezési időA világegyetem koránál hosszabb felezési idejű izotópok félkövérrel vannak kiemelve bomlásimód(ok)Rövidítések:EC: ElektronbefogásIT: Izomer átmenet leány-izotóp(ok)A stabil izotópok félkövérrel vannak kiemelve magspin jellemzőizotóp-összetétel(móltört) természetesingadozás(móltört) gerjesztési energia 78Zr 40 38 77,95523(54)# 50# ms[>170 ns] 0+79Zr 40 3978,94916(43)#56(30) ms β+, p 78Sr5/2+# β+ 79Y 80Zr 40 40 79,9404(16) 4,6(6) s β+ 80Y 0+81Zr 40 4180,93721(18)5,5(4) s β+ (>99,9%) 81Y(3/2−)# β+, p (<,1%) 80Sr 82Zr 40 42 81,93109(24)# 32(5) s β+ 82Y 0+83Zr 40 4382,92865(10)41,6(24) s β+ (>99,9%) 83Y(1/2−)# β+, p (<0,1%) 82Sr 84Zr 40 44 83,92325(21)# 25,9(7) perc β+ 84Y 0+ 85Zr 40 45 84,92147(11) 7,86(4) perc β+ 85Y 7/2+ 85mZr 292,2(3) keV10,9(3) s IT (92%) 85Zr(1/2−) β+ (8%) 85Y 86Zr 40 46 85,91647(3) 16,5(1) óra β+ 86Y 0+ 87Zr 40 47 86,914816(9) 1,68(1) óra β+ 87Y (9/2)+ 87mZr 335,84(19) keV 14,0(2) s IT 87Zr (1/2)− 88Zr 40 48 87,910227(11) 83,4(3) nap EC 88Y 0+ 89Zr 40 49 88,908890(4) 78,41(12) óra β+ 89Y 9/2+ 89mZr 587,82(10) keV4,161(17) perc IT (93,77%) 89Zr1/2− β+ (6,23%) 89Y 90ZrHasadási termék 40 50 89,9047044(25)Stabil 0+ 0,5145(40) 90m1Zr 2319,000(10) keV 809,2(20) ms IT 90Zr 5− 90m2Zr 3589,419(16) keV 131(4) ns 8+ 91Zr 40 51 90,9056458(25)Stabil 5/2+ 0,1122(5) 91mZr 3167,3(4) keV 4,35(14) µs (21/2+) 92Zr 40 52 91,9050408(25)StabilA legnehezebb elméletileg stabil nuklid 0+ 0,1715(8) 93ZrHosszú felezési idejű hasadási termék 40 53 92,9064760(25) 1,53(10) év β− 93Nb 5/2+ 94Zr 40 54 93,9063152(26)Látszólag stabilA várakozások szerint β−β− bomlással 94Mo-né alakul több mint 1,1 év felezési idővel 0+ 0,1738(28) 95Zr 40 55 94,9080426(26) 64,032(6) nap β− 95Nb 5/2+ 96ZrPrimordiális radionuklid 40 56 95,9082734(30) 20(4) év β−β−Elméletileg β−-bomlással 96Nb-tá is alakulhat 96Mo 0+ 0,0280(9) 97Zr 40 57 96,9109531(30) 16,744(11) óra β− 97mNb 1/2+ 98Zr 40 58 97,912735(21) 30,7(4) s β− 98Nb 0+ 99Zr 40 59 98,916512(22) 2,1(1) s β− 99mNb 1/2+ 100Zr 40 60 99,91776(4) 7,1(4) s β− 100Nb 0+ 101Zr 40 61 100,92114(3) 2,3(1) s β− 101Nb 3/2+ 102Zr 40 62 101,92298(5) 2,9(2) s β− 102Nb 0+ 103Zr 40 63 102,92660(12) 1,3(1) s β− 103Nb (5/2−) 104Zr 40 64 103,92878(43)# 1,2(3) s β− 104Nb 0+105Zr 40 65104,93305(43)#0,6(1) s β− (>99,9%) 105Nb β−, n (<0,1%) 104Nb 106Zr 40 66 105,93591(54)# 200# ms[>300 ns] β− 106Nb 0+ 107Zr 40 67 106,94075(32)# 150# ms[>300 ns] β− 107Nb 108Zr 40 68 107,94396(64)# 80# ms[>300 ns] β− 108Nb 0+ 109Zr 40 69 108,94924(54)# 60# ms[>300 ns] 110Zr 40 70 109,95287(86)# 30# ms[>300 ns] 0+

Megjegyzések Ismeretesek olyan geológiai minták, amelyek izotóp-összetétele a szokásos értékeken kívül van. Az atomtömeg bizonytalansága ezeknél meghaladhatja a jelzett hibahatárt. A # jel a nem kizárólag kísérletekből, hanem részben szisztematikus trendekből származó értéket jelöl. A nem kellő megalapozottsággal asszignált spinek zárójelben szerepelnek. A bizonytalanságokat rövid formában – a megfelelő utolsó számjegy után zárójelben – adjuk meg. A bizonytalanság értéke egy standard deviációnak felel meg, kivéve, ahol az izotóp-összetételt és standard atomtömeget a IUPAC nagyobb bizonytalansággal adja csak meg.

Hivatkozások

Fordítás

Források Izotóptömegek:

Izotóp-összetétel és standard atomtömegek:

A felezési időkre, a spinekre és az izomer adatokra vonatkozó információk az alábbi forrásokból származnak:

Cirkonium