Isotoper av gadolinium
Isotoper av gadolinium är varianter ( isotoper ) av det kemiska elementet gadolinium , som skiljer sig åt i antalet neutroner i kärnan . Det finns 50 gadoliniumisotoper med masstal från 133 till 172 (antal protoner 64, neutroner från 69 till 108) och 16 nukleära isomerer [1] .
Naturligt gadolinium är en blandning av sju isotoper [2] . Av dessa är sex stabila:
- 154 Gd ( isotopisk mängd 2,18 ± 0,02%),
- 155 Gd (14,80 ± 0,09%),
- 156 Gd (20,47 ± 0,03%),
- 157 Gd (15,65 ± 0,04%),
- 158 Gd (24,84 ± 0,08%),
- 160 Gd (21,86 ± 0,03%),
och en är radioaktiv med en enorm halveringstid , mycket längre än universums ålder :
- 152 Gd (isotopisk förekomst 0,20 ± 0,03 %; halveringstid 1,08⋅10 14 år; alfasönderfall till samarium-148).
Den artificiella isotopen som lever längst är 150 Gd med en halveringstid på 1,8⋅10 6 år.
På grund av radioaktiviteten på 152 Gd har naturligt gadolinium en låg specifik aktivitet på cirka 1,5 Bq /kg. [3]
Teoretiskt kan 160 Gd också vara instabil med avseende på dubbel beta-sönderfall , men experiment upptäckte inte dess radioaktivitet, endast en nedre gräns fastställdes för halveringstiden på 3,1 10 19 år genom två-neutrinokanalen in i grundtillståndet av 160 Dy (denna sönderfallskanal anses vara den mest sannolika) [4] .
Gadolinium-155 och gadolinium-157
Isotoper 155 Gd och 157 Gd har enorma termiska neutroninfångningstvärsnitt : [ 5]
- 155 Gd över 60 tusen ladugårdar ,
- 157 Gd över 253 tusen fat .
Tack vare dessa isotoper har naturligt gadolinium också en hög termisk neutroninfångningstvärsnitt på cirka 49 tusen ladugårdar.
Båda isotoper ingår i klyvningsprodukterna av uran- och plutoniumkärnor (för uran-235 är utbytet av 155 Gd 10 −5 per fission, 157 Gd är 7 10 −5 per fission) [5] . Därför är dessa isotoper betydande "neutrongifter" , vilket komplicerar kontrollen av en kärnreaktor .
Dessa isotoper (som en del av den naturliga isotopblandningen av gadolinium) har också fått viss användning i designen av moderna kärnreaktorer som screeningbrännbara absorbatorer utformade för att utöka reaktorbränslekampanjen .
Gadolinium-153
153 Gd sönderfaller via elektroninfångning till stabilt europium-153 , har en halveringstid på 240,6 dagar [1] och avger gammastrålning med en topp vid 41 och 102 keV. Används inom medicin för att diagnostisera osteoporos , blockad av Kupffer-celler vid behandling av levern .
Tabell över gadoliniumisotoper
| Nuklidsymbol _ |
Z ( p ) | N( n ) | Isotopmassa [6] ( a.u.m. ) |
Halveringstid [ 1] (T 1/2 ) |
Decay kanal | Förfallande produkt | Spinn och paritet av kärnan [1] |
Isotopens förekomst i naturen |
Omfång av förändringar i isotopisk förekomst i naturen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Excitationsenergi | |||||||||
| 134 Gd | 64 | 70 | 133.95537(43)# | 0,4#s | 0+ | ||||
| 135 Gd | 64 | 71 | 134.95257(54)# | 1.1(2) s | 3/2− | ||||
| 136 Gd | 64 | 72 | 135.94734(43)# | 1# s [>200 ns] | β + | 136 Eu | |||
| 137 Gd | 64 | 73 | 136.94502(43)# | 2.2(2) s | β + | 137 Eu | 7/2+# | ||
| β + p ? [cirka. ett] | 136 cm _ | ||||||||
| 138 Gd | 64 | 74 | 137.94012(21)# | 4.7(9) s | β + | 138 Eu | 0+ | ||
| 138m Gd | 2232,7(11) keV | 6(1) µs | (8−) | ||||||
| 139 Gd | 64 | 75 | 138.93824(21)# | 5.7(3) s | β + | 139 Eu | 9/2−# | ||
| β + p? [cirka. ett] | 138 cm _ | ||||||||
| 139m Gd | 250(150)# keV | 4.8(9) s | 1/2+# | ||||||
