Search
Contents
A Quick Tour of Nuclides.net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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The Installation Menu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
The Nuclide Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fission Yields and Averaged Cross Sections . . . . . . . . . . . . . . . . .
Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Decay Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dosimetry & Shielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Virtual Nuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Universal Nuclide Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forum & News . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1. Getting Started with Nuclides.net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
The Nuclides.net Program Suite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Computer System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
End User License Agreement (EULA) . . . . . . . . . . . . . . . . .
Installing Nuclides.net on a Hard Disk . . . . . . . . . . . . . . . . .
Starting Nuclides.net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Direct Access to the Webserver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
News and Forums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Scientific Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Screen Captures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2. Background on Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.1 The Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Discovery of Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Structure of the Atom and Nucleus . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3 Synthesis of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Nuclide Stability – The Nuclide Chart . . . . . . . . . . .
2.1.5 Nuclides Masses and the Atomic Mass Unit . . . . . . .
2.1.6 Binding Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Radioactive Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Alpha (α) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Beta-minus (β− ) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Search
VIII
Contents
2.2.3 Gamma Emission and Internal Conversion . . . . . . . .
2.2.4 Isomeric Transitions (IT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.5 Beta-plus (β+ ) Decay (Positron Emission) . . . . . . . .
2.2.6 Electron Capture (ε) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.7 Spontaneous Fission (SF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.8 Proton Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.9 Special Beta-Decay Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.10 Heavy-Ion or Cluster Radioactivity . . . . . . . . . . . . . .
2.2.11 Magic Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Nuclear Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Cross-sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Neutron Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 Decay and Reaction Paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Nuclide Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Decay Processes and Nuclear Reactions . . . . . . . . . .
2.4.2 Paper-Based Nuclide Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3. Nuclide Explorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.1 Navigational Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 The Taskbar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 “Build Your Own” Nuclide Chart . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 DataSheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Mass Excess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Mass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3 Half-life and the Decay Constant . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4 Nuclear Spin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.5 Nuclear Isomers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.6 Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.7 Number of Decay Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.8 Decay Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.9 Branching Ratios (BR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.10 Decay Energy, Q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.11 Daughter Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.12 Mean Decay Energies per Disintegration . . . . . . . . .
3.2.13 Spectral Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.14 Effective Dose Coefficients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 FactSheets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1 Average (Mean) Lifetime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2 Specific Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.3 Isotopic Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.4 Spontaneous Fission (SF) Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.5 Specific Gamma Dose Rate at 1 m . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.6 Annual Limits of Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Search
Contents
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
IX
3.3.7 Packaging and Transportation
of Radioactive Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fission Yields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cross-sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Case Study: Neutron Irradiation of Thorium . . . . . .
Element Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Articles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Weblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.9.1 Search the Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.9.2 Search Nuclides.net . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4. Decay Engine, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.1
4.2
4.3
4.4
Simple Radioactive Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Radioactive Decay Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Convergent and Divergent Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Radioactive Equilibria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 (τ1 τ2 ): Secular Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.2 (τ1 > τ2 ): Transient Equilibrium . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.3 (τ1 < τ2 ): The Half-life of the Parent is Shorter
than that of the Daughter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.4 (τ1 ≈ τ2 ): The Half-lives of the Parent
and Daughter are Similar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Decay Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2 Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3 Print . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4 Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.5 Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.1 Case Study: The Radioactive Decay of 60 Co . . . . . .
4.6.2 Case Study: The Radioactive Decay of 232 U . . . . . .
4.6.3 Case Study: How “Hot” is 242mAm? . . . . . . . . . . . . .
4.6.4 Case Study: “Age” Determination
of Plutonium Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6.5 Case Study: Alpha-Immunotherapy:
213
Bi “Milking” from 225 Ac
for Cancer Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5. Dosimetry and Shielding, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1 Absorbed Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1.1 Dose Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.1.2 Quality or Weighting Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Search
X
Contents
5.1.3 Equivalent Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1.4 Effective Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Attenuation of Gamma Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3 Absorption of Gamma Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Calculation of the Equivalent Dose Rate . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Absorption in Tissue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6 Attenuation in Shield Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7 Build-up Factors (B) for Shield Materials . . . . . . . . . . . . . . .
