Izotopi de gadoliniu
Izotopii gadoliniului sunt soiuri ( izotopi ) ai elementului chimic gadoliniu , care diferă prin numărul de neutroni din nucleu . Există 50 de izotopi de gadoliniu cu numere de masă de la 133 la 172 (număr de protoni 64, neutroni de la 69 la 108) și 16 izomeri nucleari [1] .
Gadoliniul natural este un amestec de șapte izotopi [2] . Dintre acestea, șase sunt stabile:
- 154 Gd ( abundența izotopică 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%),
iar unul este radioactiv cu un timp de înjumătățire uriaș , mult mai lung decât vârsta universului :
- 152 Gd (abundență izotopică 0,20 ± 0,03%; timp de înjumătățire 1,08⋅10 14 ani; dezintegrare alfa la samariu-148).
Cel mai lung izotop artificial este de 150 Gd cu un timp de înjumătățire de 1,8⋅106 ani .
Datorită radioactivității de 152 Gd, gadoliniul natural are o activitate specifică scăzută de aproximativ 1,5 Bq /kg. [3]
Teoretic , 160 Gd poate fi, de asemenea, instabil în ceea ce privește dezintegrarea beta dublă , cu toate acestea, experimentele nu i-au detectat radioactivitatea, doar o limită inferioară a fost stabilită pentru timpul de înjumătățire de 3,1 10 19 ani prin canalul cu doi neutrini în starea fundamentală. de 160 Dy (acest canal de dezintegrare este considerat cel mai probabil) [4] .
Gadoliniu-155 și gadoliniu-157
Izotopii 155 Gd și 157 Gd au secțiuni transversale uriașe de captare termică a neutronilor : [5]
Datorită acestor izotopi, gadoliniul natural are și o secțiune transversală mare de captare termică a neutronilor de aproximativ 49 de mii de hambare.
Ambii izotopi sunt incluși în produsele de fisiune ai nucleelor de uraniu și plutoniu (pentru uraniu-235, randamentul de 155 Gd este de 10 −5 pe fisiune, 157 Gd este de 7 10 −5 pe fisiune) [5] . Prin urmare, acești izotopi sunt „otrăvuri cu neutroni” semnificative , complicând controlul unui reactor nuclear .
De asemenea, acești izotopi (ca parte a amestecului izotopic natural de gadoliniu) au primit o oarecare utilizare în proiectarea reactoarelor nucleare moderne ca absorbanți de ardere de screening concepute pentru a extinde campania de combustibil a reactoarelor .
Gadoliniu-153
153 Gd se descompune prin captarea electronilor în europiu-153 stabil , are un timp de înjumătățire de 240,6 zile [1] și emite radiații gamma cu un vârf la 41 și 102 keV. Folosit în medicină pentru a diagnostica osteoporoza , blocarea celulelor Kupffer în tratamentul ficatului .
Tabelul izotopilor de gadoliniu
| Simbolul nuclidului |
Z ( p ) | N( n ) | Masa izotopică [6] ( a.u.m. ) |
Timp de înjumătățire [1] (T 1/2 ) |
Canal de dezintegrare | Produs de degradare | Spinul și paritatea nucleului [1] |
Prevalența izotopului în natură |
Gama de modificări ale abundenței izotopice în natură |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Energia de excitare | |||||||||
| 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 ? [aproximativ. unu] | 136 cm _ | ||||||||
| 138 Gd | 64 | 74 | 137.94012(21)# | 4.7(9) art | β + | 138 Eu | 0+ | ||
| 138m Gd | 2232,7(11) keV | 6(1) µs | (8−) | ||||||
| 139 Gd | 64 | 75 | 138,93824(21)# | 5.7(3) art | β + | 139 Eu | 9/2−# | ||
| β + p? [aproximativ. unu] | 138 cm _ | ||||||||
| 139m Gd | 250(150)# keV | 4.8(9) art | 1/2+# | ||||||
| 140 Gd | 64 | 76 | 139,93367(3) | 15.8(4) art | 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) art | β + | 142 Eu | 0+ | ||
| 143 Gd | 64 | 79 | 142,92675(22) | 39(2) s | β + | 143 Eu | (1/2)+ | ||
| β + α ? [aproximativ. unu] | ora 139 | ||||||||
| β + p? [aproximativ. unu] | 142 cm _ | ||||||||
| 143m Gd | 152,6(5) keV | 110.0(14) art | β + | 143 Eu | (11/2−) | ||||
| β + α ? [aproximativ. unu] | ora 139 | ||||||||
| β + p? [aproximativ. unu] | 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) zile | 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) nr | (49/2+) | ||||||
| 148 Gd | 64 | 84 | 147,918115(3) | 71,3(10) ani | α | 144 cm _ | 0+ | ||
| β + β + ? [aproximativ. unu] | 148 cm _ | ||||||||
| 149 Gd | 64 | 85 | 148,919341(4) | 9,28(10) zile | β + | 149 Eu | 7/2− | ||
| α (4,34⋅10 −4 %) | 145 cm _ | ||||||||
| 150 Gd | 64 | 86 | 149,918659(7) | 1.79(8)⋅10 6 ani | α | 146 cm _ | 0+ | ||
| β + β + ? [aproximativ. unu] | 150 cm _ | ||||||||
