Изотопы гафния
Изотопы гафния — разновидности химического элемента гафния, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы гафния с массовыми числами от 153 до 188 (количество протонов 72, нейтронов от 81 до 116), и 26 ядерных изомеров.
Природный гафний состоит из смеси 6 изотопов. Пять из них являются стабильными:
- 176Hf (изотопная распространённость 5,26 %), стабилен
- 177Hf (изотопная распространённость 18,60 %), стабилен
- 178Hf (изотопная распространённость 27,28 %), стабилен
- 179Hf (изотопная распространённость 13,62 %), стабилен
- 180Hf (изотопная распространённость 35,08 %), стабилен
Еще один природный изотоп нестабилен, но имеет огромный период полураспада, много больше возраста Вселенной:
- 174Hf (изотопная распространённость 0,16 %), период полураспада 2×1015 лет
Самым долгоживущим искусственным радиоизотопом является 182Hf с периодом полураспада 8,9 млн лет.
178m2Hf
- Основная статья Гафниевая бомба[англ.]
В 1998 году внимание ученых привлек изомер 178m2Hf. Его особенностью была значительная энергия возбуждённого состояния (2,446 МэВ на ядро или 1,3 ГДж на 1 грамм) при большом периоде полураспада (31 год).[1][2] При изомерном переходе энергия высвобождалась в виде гамма-излучения, конечный изотоп стабилен.
В 1998 году группа исследователей под руководством Карла Коллинза (Carl Collins) сообщила, что нашла способ осуществления принудительного распада изомера. По сообщениям группы, удалось добиться некоторого увеличения естественного темпа распада путем облучения вещества рентгеновским излучением определенного спектра. В 2003 году агентство оборонных исследований DARPA профинансировало дополнительные исследования, что вызвало общественный резонанс и слухи о так называемой «гафниевой бомбе» — устройстве, осуществляющем лавинный изомерный переход в значительной массе изомера с выделением энергий, сопоставимых с энергиями взрыва традиционных химических взрывчатых веществ.
Тем не менее, в научном мире скептически отнеслись не только к перспективе построения подобных устройств, но и к самой возможности искусственной стимуляции изомерного перехода, подвергнув критике работу Коллинза. Помимо сомнений в достоверности экспериментов, также указывали на огромные трудности получения изомера в количествах, необходимых для построения практически применимого оружия. Причина трудностей — крайне низкие вероятности протекания всех известных реакций синтеза изомера, не позволяющие получать изомер на известном оборудовании в нужном количестве.
Таблица изотопов гафния
| Символ нуклида | Z(p) | N(n) | Масса изотопа[3] (а. е. м.) | Период полураспада[4] (T1/2) | Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[4] | Распространённость изотопа в природе | Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | |||||||||
| 153Hf | 72 | 81 | 152,97069(54)# | 400# мс [>200 нс] | 1/2+# | ||||
