Изотопы ксенона
Изотопы ксенона — разновидности химического элемента ксенона, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы ксенона с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93), и более 10 ядерных изомеров.
9 изотопов встречаются в природе. Из них стабильными являются семь:
- 126Xe (изотопная распространенность 0,089 %),
- 128Xe (изотопная распространенность 1,910 %),
- 129Xe (изотопная распространенность 26,401 %) (Xe-129[англ.]),
- 130Xe (изотопная распространенность 4,071 %),
- 131Xe (изотопная распространенность 21,232 %),
- 132Xe (изотопная распространенность 26,909 %),
- 134Xe (изотопная распространенность 10,436 %).
Ещё два изотопа имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной:
- 124Xe (изотопная распространенность 0,095 %, период полураспада 1,8⋅1022 лет),
- 136Xe (изотопная распространенность 8,857 %, период полураспада 2,165⋅1021 лет).
Остальные изотопы искусственные, из них самые долгоживущие 127Xe (период полураспада 36,345 суток) и 133Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны 131mXe с периодом полураспада 11,84 суток, 129mXe (8,88 суток) и 133mXe (2,19 суток)[1].
Ксенон-133
133Xe — искусственный изотоп, применяется в медицине для диагностических целей[2] — для изучения легочной вентиляции (путем вдыхания газообразного ксенона-133), а также при изучении особенностей кровотока и миелографии (путем введения в растворах). Не усваивается организмом и быстро выводится из крови через легкие.
Испытывает бета-минус-распад с периодом полураспада 5,3 суток и максимальной энергией электрона 346 кэВ, дочерний изотоп — стабильный 133Cs. Распад 133Xe происходит в 99 % случаев на возбуждённый уровень цезия-133 с энергией 81,0 кэВ, который сразу распадается в основной уровень с испусканием гамма-кванта энергией 81 кэВ или конверсионных электронов. При редких распадах на более высокие возбуждённые уровни цезия-133 сброс возбуждения происходит гамма-квантами с энергиями до 0,38 МэВ. Ксенон-133 получают облучением нейтронами природного ксенона по реакции 132Xe(n,γ)133Xe. Также входит в цепочки распада продуктов деления урана и плутония, потому может быть выделен из отработанного топлива ядерных реакторов или облучённого урана.
Ксенон-135
- Основная статья Ксенон-135[англ.]*
135Xe — изотоп с очень большим сечением захвата нейтронов теплового спектра (т. н. «нейтронный яд»). В значимых количествах образуется при делении урана и плутония в ядерных реакторах, создавая сложные переходные процессы в работе реакторов с тепловым спектром нейтронов, которые затрудняют выведение реактора на номинальную мощность после снижения мощности или остановки (это явление называется «иодная яма» или «ксеноновая яма»).
Период полураспада ксенона-135 составляет 9,14(2) часа[3], единственный канал распада — бета-минус-распад в 135Cs (долгоживущий с периодом полураспада 1,33(19) млн лет)[3]. Сечение захвата тепловых нейтронов — 2,6 млн барн[4]. В цепочках распада урана является дочерним изотопом теллура-135 и иода-135. Его выход на одно деление[англ.] урана-235 составляет 6,3 %.