| 151 Gd | 64 | 87 | 150,920348(4) | 124(1) zile | EZ | 151 Eu | 7/2− | ||
| α (10 −6 %) | 147 cm _ | ||||||||
| 152 Gd | 64 | 88 | 151,9197910(27) | 1.08(8)⋅10 14 ani | α | 148 cm _ | 0+ | 0,0020(1) | |
| 153 Gd | 64 | 89 | 152,9217495(27) | 240,4(10) zile | 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) | grajd | 0+ | 0,0218(3) | |||
| 155 Gd | 64 | 91 | 154,9226220(27) | grajd | 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) | grajd | 0+ | 0,2047(9) | |||
| 156m Gd | 2137,60(5) keV | 1.3(1) µs | 7- | ||||||
| 157 Gd | 64 | 93 | 156,9239601(27) | grajd | 3/2− | 0,1565(2) | |||
| 158 Gd | 64 | 94 | 157,9241039(27) | grajd | 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 ani) [cca. 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) art | β − | 165 Tb | 1/2-# | ||
| 166 Gd | 64 | 102 | 165,94160(64)# | 4.8(10) art | β − | 166 TB _ | 0+ | ||
| 167 Gd | 64 | 103 | 166,94557(64)# | 3# cu | 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 Dezintegrarea prezisă teoretic nu a fost observată experimental.
- ↑ Teoretic, poate suferi dezintegrare dublă beta la 160 Dy.
Explicații la tabel
- Abundența de izotopi este dată pentru majoritatea probelor naturale. Pentru alte surse, valorile pot varia foarte mult.
- Indicii 'm', 'n', 'p' (lângă simbol) denotă stările izomerice excitate ale nuclidului.
- Simbolurile îngroșate indică produse de degradare stabile. Simbolurile cu caractere cursive aldine denotă produse de descompunere radioactivă care au timpi de înjumătățire comparabil cu sau mai mare decât vârsta Pământului și, prin urmare, prezenți în amestecul natural.
- Valorile marcate cu un hash (#) nu sunt derivate numai din datele experimentale, ci sunt (cel puțin parțial) estimate din tendințele sistematice ale nuclizilor vecini (cu aceleași rapoarte Z și N ). Rotirea incertitudinii și/sau valorile de paritate sunt incluse în paranteze.
- Incertitudinea este dată ca un număr între paranteze, exprimat în unități ale ultimei cifre semnificative, înseamnă o abatere standard (cu excepția abundenței și a masei atomice standard a unui izotop conform datelor IUPAC , pentru care este o definiție mai complexă a incertitudinii). folosit). Exemple: 29770,6(5) înseamnă 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) înseamnă 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) înseamnă −2200,2 ± 1,8.
- Denumirea β + înseamnă dezintegrarea pozitronilor concurente (e + ) și captarea electronilor (EC).
- Denumirile β + p, β + α, β − n înseamnă dezintegrare întârziată beta : o tranziție beta (cu emisia unui electron, pozitron sau cu captură de electroni) la un nivel excitat al unui izotop fiu, urmată de un dezintegrarea rapidă a acestui nivel, însoțită de emisia de particule (p este dezintegrarea protonilor , α este dezintegrarea alfa , n este dezintegrarea neutronilor ), fără a popula nivelul solului izotopului fiu. Vezi și neutroni întârziați .
Note
- ↑ 1 2 3 4 Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Evaluarea Nubase2020 a proprietăților nucleare // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
- ↑ Meija J. și colab. Compozițiile izotopice ale elementelor 2013 (Raport tehnic IUPAC ) // Chimie pură și aplicată . - 2016. - Vol. 88 , nr. 3 . - P. 293-306 . - doi : 10.1515/pac-2015-0503 .
- ↑ Lisachenko E.P. Evaluarea semnificației radiologice a metalelor pământurilor rare cu izotopi radioactivi naturali. Institutul de Cercetare a Igienei Radiațiilor din Sankt Petersburg, numit după profesorul P. V. Ramzaev, Sankt Petersburg.
- ↑ Danevich F. A. și colab. Căutarea dezintegrarii duble beta a izotopilor 160 Gd și Ce (engleză) // Fizica nucleară A . - 2001. - Vol. 694 , nr. 1-2 . - P. 375-391 . - doi : 10.1016/S0375-9474(01)00983-6 . - Cod . - arXiv : nucl-ex/0011020 .
- ↑ 1 2 64. GADOLINIU
- ↑ Date de la Wang M. , Audi G. , Kondev FG , Huang WJ , Naimi S. , Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). evaluarea datelor de intrare; și proceduri de ajustare (engleză) // Chinese Physics C. - 2016. - Vol. 41 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-344 . - doi : 10.1088/1674-1137/41/3/030002 .
| izotopi | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||