Zur Frage des Zerfalls von 1 8 0Ta Von P. E b e r h a r d t , J. G e i s s und C. L a n g
Physikalisches Institut der Universität Bern und W. H e r r und E. M e r z Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz (Z. Naturforschg. ] 0 a , 796 [1955] ; eingegangen am 23. August 1955)
Kürzlich fanden W h i t e , C o l l i n s und R o u r k e 1 in einem zweistufigen magnetischen Massenspektrometer ein neues Tantal-Isotop, 180Ta. mit einer Häufigkeit von 180Ta/
1 8 1T a = ( 1 2 3 + 3 ) • 10"6, nachdem schon eine neuentdeckte Neutronenresonanzstelle am Ta auf ein zweites Isotop die- ses Elementes hingewiesen hatte2. Als u-u-Kern mit benach- barten stabilen Isobaren3 sollte 180Ta instabil gegen K-Ein- fang und //"-Zerfall sein. Wir haben daher begonnen, nach den möglichen Folgeprodukten des 180Ta zu suchen. An zwei alten südafrikanischen Tantaliten wurde das Gewichtsver- hältnis W / T a auf chemischem Wege quantitativ bestimmt;
und nachdem eine vergleichende Neutronenaktivierung des isolierten W 03 ergeben hatte, daß das Vorliegen einer hohen 180W-Konzentration ( > 3°/o Häufigkeit) auszuschlie- ßen war, wurde das Isotopenverhältnis massenspektrome- trisch gemessen. Zum Vergleich wurde das Isotopenverhält- nis von normalem Wolfram ( W 03 p.a., bezogen von der Firma E. M e r c k , Darmstadt), das aus reinen Wolfram- erzen hergestellt ist, mit derselben Menge und auf die gleiche Weise bestimmt. Tab. 1 zeigt die Resultate. Der bei den Isotopenverhältnissen angegebene Fehler ist der drei- fache mittlere quadratische Fehler des Mittelwertes.
Tantalit Swaziland
Tantalit South Rhodesia, Bikita, Ebonite Mine
normales Wolfram aus Wolfram- erzen
Mineral-
alter p > 1 • 109 a 4 (2,64 ± 0 . 0 4 ) • 109 a 6
T a205 (20.8 ± 0,3) «Io (64,3 ± 0.3) °/o W 03 ( 0 , 1 1 ± 0.01) Vo (0.09 ± 0 . 0 0 9 ) ° / «
18°W
w ( 1 2 9 ± 9 ) - 1 0 ~5 (131 ± 7) • 10- 5 ( 1 2 9 ± 9 ) - 1 0 ~3
(, s oW)radiogen
< 6 • 1 0 - ' < 1.8 • 10"»
isoT a < 6 • 1 0 - ' < 1.8 • 10"»
Xß- < 6 • 10-1 2 a"1 < 7 • IO"15 a -1
Da für beide Minerale eine Angabe über ihr Alter ge- macht werden kann, läßt sich aus jeder Messung eine obere Grenze für die Zerfallskonstante Xß- des //"-Zerfalls 180Ta
1 8 0W berechnen (vgl. Tabelle). Wie aus der Tabelle er- sichtlich ist, liegen die Verhältnisse für eine Abschätzung von Xß- bei der Probe Bikita besonders günstig; darüber hinaus handelt es sich hier um eine Mine, deren Datierung als besonders sicher anzusehen ist; stimmen doch beide Uranalter und das Thoriumalter an einem Monazit dieser Fundstelle vollkommen überein5. Auf Grund der Eigenschaf- ten dieses Minerals erscheint es daher gerechtfertigt, das angeführte Alter zu verwenden, einen Wolframverlust aus- zuschließen und für die obere Grenze der Zerfallskonstanten
Xß- < 7 • IO"13 a"1
anzugeben, das angeführte Isotopenverhältnis von Tantal1
vorausgesetzt. Sollte sich zeigen, daß der K-Einfang 180Ta —<-
180Hf so stark ist, daß die Halbwertszeit T des 180Ta ver- gleichbar mit dem Alter des hier untersuchten Minerals ist, so würde sich natürlich die obere Grenze von Xß- ohne eine neue Wolfram-Messung nach der folgenden Gleichung wei- ter herabsetzen lassen:
(> 8 0W) radiogon
(1 8 0Ta) XK + Xß-(exp{(/.K + / .A- ) p } - l ) .
Tab. 1.
Isotopenverhältnisse und Zerfallskonstanten in verschiedenen Tantaliten.
Zu einer Abschätzung des /Y-Wertes gelangt man nur durch Annahme einer //"-Zerfallsenergie. Auf Grund der Zerfalls- daten 7 des 8 h-180Ta, das sich nach der Entdeckung des natürlichen 180Ta nur als isomerer Zustand deuten läßt, er- scheint die Annahme berechtigt, daß die Zerfallsenergie für den //"-Zerfall des natürlichen 180Ta etwa 400 — 600 keV be- trägt (vgl. hierzu auch 8) . Dies führt auf log fT > 20.
W i e empfindlich die Methode des Aufsuchens möglicher Folgeprodukte von ungeklärten, langlebigen radioaktiven Isotopen sein kann, zeigt eine grobe Abschätzung der bei Xß- = 7 • 10"13 a"1 zu erwartenden //"-Aktivität des Tantals:
Eine unendlich dicke Tantalschicht von 100 cm2 Fläche emittiert weniger als ein //-Teilchen pro Minute, wenn man wiederum £'0 = 400 —600 keV voraussetzt.
Großen Dank schulden wir den Herren Prof. Dr. L.
C a h e n , Tervuren, und Dr. A. M. M a c g r e g o r , Sa- lisbury, sowie der G e s e l l s c h a f t f ü r E l e k t r o - m e t a l l u r g i e , insbesondere Herrn Dr. F u c h s , Düssel- dorf, für die Beschaffung der Tantalerze. Den Herren Prof.
Dr. E. B a i e r , Mainz, Prof. Dr. F. G. H o u t e r m a n s , Bern, und Prof. F. A. P a n e t h , Mainz, sind wir für ihr Interesse und wertvolle Hinweise zu Dank verpflichtet.
1 F. A. W h i t e , T. L. C o l l i n s u. F. M. R o u r k e , Phys. Rev. 97, 566 [1955],
2 S. E. E v a n s , E. G. S o k i u. R. R. S m i t h , Phys.
Rev. 97. 565 [1955].
3 J. M a 11 a u c h . Z. Phys. 91, 361 [ 1 9 3 4 ] ; Naturwiss.
25, 738 [1937].
4 E. B a i e r . private Mitteilung.
5 A. H o l m e s , Nature, Lond. 173, 612 [ 1 9 5 4 ] ; A.
H o l m e s u. L. C a h e n , African Geochronology, London 1955; L. H. A h r e n s , Geochim. Cosmochim. Acta 7, 294 [1955].
6 A. M. M a c g r e g o r , private Mitteilung.
7 H. N. B r o w n , W. L. B e n d e l , F. J. S h o r e u.
R. A. B e c k e r , Phys. Rev. 84. 293 [1951].
8 S. R. S t e h n , Phys. Rev. 93. 932 [ 1 9 5 4 ] ; P. F.
Z w e i f e l , Phys. Rev. 98. 1174 [1955].
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