Калий-40

Калий-40
Potassium-40-decay-scheme.svg
Схема распада К-40
Общие сведения
Название, символ Калий-40, 40K
Нейтронов 21
Протонов 19
Свойства нуклида
Атомная масса 39,96399848(21)[1] а. е. м.
Дефект массы −33 535,20(19)[1] кэВ
Удельная энергия связи (на нуклон) 8 538,083(5)[1] кэВ
Изотопная распространённость 0,0117(1) %[2]
Период полураспада 1,248(3)·109 лет[2]
Продукты распада 40Ar, 40Ca
Спин и чётность ядра 4[2]
Канал распада Энергия распада
β-распад (~89,28(13) %)[2] 1,31107(11)[1] МэВ
EC (~10,72(13) %)[2] 1,50469(19) МэВ

Kа́лий-40 (лат. Kalium-40) — природный радиоактивный изотоп химического элемента калия с атомным номером 19 и массовым числом 40. Изотопная распространённость калия-40 в природе составляет 0,0117(1) %[2]. Период полураспада калия-40 составляет 1,248(3)·109 лет[2]. Активность 1 грамма изотопно чистого 40K равна 2,652·105 Бк. Весь природный калий радиоактивен за счёт распадов 40K; удельная активность природного калия равна примерно 31 Бк/г. Изотоп был открыт в 1935 году[2], хотя радиоактивность природного калия была обнаружена ещё в 1905 году Дж. Дж. Томсоном[3].

Образование и распад[ | код]

Изменение скорости энерговыделения от природных радиоактивных изотопов, находящихся в недрах Земли, с момента её образования (4,5 млрд лет назад) до настоящего времени[4]. По вертикальной оси выделяемая мощность в тераваттах

Весь имеющийся на Земле калий-40 образовался незадолго до возникновения Солнечной системы и самой планеты (4,54 млрд лет назад) и с тех пор постепенно распадался. Существование нуклида в современную эпоху обусловлено большим периодом его полураспада (1,248·109 лет).

Распад калия-40 происходит по двум направлениям:

Крайне редко (в 0,001 % случаев) он распадается в 40Ar через позитронный распад, с излучением позитрона (β+) и электронного нейтрино νe:

Биологическая роль[ | код]

Калий-40 с необходимостью присутствует в живых организмах наряду с двумя другими (стабильными) природными изотопами калия. Концентрация этого элемента в питьевой воде составляет ~3·10−4 мг/л, что приводит к радиоактивности воды на уровне 2·10−12 Ки. Эта величина чрезвычайно мала и не ведёт к каким-либо вредным последствиям для организма.

Ввиду наличия калия-40 в теле человека природная (и неустранимая) радиоактивность человеческого организма составляет 4—5 кБк в зависимости от массы тела. Это примерно 80—85 % всей радиоактивности организма. Оставшаяся часть обусловлена в основном изотопом 14С[5][6].

Среднегодовая эффективная эквивалентная доза, получаемая человеком в результате распада калия-40 в тканях организма, составляет 180 мкЗв[7]; внешняя среднегодовая доза от этого радионуклида в районах с нормальным фоном составляет в среднем 120 мкЗв, тогда как суммарная среднемировая годовая доза от всех источников ионизирующего излучения оценивается в 2200 мкЗв[7].

Калий-аргонное датирование[ | код]

Отношение концентрации 40K к концентрации его продукта распада 40Ar используется для определения абсолютного возраста объектов методом так называемого калий-аргонного датирования. Суть этого метода состоит в следующем:






См. также[ | код]

Примечания[ | код]

  1. 1 2 3 4 Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode2003NuPhA.729..337A.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — DOI:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — Bibcode2017ChPhC..41c0001A.
  3. Thomson J. J. On the emission of negative corpuscles by the alkali metals (англ.) // Phil. Mag. Ser. 6. — 1905. — Vol. 10. — P. 584—590. — DOI:10.1080/14786440509463405.
  4. Arevalo Jr R., McDonough W. F., Luong M. The K/U ratio of the silicate Earth: Insights into mantle composition, structure and thermal evolution (англ.) // Earth and Planetary Science Letters. — 2009. — Vol. 278(3), iss. 361—369. — DOI:10.1016/j.epsl.2008.12.023.
  5. Are Our Bodies Radioactive? / Health Physics Society, 2014: «The potassium content of the body is 0.2 percent, so for a 70-kg person, the amount of 40K will be about 4.26 kBq.»
  6. Radiation Information Network’s Radioactivity in Nature / Idaho University «Natural Radioactivity in your body» (ICRP 30 data)
  7. 1 2 Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. — 4-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — С. 96—97. — 352 с. — 20 000 экз.