| 153mHf | 750(100)# кэВ | 500# мс | 11/2−# | ||||||
| 154Hf | 72 | 82 | 153,96486(54)# | 2(1) с | β+ | 154Lu | 0+ | ||
| α (редко) | 150Yb | ||||||||
| 155Hf | 72 | 83 | 154,96339(43)# | 890(120) мс | β+ | 155Lu | 7/2−# | ||
| α (редко) | 151Yb | ||||||||
| 156Hf | 72 | 84 | 155,95936(22) | 23(1) мс | α (97%) | 152Yb | 0+ | ||
| β+ (3%) | 156Lu | ||||||||
| 156mHf | 1959,0(10) кэВ | 480(40) мкс | 8+ | ||||||
| 157Hf | 72 | 85 | 156,95840(21)# | 115(1) мс | α (86%) | 153Yb | 7/2− | ||
| β+ (14%) | 157Lu | ||||||||
| 158Hf | 72 | 86 | 157,954799(19) | 2,84(7) с | β+ (55%) | 158Lu | 0+ | ||
| α (45%) | 154Yb | ||||||||
| 159Hf | 72 | 87 | 158,953995(18) | 5,20(10) с | β+ (59%) | 159Lu | 7/2−# | ||
| α (41%) | 155Yb | ||||||||
| 160Hf | 72 | 88 | 159,950684(12) | 13,6(2) с | β+ (99,3%) | 160Lu | 0+ | ||
| α (0,7%) | 156Yb | ||||||||
| 161Hf | 72 | 89 | 160,950275(24) | 18,2(5) с | β+ (99,7%) | 161Lu | 3/2−# | ||
| α (0,3%) | 157Yb | ||||||||
| 162Hf | 72 | 90 | 161,94721(1) | 39,4(9) с | β+ (99,99%) | 162Lu | 0+ | ||
| α (0,008%) | 158Yb | ||||||||
| 163Hf | 72 | 91 | 162,94709(3) | 40,0(6) с | β+ | 163Lu | 3/2−# | ||
| α (10−4%) | 159Yb | ||||||||
| 164Hf | 72 | 92 | 163,944367(22) | 111(8) с | β+ | 164Lu | 0+ | ||
| 165Hf | 72 | 93 | 164,94457(3) | 76(4) с | β+ | 165Lu | (5/2−) | ||
| 166Hf | 72 | 94 | 165,94218(3) | 6,77(30) мин | β+ | 166Lu | 0+ | ||
| 167Hf | 72 | 95 | 166,94260(3) | 2,05(5) мин | β+ | 167Lu | (5/2)− | ||
| 168Hf | 72 | 96 | 167,94057(3) | 25,95(20) мин | β+ | 168Lu | 0+ | ||
| 169Hf | 72 | 97 | 168,94126(3) | 3,24(4) мин | β+ | 169Lu | (5/2)− | ||
| 170Hf | 72 | 98 | 169,93961(3) | 16,01(13) ч | ЭЗ | 170Lu | 0+ | ||
| 171Hf | 72 | 99 | 170,94049(3) | 12,1(4) ч | β+ | 171Lu | 7/2(+) | ||
| 171mHf | 21,93(9) кэВ | 29,5(9) с | ИП | 171Hf | 1/2(−) | ||||
| 172Hf | 72 | 100 | 171,939448(26) | 1,87(3) года | ЭЗ | 172Lu | 0+ | ||
| 172mHf | 2005,58(11) кэВ | 163(3) нс | (8−) | ||||||
| 173Hf | 72 | 101 | 172,94051(3) | 23,6(1) ч | β+ | 173Lu | 1/2− | ||
| 174Hf | 72 | 102 | 173,940046(3) | 2,0(4)⋅1015 лет | α | 170Yb | 0+ | 0,0016(1) | 0,001619–0,001621 |
| 174m1Hf | 1549,3 кэВ | 138(4) нс | (6+) | ||||||
| 174m2Hf | 1797,5(20) кэВ | 2,39(4) мкс | (8−) | ||||||
| 174m3Hf | 3311,7 кэВ | 3,7(2) мкс | (14+) | ||||||
| 175Hf | 72 | 103 | 174,941509(3) | 70(2) сут | β+ | 175Lu | 5/2− | ||
| 176Hf | 72 | 104 | 175,9414086(24) | стабилен[n 1] | 0+ | 0,0526(7) | 0,05206–0,05271 | ||
| 177Hf | 72 | 105 | 176,9432207(23) | стабилен (>1,3⋅1018 лет)[n 2][5] | 7/2− | 0,1860(9) | 0,18593–0,18606 | ||
| 177m1Hf | 1315,4504(8) кэВ | 1,09(5) с | 23/2+ | ||||||
| 177m2Hf | 1342,38(20) кэВ | 55,9(12) мкс | (19/2−) | ||||||
| 177m3Hf | 2740,02(15) кэВ | 51,4(5) мин | 37/2− | ||||||
| 178Hf | 72 | 106 | 177,9436988(23) | стабилен[n 3] | 0+ | 0,2728(7) | 0,27278–0,27297 | ||