| 140 Gd | 64 | 76 | 139,93367(3) | 15.8(4) s | β + | 140 Eu | 0+ | ||
| 141 Gd | 64 | 77 | 140,932126(21) | 14(4) s | β + (99,97%) | 141 Eu | (1/2+) | ||
| β + p (0,03 %) | 140 cm _ | ||||||||
| 141m Gd | 377,8(2) keV | 24.5(5) s | β + (89 %) | 141 Eu | (11/2−) | ||||
| IP (11 %) | 141 Gd | ||||||||
| 142 Gd | 64 | 78 | 141,92812(3) | 70.2(6) s | β + | 142 Eu | 0+ | ||
| 143 Gd | 64 | 79 | 142,92675(22) | 39(2) s | β + | 143 Eu | (1/2)+ | ||
| β + α ? [cirka. ett] | Klockan 139 | ||||||||
| β + p? [cirka. ett] | 142 cm _ | ||||||||
| 143m Gd | 152,6(5) keV | 110,0(14) s | β + | 143 Eu | (11/2−) | ||||
| β + α ? [cirka. ett] | Klockan 139 | ||||||||
| β + p? [cirka. ett] | 142 cm _ | ||||||||
| 144 Gd | 64 | 80 | 143,92296(3) | 4,47(6) min | β + | 144 Eu | 0+ | ||
| 145 Gd | 64 | 81 | 144,921709(20) | 23,0(4) min | β + | 145 Eu | 1/2+ | ||
| 145m Gd | 749,1(2) keV | 85(3) s | IP (94,3%) | 145 Gd | 11/2− | ||||
| β + (5,7 %) | 145 Eu | ||||||||
| 146 Gd | 64 | 82 | 145.918311(5) | 48,27(10) dagar | EZ | 146 Eu | 0+ | ||
| 147 Gd | 64 | 83 | 146.919094(3) | 38.06(12) h | β + | 147 Eu | 7/2− | ||
| 147m Gd | 8587,8(4) keV | 510(20) ns | (49/2+) | ||||||
| 148 Gd | 64 | 84 | 147.918115(3) | 71,3(10) år | α | 144 cm _ | 0+ | ||
| β + β + ? [cirka. ett] | 148 cm _ | ||||||||
| 149 Gd | 64 | 85 | 148.919341(4) | 9,28(10) dagar | β + | 149 Eu | 7/2− | ||
| α (4,34⋅10 −4 %) | 145 cm _ | ||||||||
| 150 Gd | 64 | 86 | 149,918659(7) | 1,79(8)⋅10 6 år | α | 146 cm _ | 0+ | ||
| β + β + ? [cirka. ett] | 150 cm _ | ||||||||
| 151 Gd | 64 | 87 | 150,920348(4) | 124(1) dagar | EZ | 151 Eu | 7/2− | ||
| α (10 −6 %) | 147 cm _ | ||||||||
| 152 Gd | 64 | 88 | 151,9197910(27) | 1.08(8)⋅10 14 år | α | 148 cm _ | 0+ | 0,0020(1) | |
| 153 Gd | 64 | 89 | 152.9217495(27) | 240,4(10) dagar | EZ | 153 Eu | 3/2− | ||
| 153m1 Gd | 95,1737(12) keV | 3,5(4) µs | (9/2+) | ||||||
| 153m2 Gd | 171,189(5) keV | 76,0 (14) µs | (11/2−) | ||||||
| 154 Gd | 64 | 90 | 153.9208656(27) | stabil | 0+ | 0,0218(3) | |||
| 155 Gd | 64 | 91 | 154,9226220(27) | stabil | 3/2− | 0,1480(12) | |||
| 155m Gd | 121,05(19) keV | 31,97(27) ms | IP | 155 Gd | 11/2− | ||||
| 156 Gd | 64 | 92 | 155.9221227(27) | stabil | 0+ | 0,2047(9) | |||
| 156m Gd | 2137,60(5) keV | 1,3(1) µs | 7- | ||||||
| 157 Gd | 64 | 93 | 156.9239601(27) | stabil | 3/2− | 0,1565(2) | |||
| 158 Gd | 64 | 94 | 157.9241039(27) | stabil | 0+ | 0,2484(7) | |||
| 159 Gd | 64 | 95 | 158,9263887(27) | 18.479(4) h | β − | 159 Tb | 3/2− | ||
| 160 Gd | 64 | 96 | 159,9270541(27) | stabil (>3,1⋅10 19 år) [ca. 2] | 0+ | 0,2186(19) | |||
| 161 Gd | 64 | 97 | 160,9296692(29) | 3,646(3) min | β − | 161 Tb | 5/2− | ||
| 162 Gd | 64 | 98 | 161,930985(5) | 8,4(2) min | β − | 162 Tb | 0+ | ||
| 163 Gd | 64 | 99 | 162,93399(32)# | 68(3) s | β − | 163 Tb | 7/2+# | ||
| 164 Gd | 64 | 100 | 163.93586(43)# | 45(3) s | β − | 164 Tb | 0+ | ||
| 165 Gd | 64 | 101 | 164.93938(54)# | 10.3(16) s | β − | 165 Tb | 1/2−# | ||
| 166 Gd | 64 | 102 | 165.94160(64)# | 4,8(10) s | β − | 166TB _ | 0+ | ||
| 167 Gd | 64 | 103 | 166.94557(64)# | 3# med | β − | 167 Tb | 5/2−# | ||
| 168 Gd | 64 | 104 | 167.94836(75)# | 300# ms | β − | 168 Tb | 0+ | ||
| 169 Gd | 64 | 105 | 168.95287(86)# | 0,75(21) s | β − ; β − n? | 169 Tb | 7/2−# | ||
| 170 Gd | 64 | 106 | 169.95615(54)# | 0,42(13) s | β − ; β − n? | 170 Tb | 0+ | ||