Таблица изотопов ксенона
| Символ нуклида | Z (p) | N (n) | Масса изотопа[5] (а. е. м.) | Период полураспада[6] (T1/2) | Канал распада | Продукт распада | Спин и чётность ядра[6] | Распространённость изотопа в природе | Диапазон изменения изотопной распространённости в природе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Энергия возбуждения | |||||||||
| 108Xe | 54 | 54 | 58(+106−23) мкс | α | 104Te | 0+ | |||
| 109Xe | 54 | 55 | 13(2) мс | α | 105Te | ||||
| 110Xe | 54 | 56 | 109,94428(14) | 310(190) мс [105(+35−25) мс] | β+ | 110I | 0+ | ||
| α | 106Te | ||||||||
| 111Xe | 54 | 57 | 110,94160(33)# | 740(200) мс | β+ (90 %) | 111I | 5/2+# | ||
| α (10 %) | 107Te | ||||||||
| 112Xe | 54 | 58 | 111,93562(11) | 2,7(8) с | β+ (99,1 %) | 112I | 0+ | ||
| α (0,9 %) | 108Te | ||||||||
| 113Xe | 54 | 59 | 112,93334(9) | 2,74(8) с | β+ (92,98 %) | 113I | (5/2+)# | ||
| β+, p (7 %) | 112Te | ||||||||
| α (0,011 %) | 109Te | ||||||||
| β+, α (0,007 %) | 109Sb | ||||||||
| 114Xe | 54 | 60 | 113,927980(12) | 10,0(4) с | β+ | 114I | 0+ | ||
| 115Xe | 54 | 61 | 114,926294(13) | 18(4) с | β+ (99,65 %) | 115I | (5/2+) | ||
| β+, p (0,34 %) | 114Te | ||||||||
| β+, α (3⋅10−4%) | 111Sb | ||||||||
| 116Xe | 54 | 62 | 115,921581(14) | 59(2) с | β+ | 116I | 0+ | ||
| 117Xe | 54 | 63 | 116,920359(11) | 61(2) с | β+ (99,99 %) | 117I | 5/2(+) | ||
| β+, p (0,0029 %) | 116Te | ||||||||
| 118Xe | 54 | 64 | 117,916179(11) | 3,8(9) мин | β+ | 118I | 0+ | ||
| 119Xe | 54 | 65 | 118,915411(11) | 5,8(3) мин | β+ | 119I | 5/2(+) | ||
| 120Xe | 54 | 66 | 119,911784(13) | 40(1) мин | β+ | 120I | 0+ | ||
| 121Xe | 54 | 67 | 120,911462(12) | 40,1(20) мин | β+ | 121I | (5/2+) | ||
| 122Xe | 54 | 68 | 121,908368(12) | 20,1(1) ч | β+ | 122I | 0+ | ||
| 123Xe | 54 | 69 | 122,908482(10) | 2,08(2) ч | ЭЗ | 123I | 1/2+ | ||
| 123mXe | 185,18(22) кэВ | 5,49(26) мкс | 7/2(−) | ||||||
| 124Xe | 54 | 70 | 123,905893(2) | 1,8⋅1022 лет[7] | Двойной ЭЗ | 124Te | 0+ | 9,52(3)⋅10−4 | |
| 125Xe | 54 | 71 | 124,9063955(20) | 16,9(2) ч | β+ | 125I | 1/2(+) | ||
| 125m1Xe | 252,60(14) кэВ | 56,9(9) с | ИП | 125Xe | 9/2(−) | ||||
| 125m2Xe | 295,86(15) кэВ | 0,14(3) мкс | 7/2(+) | ||||||
| 126Xe | 54 | 72 | 125,904274(7) | стабилен[3][прим. 1] | 0+ | 8,90(2)⋅10−4 | |||
| 127Xe | 54 | 73 | 126,905184(4) | 36,345(3) сут | ЭЗ | 127I | 1/2+ | ||
| 127mXe | 297,10(8) кэВ | 69,2(9) с | ИП | 127Xe | 9/2− | ||||
| 128Xe | 54 | 74 | 127,9035313(15) | стабилен | 0+ | 0,019102(8) | |||
| 129Xe | 54 | 75 | 128,9047794(8) | стабилен | 1/2+ | 0,264006(82) | |||
| 129mXe | 236,14(3) кэВ | 8,88(2) сут | ИП | 129Xe | 11/2− | ||||
| 130Xe | 54 | 76 | 129,9035080(8) | стабилен | 0+ | 0,040710(13) | |||
| 131Xe | 54 | 77 | 130,9050824(10) | стабилен | 3/2+ | 0,212324(30) | |||
| 131mXe | 163,930(8) кэВ | 11,934(21) сут | ИП | 131Xe | 11/2− | ||||
| 132Xe | 54 | 78 | 131,9041535(10) | стабилен | 0+ | 0,269086(33) | |||
| 132mXe | 2752,27(17) кэВ | 8,39(11) мс | ИП | 132Xe | (10+) | ||||
| 133Xe | 54 | 79 | 132,9059107(26) | 5,2475(5) сут | β− | 133Cs | 3/2+ | ||
