氙的同位素（Xe同位素）來(lái)源及應(yīng)用！

    氙與其他同族元素，本來(lái)稱(chēng)為惰性氣體(現(xiàn)改作稀有氣體)，不易與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)作用，但自從1962年起，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了氙的化合物。已知氙有80多種化合物，包括氟化物（二氟化氙、四氟化氙、六氟化氙）、氫化物及氘化物、以及高氙酸鈉。三氧化氙具有高度爆炸性。除了個(gè)別化合物外，氙化合物都是無(wú)色的。

   自然形成的氙共由8種穩(wěn)定同位素組成，在各元素中排第二位。第一位是錫，其穩(wěn)定同位素共有10個(gè)。穩(wěn)定同位素?cái)?shù)量高于7個(gè)的元素只有氙和錫。同位素氣體124Xe和134Xe根據(jù)預(yù)測(cè)能夠進(jìn)行雙重β衰變，但這未經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，因此這兩種氙氣同位素仍被認(rèn)為是穩(wěn)定的。除這些穩(wěn)定同位素之外，氙還有40多種不穩(wěn)定同位素。其中壽命最長(zhǎng)的為136Xe，它會(huì)進(jìn)行雙β衰變，半衰期為2.11×1021年。129I在β衰變后，會(huì)產(chǎn)生129Xe同位素。該反應(yīng)的半衰期為1600萬(wàn)年。另外131mXe、133Xe、133mXe和135Xe都是235U和239Pu的核裂變產(chǎn)物，因此被用作探測(cè)核爆炸的發(fā)生。

    氙的其中兩種穩(wěn)定同位素129Xe和131Xe具有非零的固有角動(dòng)量（自旋，可用于核磁共振）。利用圓極化光和銣氣體，氙的核自旋對(duì)齊可以超越普通的極化。如此產(chǎn)生的自旋極化能夠超過(guò)其最高可能值的50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玻爾茲曼分布的平衡值（在室溫下通常不超過(guò)最高值的0.001%）。這種非平衡態(tài)的自旋對(duì)齊是短暫的，稱(chēng)為超極化現(xiàn)象。對(duì)氙進(jìn)行超極化的過(guò)程叫做光抽運(yùn)（但不同于激光抽運(yùn)）。

    由于129Xe原子核的自旋為1/2，所以其電四極矩為零，故129Xe核在與其他原子撞擊時(shí)，不會(huì)有任何四極相互作用。這使得它的超極化狀態(tài)能夠持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，甚至在激光束關(guān)閉及堿氣體在室溫表面冷凝后，仍能保留該狀態(tài)。129Xe的自旋極化在血液中能持續(xù)數(shù)秒，在氣態(tài)下持續(xù)數(shù)小時(shí)，并在深度冷凍的固態(tài)下持續(xù)數(shù)天。相比之下，131Xe的核自旋為3/2，四極矩不為零，其T1弛豫時(shí)間位于毫秒至秒?yún)^(qū)間內(nèi)。

   氙的某些同位素，如133Xe和135Xe，可在核反應(yīng)爐中對(duì)可以裂變物質(zhì)進(jìn)行中子照射產(chǎn)生。135Xe在核裂變反應(yīng)爐中具有重要的作用。135Xe的熱中子截面很高（2.6×106靶恩），因此可用作中子吸收劑或中子毒物，從而減慢或停止連鎖反應(yīng)。美國(guó)曼哈頓計(jì)劃中用來(lái)產(chǎn)生钚元素的最早期反應(yīng)爐就用到了氙的這一作用。135Xe在反應(yīng)爐中作為中子毒物，對(duì)切爾諾貝爾核事故有著重要的影響。反應(yīng)爐的關(guān)閉或功率的降低可以造成135Xe的積聚，使反應(yīng)爐進(jìn)入所謂的碘坑（或稱(chēng)氙坑）狀態(tài)。

   在不利條件下，高濃度的放射性氙同位素可以從核反應(yīng)爐中釋放出來(lái)，來(lái)源包括裂變產(chǎn)物從開(kāi)裂的燃料棒中釋出，或冷卻水中的鈾進(jìn)行裂變。

   隕石中的氙同位素比例可以用來(lái)研究太陽(yáng)系的形成和演化。碘氙放射性定年法可以測(cè)定核合成至太陽(yáng)星云中固體物體縮合之間的時(shí)間。1960年，物理學(xué)家約翰·雷諾（John H. Reynolds）發(fā)現(xiàn)某些隕石中的氙129含量異常高。他推斷這是碘-129的衰變產(chǎn)物。這一同位素可經(jīng)宇宙射線散裂和核裂變緩慢產(chǎn)生，但只有在超新星爆炸中才能大量產(chǎn)生。由于129I的半衰期（1600萬(wàn)年）相對(duì)宇宙時(shí)長(zhǎng)來(lái)說(shuō)非常短，因此可推論從超新星爆炸到隕石凝固之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間很短。一顆超新星在太陽(yáng)系形成前不久爆炸，產(chǎn)生129xe同位素之余，可能也導(dǎo)致了前太陽(yáng)氣體云的收縮。

   利用類(lèi)似的方法，其他氙同位素比例也可以用來(lái)研究行星分化和氣體釋放過(guò)程，包括129Xe/130Xe和136Xe/130Xe。例如，火星大氣層的氙含量與地球相似，約為百萬(wàn)分之0.08，但其129Xe比例比地球和太陽(yáng)高。這一同位素是由放射性衰變產(chǎn)生的，所以火星很可能在形成后約1億年以?xún)?nèi)喪失了大部份的原始大氣。美國(guó)新墨西哥州二氧化碳井氣中所發(fā)現(xiàn)的高比例129Xe是地球形成不久后經(jīng)地幔核衰變產(chǎn)生的氣體之一。

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