5.8 The -DOSE Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.1 User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.2 Options Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.3 Results Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.4 Graph Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8.5 Input/Output Restrictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9 Validation of the Results/Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.1 Case Study: Shielding 24 Na . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.2 Case Study: Shielding 60 Co . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9.3 Case Study: Gamma Radiography with 192 Ir . . . . . .
5.9.4 Case Study: Thickness of Neptunium Targets . . . . .
5.10 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6. Virtual Nuclides, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.1 Application of Virtual Nuclides to Radioactive Decay . . . .
6.1.1 Properties of the Virtual Parent . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Application of Virtual Nuclides to Dosimetry
and Shielding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3 The Virtual Nuclides Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1 Creating a Virtual Nuclide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.2 Storing the Virtual Nuclide Information . . . . . . . . . .
6.3.3 Running Applications with Virtual Nuclides . . . . . .
6.4 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4.1 Case Study: A Simple Two Component Mixture . . .
6.4.2 Case Study: Multi-Component Mixtures . . . . . . . . . .
6.4.3 Case Study: Application to Fission . . . . . . . . . . . . . .
6.4.4 Case Study: Laser Induced Fission of Uranium . . . .
6.4.5 Case Study: Laser Irradiation of Copper . . . . . . . . . .
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7. Fission Products and Yields, ϒ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.1 Nuclear Fission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2 The Fission Yield Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1 Definitions of Fission Yields . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Fission Product Yield Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.1 Fission Product Yield Comparisons: Parents . . . . . .
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Search
Contents
7.3.2 Fission Product Yield Comparisons: Elements . . . . .
7.3.3 Fission Product Yield Comparisons:
Masses (Isobars) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3.4 Fission Product Yield Comparisons: Libraries . . . . .
7.3.5 The Chain Yield Window . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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8. The Universal Nuclide Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.1 User Interface: Nuclide Chart Viewer . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Nuclide Chart Viewer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.1 Basic Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.2 View Basic Decay and Cross-section Data . . . . . . . .
8.2.3 Navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.4 Select Nuclide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.5 Colour Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.6 Chart Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.7 Colour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.8 Decay Chain and Reaction Path . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Radioactive Decay Chain Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.1 Time Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.2 Start/Stop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.3 Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.4 Th232/U235/U238 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.5 MinBR(%) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3.6 E (MeV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Neutron Reaction Path Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.1 Neutron Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.2 Reaction Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.3 Time Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.4 Reaction Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9. Applications of Radionuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.1 Medical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2 Industrial Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.3 Scientific / Research Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
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XII
Contents
Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Appendix 1: The Atomic Mass Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Appendix 2: The Nuclides.net Database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Appendix 3: Tables of Mass Attenuation Coefficients . . . . . . . . .
Appendix 4: Tables of Buildup Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Appendix 5: Physical Constants, Conversion Factors,
Prefixes, Greek Alphabet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Appendix 6: Table of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Appendix 7: Actinide Critical Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
233
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238
248
257
259
263
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Search
Inserts
An Astrophysical Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
Age of the Earth – a Brief History of Radioactivity . . . . . . . . . . . . .
32
Halo Nuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
The Super-Heavy Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
A Short History of the Karlsruhe Chart of the Nuclides . . . . . . . . .
60
Strasbourg Nuclide Chart 2002 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
66
How Constant is the Decay Constant ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
High Background Radiation Areas Around the World . . . . . . . . . . .
92
Radiotoxicity and Annual Limits of Intake (ALI) . . . . . . . . . . . . . .
93
Very Long-Term “Packaging” of Radioactive Materials –
Nuclear Waste Disposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
96
Nuclear Batteries for Microelectromechanical Systems (MEMS) . . 108
Conan the Bacterium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
Prehistoric Cave Art at Altamira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215