Открыть сервис
Главная → Блог → Криптон-86

Криптон-86

Криптон-86 — это стабильный изотоп химического элемента криптона с атомным номером 36 и массовым числом 86. Относится к благородным газам. В природном криптоне его содержание составляет около 17,3 %. Криптон-86 приобрёл известность благодаря тому, что с 1960 по 1983 год его оранжево-красная спектральная линия (длина волны 605,78 нм в вакууме) использовалась в качестве международного эталона длины — метра.

История

Открытие криптона

Криптон был открыт в 1898 году британскими химиками Уильямом Рамзаем и Моррисом Траверсом при исследовании остатков после испарения жидкого воздуха. Название происходит от греческого «κρυπτός» (скрытый). Изотоп криптон-86 был впервые идентифицирован в 1920-х годах в ходе масс-спектрометрических исследований.

Роль в определении метра

До 1960 года эталоном метра служил платино-иридиевый стержень, хранившийся в Международном бюро мер и весов (МБМВ) в Севре (Франция). Однако такой эталон был подвержен механическим повреждениям и температурным деформациям. В 1960 году на XI Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) было принято новое определение метра, основанное на длине волны излучения изотопа криптон-86. Это решение было продиктовано высокой стабильностью спектральных линий криптона и возможностью точного воспроизведения длины волны в лабораторных условиях.

Определение гласило: «Метр есть длина, равная 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p₁₀ и 5d₅ атома криптона-86». Это число было выбрано так, чтобы новый эталон максимально соответствовал старому платиновому метру.

Переход к другим эталонам

К концу 1970-х годов развитие лазерной техники позволило достичь ещё большей точности измерений. В 1983 году на XVII ГКМВ метр был переопределён через скорость света в вакууме: «Метр — длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды». Таким образом, криптоновый эталон утратил статус первичного, но остался в истории метрологии как один из первых успешных примеров использования атомных стандартов длины.

Физические и химические свойства

Ядерные характеристики

  • Массовое число: 86
  • Количество протонов: 36
  • Количество нейтронов: 50
  • Период полураспада: стабилен (теоретически может испытывать двойной бета-распад с периодом более 10²¹ лет, что экспериментально не подтверждено)
  • Спин ядра: 0 (чётно-чётное ядро)

Спектроскопические данные

Наиболее известная спектральная линия криптон-86 соответствует переходу между возбуждёнными уровнями 2p₁₀ → 5d₅. Длина волны в вакууме составляет 605,78 нм (оранжево-красный цвет). Эта линия отличается высокой монохроматичностью и стабильностью, что и позволило использовать её в качестве эталона.

Химические свойства

Как и все изотопы криптона, криптон-86 химически инертен при нормальных условиях. Он не образует устойчивых соединений, хотя в экстремальных условиях (низкие температуры, высокое давление) могут быть получены нестабильные клатраты или фториды криптона. В природе встречается только в атомарном виде.

Получение и выделение

Источники

Криптон-86 присутствует в атмосферном воздухе в следовых количествах. Его содержание в воздухе составляет примерно 1,14×10⁻⁴ % по объёму. В природном криптоне доля изотопа криптон-86 — около 17,3 %, что делает его одним из наиболее распространённых стабильных изотопов криптона.

Методы выделения

Для получения чистого криптон-86 используются следующие методы:

  1. Фракционная дистилляция жидкого воздуха — криптон концентрируется в тяжёлых фракциях.
  2. Газовая хроматография — позволяет разделить изотопы криптона.
  3. Масс-спектрометрия — используется для получения изотопно-чистых образцов в лабораторных условиях.

Промышленное производство чистого криптон-86 ограничено из-за его высокой стоимости и сложности выделения.

Применение

Метрология

Основное историческое применение криптон-86 — эталон длины. Хотя сейчас метр определяется через скорость света, криптоновый стандарт продолжает использоваться в некоторых лабораториях для калибровки спектральных приборов и в образовательных целях.

Научные исследования

  • Спектроскопия — криптон-86 служит источником монохроматического излучения для калибровки спектрометров.
  • Ядерная физика — используется в экспериментах по изучению свойств ядер и изотопных эффектов.
  • Геохронология — изотопы криптона, включая криптон-86, применяются для датирования подземных вод и метеоритов (метод ⁸¹Kr-⁸⁶Kr).

Техника

  • Лазеры — изотоп криптон-86 используется в газовых лазерах для получения стабильного излучения в оранжево-красной области спектра.
  • Осветительные приборы — смеси изотопов криптона, включая криптон-86, применяются в газоразрядных лампах для повышения светоотдачи.

Интересные факты

  • Число 1 650 763,73 в определении метра было выбрано не случайно: оно было получено в результате интерферометрических измерений, проведённых в Национальном бюро стандартов США (ныне NIST) и МБМВ.
  • Криптон-86 — один из немногих стабильных изотопов, который когда-либо использовался в качестве первичного эталона физической величины.
  • В 1960-х годах советские учёные активно использовали криптоновый эталон для создания высокоточных измерительных приборов, в том числе для космической программы.
  • Изотоп криптон-86 не имеет радиоактивных свойств, что делает его безопасным для работы в лабораторных условиях.

Критика и ограничения

Несмотря на высокую точность, криптоновый эталон имел ряд недостатков:

  • Зависимость от условий — длина волны излучения зависит от температуры, давления и электрического поля в разрядной трубке.
  • Сложность воспроизведения — для получения стабильного излучения требовалась тщательная калибровка оборудования.
  • Ограниченная точность — погрешность воспроизведения метра составляла около 4×10⁻⁹, что было недостаточно для некоторых областей науки (например, геодезии и космологии).

Эти ограничения привели к замене криптонового эталона на лазерный, основанный на стабилизированных гелий-неоновых лазерах, а затем на определение метра через скорость света.

Источники

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы