Kalium-40

Kalium-40 (40K) on kaliumin luonnossa esiintyvä radio­aktiivinen isotooppi, jolla on erittäin pitkä puoliintumisaika, 1,249 · 109 vuotta. Sen ytimessä on 19 protonia ja 21 neutronia. Luonnon kaliumissa sitä on noin 0,01 prosenttia.

Kalium-40 on siitä harvinainen radioisotooppi, että sillä voivat esiintyä kaikki kolme beetahajoamisen tapaa. Noin 89,28 prosentissa tapauksissa se hajoaa kalsium-40:ksi (40Ca) lähettämällä beetahiukkasen (β−) eli elektronin, jonka maksimienergia on 1,33 MeV, ja antineutriinon. Noin 10,72 prosentissa tapauksissa se elektronisieppauksella argon-40:ksi lähettäen 1,460 MeV:n gammasäteilyä ja neutriinon. Pieni osa, noin 0,001 prosenttia kalium-40-ytimistä, hajoaa argon-40:ksi lähettämällä positronin (β+-hiukkasen) ja neutriinon

Kalium-argon-ajoitus
Kalium-40:llä on suuri merkitys radio­aktiivisen iän­määrityksen kannalta, sillä siihen perustuu kalium-argon-ajoitus. Sen yhtenä hajoamis­tuotteena syntyvä argon on jalokaasu, joka ei muodosta kemiallisia yhdisteitä muiden alkuaineiden kanssa. Tämän vuoksi kun jokin mineraali muodostuu sulan laavan jähmettyessä tai veteen liuenneiden aineiden kiteytyessä, se ei alun perin sisällä lainkaan argonia, vaikka sitä olisikin ollut siinä nesteessä, josta se muodostui. Jos mineraali kuitenkin sisältää kaliumia, siinä olevan kalium-40:n hajotessa syntyy vähitellen argonia, joka jää mineraalin sisään. Koska tiedetään, millä nopeudella tämä tapahtuu, mittaamalla mineraalin 40K- ja 40Ar-pitoisuuksien suhde on mahdollista laskea, kuinka pitkä aika sen muodostumisesta on kulunut.

Maan ilmakehän argonista on 99,6 % isotooppia 40Ar. Sitä vastoin Auringossa, ja kaikesta päätellen aikoinaan myös siinä aineessa, josta planeetat muodostuivat, suurin osa argonista on isotooppia 36Ar ja vain noin 15 % isotooppia 40Ar. Tämä osoittaa, että suurin osa ilma­kehän argonista on syntynyt kalium-40:stä, joka on vähitellen hajonnut argon-40:ksi ja tämä paennut ilma­kehään.

Kalium-40:n osuus luonnollisessa radioaktiivisuudessa

Kalium-40 on suurin luonnollisen radio­aktiivisuuden lähde eläimissä ja ihmisissä. Aikuisen ihmisen kehossa on noin 160 grammaa kaliumia, josta 0,01 prosenttia eli 0,016 grammaa on isotooppia 40K. Tämän kaliummäärän aktiivisuus on noin 4 200 becquereliä, eli sekunnissa ihmisen kehossa hajoaa noin 4 200 kalium-40-ydintä.

Radioaktiivisen kaliumin on väitetty olevan tärkein kasveilla ja eläimillä esiintyvien luonnollisten geneettisten mutaatioiden aiheuttaja.

Lähteet
Taulukko radioaktiivisista isotoopeista, K-40
The Lund/LBNL Nuclear Data Search

Viitteet

Aiheesta muualla
kalium 40 Human Health Fact Sheet in Argonne National Laboratory Environmental Science Division, Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas

Isotoopit