Nickelisotope

Natürlich vorkommendes Nickel ( _²⁸ Ni) besteht aus fünf stabilen Isotopen : ^⁵⁸ Ni, ^⁶⁰Ni, ^⁶¹ Ni, ^⁶² Ni und ^⁶⁴ Ni . ^⁵⁸Ni ist mit über 68 % das häufigste. 26 radioaktive Isotope wurden charakterisiert; die stabilsten sind ^⁵⁹ Ni mit einer Halbwertszeit von 81.000 Jahren, ^⁶³ Ni mit einer Halbwertszeit von 101 Jahren und ^⁵⁶ Ni mit 6,075 Tagen. Alle anderen radioaktiven Isotope haben Halbwertszeiten von weniger als 60 Stunden, die meisten davon sogar von weniger als 30 Sekunden. Dieses Element besitzt außerdem elf bekannte Metazustände .

Die bekannten Isotope des Nickels reichen in ihrer Massenzahl von ^48Ni bis ^82Ni und umfassen: ^{[ 10 ]}

Nickel-48 , entdeckt im Jahr 1999, ist das neutronenärmste bekannte Nickelisotop. Mit 28 Protonen und 20 Neutronen ist ^{48Ni „} doppelt magisch “ (wie …).²⁰⁸Pb ) und ist daher mit einer Halbwertszeit von etwa 3 Millisekunden deutlich stabiler, als man aufgrund seiner Position im Nukliddiagramm erwarten würde. ^{[ 11 ]} Es besitzt das höchste Protonen-Neutronen-Verhältnis (Protonenüberschuss) aller bekannten doppelt magischen Nuklide. ^{[ 12 ]}

Nickel-56 , auch bekannt als „doppelt magisch“, entsteht in großen Mengen in Supernovae . In den letzten Phasen der Sternentwicklung sehr großer Sterne endet die Fusion leichter Elemente wie Wasserstoff und Helium. Später im Lebenszyklus des Sterns fusionieren Elemente wie Magnesium, Silizium und Schwefel zu schwereren Elementen. Sobald die letzten Kernfusionsreaktionen abgeschlossen sind, kollabiert der Stern und bildet eine Supernova . Während der Supernova entsteht durch Siliziumfusion das Nickel ^-56 (Ni). Dieses Nickel-Isotop ist begünstigt, da es die gleiche Anzahl an Neutronen und Protonen besitzt und somit leicht durch die Fusion zweier Silizium- ²⁸ - Atome entsteht. Nickel ^-56 ist das letzte Element, das im Alpha-Prozess gebildet werden kann . Jenseits von Nickel ^-56 sind Kernreaktionen endotherm und energetisch ungünstig. Nickel ^-56 zerfällt durch β+-Zerfall zu Kobalt- ⁵⁶ und anschließend zu Eisen ^-56 . ^{[ 13 ]} Der radioaktive Zerfall von  ^56Ni und ^56Co liefert einen Großteil der Energie für die bei stellaren Supernovae beobachteten Lichtkurven . ^{[ 14 ]} Die Form der Lichtkurve dieser Supernovae weist charakteristische Zeitskalen auf, die dem Zerfall von 56Ni ^zu 56Co ^und anschließend zu ^56Fe entsprechen .

Nickel-58 ist mit einer natürlichen Häufigkeit von 68,077 % das häufigste Nickelisotop . Es ist das einzige Isotop, das theoretisch instabil gegenüber dem doppelten Beta-Zerfall ist .

Nickel-59 ist ein langlebiges kosmogenes Radionuklid mit einer Halbwertszeit von 81.000 Jahren. ^⁵⁹Ni findet vielfältige Anwendung in der Isotopengeologie . Es wird unter ^anderem zur Altersbestimmung von Meteoriten und zur Ermittlung der Häufigkeit extraterrestrischen Staubs in Eis und Sedimenten eingesetzt .

Nickel-60 ist das Folgeprodukt des ausgestorbenen Radionuklids⁶⁰Fe (Halbwertszeit 2,62 Mio. Jahre). Aufgrund ^seiner langen Halbwertszeit könnte sein Vorkommen in ausreichend hohen Konzentrationen im Sonnensystem beobachtbare Variationen in der Isotopenzusammensetzung von ⁶⁰Ni hervorgerufen haben ^. Daher könnte die Häufigkeit von ^{⁶⁰Ni in extraterrestrischem Material Aufschluss über den Ursprung des Sonnensystems und seine Frühgeschichte bzw. seine sehr frühe Geschichte geben. Nickelisotope scheinen im frühen Sonnensystem jedoch heterogen verteilt gewesen zu sein. Aus dem Überschuss an ⁶⁰Ni} lassen sich daher bisher keine konkreten Altersinformationen gewinnen. ^⁶⁰Ni ist außerdem das stabile Endprodukt des Zerfalls von ^⁶⁰Zn , dem letzten Glied der Alpha-Leiter .

Nickel-61 ist das einzige stabile Isotop des Nickels mit einem Kernspin ( I = 3/2), wodurch es sich für Untersuchungen mittels EPR-Spektroskopie eignet . ^{[ 15 ]}

Nickel-62 besitzt die höchste Bindungsenergie pro Nukleon aller Isotope aller Elemente, wenn die Elektronenhülle in die Berechnung einbezogen wird, obwohl Eisen-56 die niedrigere Masse-Energie pro Nukleon aufweist. Zwar könnten durch Fusion exotherm schwerere Isotope entstehen – beispielsweise könnten zwei ^40Ca - Atome ^80Kr (mit 4 Positronenzerfällen) bildenund 77 keV pro Nukleon freisetzen –, doch sind Reaktionen im Eisen/Nickel-Bereich wahrscheinlicher, da sie insgesamt mehr Energie freisetzen .

Nickel-63 findet hauptsächlich zwei Anwendungen: den Nachweis von Sprengstoffspuren und den Einsatz in bestimmten elektronischen Geräten, beispielsweise in Gasentladungsröhren, die als Überspannungsschutz dienen . Ein Überspannungsschutz schützt empfindliche elektronische Geräte wie Computer vor plötzlichen Stromschwankungen. Nickel-63 wird außerdem in Elektroneneinfangdetektoren der Gaschromatographie , vorwiegend zum Nachweis von Halogenen, verwendet. Darüber hinaus ist seine Verwendung in miniaturisierten Betavoltaikgeneratoren für Herzschrittmacher geplant.

Nickel-64 ist das schwerste stabile Isotop des Nickels.

Nickel-78 ist eines der schwersten bekannten Isotope des Elements. Mit 28 Protonen und 50 Neutronen ist Nickel-78 doppelt magisch, was trotz des unausgewogenen Neutronen-Protonen-Verhältnisses zu einer deutlich höheren Kernbindungsenergie und Stabilität führt . Seine Halbwertszeit beträgt 122 ± 5,1 Millisekunden. ^{[ 16 ]} Aufgrund seiner magischen Neutronenzahl spielt Nickel ^-78 vermutlich eine wichtige Rolle bei der Supernova-Nukleosynthese von Elementen, die schwerer als Eisen sind. ^{[ 17 ] Nickel -78} sowie die Isotone mit N  = 50 , Kupfer- ⁷⁹ und Zink- ⁸⁰ , gelten als Wartepunkt im r -Prozess . Hier wird der weitere Neutroneneinfang durch die Schalenlücke verzögert, was zu einer Anreicherung von Isotopen um A  = 80 führt. ^{[ 18 ]}

Tochterprodukte außer Nickel

• Kupferisotope
• Isotope des Kobalts
• Eisenisotope
• Manganisotope