Isótopos de circonio

El zirconio que se encuentra en la naturaleza ( _40Zr ) está compuesto por cuatro isótopos estables (uno, ^94Zr , puede ser encontrado radiactivo en el futuro ), y un radioisótopo de vida muy larga ( ^96Zr ), un nucleido primordial que se desintegra mediante desintegración beta doble con una vida media parcial observada de 2,34 × 10 ¹⁹ años; ^{[ 5 ]} también puede sufrir desintegración beta simple , con una vida media parcial de [2,27 ^+0,53 _−0,36 (estad.) ± 0,27 (sist.)] × 10 ²⁰ años. ^{[ 2 ]} El segundo radioisótopo más estable es ^93Zr , que tiene una vida media de 1,61 millones de años. Se han observado otros treinta radioisótopos desde ^77Zr hasta ^114Zr ; Todos tienen vidas medias inferiores a un día, excepto el ^95Zr (64,032 días), ^{el 88Zr} (83,4 días) y ^{el 89Zr} (78,36 horas). El estado isomérico más estable tiene una vida media de tan solo 4,16 minutos para ^{el 89mZr} .

Los isótopos radiactivos con números de masa teóricamente estables superiores a 90-92 se desintegran por emisión de electrones , dando lugar a isótopos de niobio , mientras que los inferiores se desintegran por emisión de positrones o captura de electrones , dando lugar a isótopos de itrio .

^{El 88Zr} es un radioisótopo de circonio con una vida media de 83,4 días. En enero de 2019, se descubrió que este isótopo tiene una sección transversal de captura de neutrones térmicos de aproximadamente 861 000 barns; esto es varios órdenes de magnitud mayor de lo previsto y mayor que la de cualquier otro nucleido, excepto el xenón-135 . ^{[ 12 ]}

^{El 89Zr} es un radioisótopo de circonio con una vida media de 78,36 horas, producido por irradiación de protones de itrio natural ( ^89Y ). Su fotón gamma más prominente (99% de las desintegraciones) tiene una energía de 909  keV y emite un positrón (en contraposición a la captura electrónica) en aproximadamente el 23% de las desintegraciones. ^{[ 13 ]} El circonio-89 se emplea en aplicaciones de diagnóstico especializadas mediante tomografía por emisión de positrones ^{[ 14 ]} , por ejemplo, con anticuerpos marcados con circonio-89 (inmuno-PET). ^{[ 15 ]}

⁹³ Zr es un radioisótopo de circonio con una vida media de 1,61 millones de años, que se desintegra mediante la emisión de una partícula beta de baja energía . El 73% de las desintegraciones pueblan un estado excitado de niobio -93, que se desintegra con una vida media de 13,9 años (casi enteramente por conversión interna , sin emitir rayos gamma ) al estado fundamental estable de ⁹³ Nb, mientras que el 27% restante de las desintegraciones pueblan directamente el estado fundamental. ^{[ 10 ]} Es uno de los 7 productos de fisión de larga vida . La baja actividad específica y la baja energía de su radiación limitan los riesgos radiactivos de este isótopo, y su insolubilidad hace improbable que escape de un repositorio de residuos ; todas estas son compartidas con el paladio-107 .

La fisión nuclear lo produce con un rendimiento de fisión del 6,3 % (fisión de neutrones térmicos del ²³⁵ U), siendo uno de los productos de fisión más abundantes. Los reactores nucleares suelen contener grandes cantidades de circonio como revestimiento de las barras de combustible (véase zircaloy ), y la irradiación de neutrones del ⁹² Zr también produce algo de ⁹³ Zr, aunque esto está limitado por la baja sección transversal de captura de neutrones del ⁹² Zr, de 0,22 barns . De hecho, una de las principales razones para usar circonio en el revestimiento de las barras de combustible es su baja sección transversal.

^{El 93Zr} también tiene una sección transversal de captura de neutrones baja de 0,7 barns. ^{[ 17 ] [ 18 ]} La mayor parte del zirconio de fisión está compuesto por otros isótopos; el otro isótopo con una sección transversal de absorción de neutrones significativa es el ^91Zr con una sección transversal de 1,24 barns. ^{El 93Zr} es un candidato menos atractivo para su eliminación mediante transmutación nuclear que el ^99Tc y el ^129I . El isótopo podría reciclarse: si el efecto sobre la economía neutrónica del ⁹³Se considera aceptable la mayor sección transversal del Zr , por lo que el revestimiento irradiado y el zirconio producto de fisión (que se mezclan en la mayoría de los métodos actuales de reprocesamiento nuclear ) podrían utilizarse para formar un nuevo revestimiento de zircaloy. Una vez dentro del reactor, se puede tolerar la radiactividad relativamente baja, pero el transporte y la fabricación podrían requerir precauciones que actualmente no se toman.

Productos derivados distintos del circonio

• Isótopos de molibdeno
• Isótopos de niobio
• Isótopos de itrio
• Isótopos de estroncio