| 178m1Hf | 1147,423(5) кэВ | 4,0(2) с | 8− | ||||||
| 178m2Hf | 2445,69(11) кэВ | 31(1) лет | 16+ | ||||||
| 178m3Hf | 2573,5(5) кэВ | 68(2) мкс | (14−) | ||||||
| 179Hf | 72 | 107 | 178,9458161(23) | стабилен[n 4] | 9/2+ | 0,1362(2) | 0,13619–0,1363 | ||
| 179m1Hf | 375,0367(25) кэВ | 18,67(4) с | 1/2− | ||||||
| 179m2Hf | 1105,84(19) кэВ | 25,05(25) сут | 25/2− | ||||||
| 180Hf | 72 | 108 | 179,9465500(23) | стабилен[n 5] | 0+ | 0,3508(16) | 0,35076–0,351 | ||
| 180m1Hf | 1141,48(4) кэВ | 5,47(4) ч | 8− | ||||||
| 180m2Hf | 1374,15(4) кэВ | 0,57(2) мкс | (4−) | ||||||
| 180m3Hf | 2425,8(10) кэВ | 15(5) мкс | (10+) | ||||||
| 180m4Hf | 2486,3(9) кэВ | 10(1) мкс | 12+ | ||||||
| 180m5Hf | 2538,3(12) кэВ | >10 мкс | (14+) | ||||||
| 180m6Hf | 3599,3(18) кэВ | 90(10) мкс | (18−) | ||||||
| 181Hf | 72 | 109 | 180,9491012(23) | 42,39(6) сут | β− | 181Ta | 1/2− | ||
| 181m1Hf | 595(3) кэВ | 80(5) мкс | (9/2+) | ||||||
| 181m2Hf | 1040(10) кэВ | ~100 мкс | (17/2+) | ||||||
| 181m3Hf | 1738(10) кэВ | 1,5(5) мс | (27/2−) | ||||||
| 182Hf | 72 | 110 | 181,950554(7) | 8,90(9)⋅106 лет | β− | 182Ta | 0+ | ||
| 182mHf | 1172,88(18) кэВ | 61,5(15) мин | β− (58%) | 182Ta | 8− | ||||
| ИП (42%) | 182Hf | ||||||||
| 183Hf | 72 | 111 | 182,95353(3) | 1,067(17) ч | β− | 183Ta | (3/2−) | ||
| 184Hf | 72 | 112 | 183,95545(4) | 4,12(5) ч | β− | 184Ta | 0+ | ||
| 184mHf | 1272,4(4) кэВ | 48(10) с | β− | 184Ta | 8− | ||||
| 185Hf | 72 | 113 | 184,95882(21)# | 3,5(6) мин | β− | 185Ta | 3/2−# | ||
| 186Hf | 72 | 114 | 185,96089(32)# | 2,6(12) мин | β− | 186Ta | 0+ | ||
| 187Hf | 72 | 115 | 186,96459(43)# | 30# с [>300 нс] | |||||
| 188Hf | 72 | 116 | 187,96685(54)# | 20# с [>300 нс] | 0+ | ||||
- ↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в 172Yb
- ↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в 173Yb
- ↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в 174Yb
- ↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в 175Yb
- ↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в 176Yb
Пояснения к таблице
- Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.
- Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
- Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.
- Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
- Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.
Примечания
- ↑ Ошибка Пентагона. Популярная механика (октябрь 2007). Дата обращения: 10 ноября 2018. Архивировано из оригинала 10 мая 2011 года.
- ↑ Индуцированный распад ядерного изомера 178m2Hf и «изомерная бомба». УФН (май 2005). Архивировано 22 августа 2011 года.
- ↑ Данные приведены по Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — .
- ↑ 1 2 Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
- ↑ Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