| 133mXe | 233,221(18) кэВ | 2,19(1) сут | ИП | 133Xe | 11/2− | ||||
| 134Xe | 54 | 80 | 133,9053945(9) | стабилен (>1,1⋅1016 лет)[3][прим. 2] | 0+ | 0,104357(21) | |||
| 134m1Xe | 1965,5(5) кэВ | 290(17) мс | ИП | 134Xe[3] | 7− | ||||
| 134m2Xe | 3025,2(15) кэВ | 5(1) мкс | (10+) | ||||||
| 135Xe | 54 | 81 | 134,907227(5) | 9,14(2) ч | β− | 135Cs | 3/2+ | ||
| 135mXe | 526,551(13) кэВ | 15,29(5) мин | ИП (99,99 %) | 135Xe | 11/2− | ||||
| β− (0,004 %) | 135Cs | ||||||||
| 136Xe | 54 | 82 | 135,907219(8) | 2,165⋅1021 лет[8] | β−β− | 136Ba | 0+ | 0,088573(44) | |
| 136mXe | 1891,703(14) кэВ | 2,95(9) мкс | 6+ | ||||||
| 137Xe | 54 | 83 | 136,911562(8) | 3,818(13) мин | β− | 137Cs | 7/2− | ||
| 138Xe | 54 | 84 | 137,91395(5) | 14,08(8) мин | β− | 138Cs | 0+ | ||
| 139Xe | 54 | 85 | 138,918793(22) | 39,68(14) с | β− | 139Cs | 3/2− | ||
| 140Xe | 54 | 86 | 139,92164(7) | 13,60(10) с | β− | 140Cs | 0+ | ||
| 141Xe | 54 | 87 | 140,92665(10) | 1,73(1) с | β− (99,45 %) | 141Cs | 5/2(−#) | ||
| β−, n (0,043 %) | 140Cs | ||||||||
| 142Xe | 54 | 88 | 141,92971(11) | 1,22(2) с | β− (99,59 %) | 142Cs | 0+ | ||
| β−, n (0,41 %) | 141Cs | ||||||||
| 143Xe | 54 | 89 | 142,93511(21)# | 0,511(6) с | β− | 143Cs | 5/2− | ||
| 144Xe | 54 | 90 | 143,93851(32)# | 0,388(7) с | β− | 144Cs | 0+ | ||
| β−, n | 143Cs | ||||||||
| 145Xe | 54 | 91 | 144,94407(32)# | 188(4) мс | β− | 145Cs | (3/2−)# | ||
| 146Xe | 54 | 92 | 145,94775(43)# | 146(6) мс | β− | 146Cs | 0+ | ||
| 147Xe | 54 | 93 | 146,95356(43)# | 130(80) мс [0,10(+10−5) с] | β− | 147Cs | 3/2−# | ||
| β−, n | 146Cs | ||||||||
- ↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в 126Te.
- ↑ Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в 134Ba.
Пояснения к таблице
- Распространённость изотопов приведена для ксенона в атмосфере Земли. Для других источников значения могут сильно отличаться.
- Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбуждённые изомерные состояния нуклида.
- Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада.
- 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
- ↑ 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. — .
- ↑ КСЕНОН радиоактивный. Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 25 августа 2017 года.
- ↑ 1 2 3 4 5 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.
- ↑ Медицинский комплекс по производству радиоизотопов на базе растворного реактора. Дата обращения: 27 апреля 2019. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
- ↑ 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. — .
- ↑ Aprile E. et al. (XENON Collaboration). Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T (англ.) // Nature. — 2019. — Vol. 568, iss. 7753. — P. 532–535. — doi:10.1038/s41586-019-1124-4. Архивировано 21 января 2022 года.
- ↑ Albert J. B. et al. (EXO Collaboration). Improved measurement of the 2νββ half-life of 136Xe with the EXO-200 detector (англ.) // Physical Review C. — 2014. — Vol. 89. — P. 015502. — doi:10.1103/PhysRevC.89.015502. — . — arXiv:1306.6106. Архивировано 30 января 2022 года.