| 171 Gd | 64 | 107 | 170,96113(54)# | 0,3 c# | β − ?; β − n? | 171 TB? | 9/2+# | ||
| 172 Gd | 64 | 108 | 171.96461(32)# | 0,16 c# | β − ?; β − n? | 172 TB? | 0+# | ||
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Teoretiskt förutsagt sönderfall observerades inte experimentellt.
- ↑ Teoretiskt sett kan den genomgå dubbel beta-sönderfall vid 160 Dy.
Förklaringar till tabellen
- Isotopförekomster ges för de flesta naturliga prover. För andra källor kan värdena variera kraftigt.
- Indexen 'm', 'n', 'p' (bredvid symbolen) anger nuklidens exciterade isomera tillstånd.
- Symboler i fet stil indikerar stabila nedbrytningsprodukter. Symbolerna i fet kursiv stil betecknar radioaktiva sönderfallsprodukter som har halveringstider som är jämförbara med eller högre än jordens ålder och därför finns i den naturliga blandningen.
- Värden markerade med en hash (#) härleds inte enbart från experimentella data, utan är (åtminstone delvis) uppskattade från systematiska trender i närliggande nuklider (med samma Z- och N -förhållanden ). Osäkerhetsspinn och/eller paritetsvärden är omgivna inom parentes.
- Osäkerhet anges som ett tal inom parentes, uttryckt i enheter av den sista signifikanta siffran, betyder en standardavvikelse (med undantag för mängden och standardatommassan för en isotop enligt IUPAC -data , för vilken en mer komplex definition av osäkerhet är Begagnade). Exempel: 29770,6(5) betyder 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) betyder 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) betyder −2200,2 ± 1,8.
- Beteckningen β + betyder konkurrerande positronsönderfall (e + ) och elektroninfångning (EC).
- Beteckningarna β + p, β + α, β − n betyder beta-fördröjd sönderfall : en betaövergång (med emission av en elektron, positron eller med elektroninfångning) till en exciterad nivå av en dotterisotop, följt av en snabbt sönderfall av denna nivå, åtföljt av partikelemission (p är protonsönderfall , α är alfasönderfall , n är neutronsönderfall ), utan att befolka marknivån för dotterisotopen. Se även fördröjda neutroner .
Anteckningar
- ↑ 1 2 3 4 Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Nubase2020 -utvärderingen av nukleära egenskaper // Kinesisk fysik C. - 2021. - Vol. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
- ↑ Meija J. et al. Isotopiska sammansättningar av grundämnen 2013 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Vol. 88 , nr. 3 . - s. 293-306 . - doi : 10.1515/pac-2015-0503 .
- ↑ Lisachenko E.P. Bedömning av den radiologiska betydelsen av sällsynta jordartsmetaller med naturliga radioaktiva isotoper. St. Petersburg Research Institute of Radiation Hygiene uppkallat efter professor P. V. Ramzaev, St. Petersburg.
- ↑ Danevich F. A. et al. Strävan efter dubbel beta-sönderfall av 160 Gd och Ce isotoper (engelska) // Kärnfysik A . - 2001. - Vol. 694 , nr. 1-2 . - s. 375-391 . - doi : 10.1016/S0375-9474(01)00983-6 . - . - arXiv : nucl-ex/0011020 .
- ↑ 1 2 64. GADOLINIUM
- ↑ Data från Wang M. , Audi G. , Kondev FG , Huang WJ , Naimi S. , Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). utvärdering av indata; och justeringsprocedurer (engelska) // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-344 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030002 .
| isotoper | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||