Изотопы тантала

Изотопы тантала — разновидности химического элемента тантала, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы тантала с массовыми числами от 155 до 190 (количество протонов 73, нейтронов от 82 до 117), и более 30 ядерных изомеров.

Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера:

^180mTa (изотопная распространенность 0,012 %)
¹⁸¹Ta (изотопная распространенность 99,988 %)

Самым долгоживущим из искусственных изотопов является ¹⁷⁹Ta с периодом полураспада 1,82 года.

^180mTaПравить

^180mTa — единственный стабильный (в пределах чувствительности современных методик) изомер. В отличие от радио- или космогенных короткоживущих радионуклидов, он существует в земной коре с момента её формирования, встречаясь в естественном тантале в соотношении 1 к 8300. Хотя ^180mTa теоретически может распадаться как минимум тремя путями (изомерный переход, бета-минус-распад, электронный захват), ни один из них экспериментально не был обнаружен; нижнее ограничение на его период полураспада — 4,5⋅10¹⁶ лет^[1]. В то же время основное состояние ¹⁸⁰Ta бета-активно с периодом полураспада 8,154(6) часа^[1]. Спин и чётность основного состояния равны 1⁺, изомера — 9⁻^[1]. Ввиду высокой разности спинов состояний и близости их энергий (изомерный уровень лежит выше основного состояния на 75,3(14) кэВ^[1]) изомерный переход чрезвычайно сильно подавлен. Ожидается, что ^180mTa, как и любой другой ядерный изомер, может быть искусственно переведен в основное состояние посредством вынужденного излучения, при облучении гамма-квантами с энергией, в точности равной разности энергий возбуждённого и основного состояний.

Таблица изотопов танталаПравить

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа^[2] (а. е. м.)	Период полураспада^[1] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[1]
Энергия возбуждения
¹⁵⁵Ta	73	82	154,97459(54)#	13(4) мкс [12(+4−3) мкс]			(11/2−)
¹⁵⁶Ta	73	83	155,97230(43)#	144(24) мс	β⁺ (95,8%)	¹⁵⁶Hf	(2−)
p (4,2%)	¹⁵⁵Hf
^156mTa	102(7) кэВ	0,36(4) с	p	¹⁵⁵Hf	9+
¹⁵⁷Ta	73	84	156,96819(22)	10,1(4) мс	α (91%)	¹⁵³Lu	1/2+
β⁺ (9%)	¹⁵⁷Hf
^157m1Ta	22(5) кэВ	4,3(1) мс			11/2−
^157m2Ta	1593(9) кэВ	1,7(1) мс	α	¹⁵³Lu	(25/2−)
¹⁵⁸Ta	73	85	157,96670(22)#	49(8) мс	α (96%)	¹⁵⁴Lu	(2−)
β⁺ (4%)	¹⁵⁸Hf
^158mTa	141(9) кэВ	36,0(8) мс	α (93%)	¹⁵⁴Lu	(9+)
ИП	¹⁵⁸Ta
β⁺	¹⁵⁸Hf
¹⁵⁹Ta	73	86	158,963018(22)	1,04(9) с	β⁺ (66%)	¹⁵⁹Hf	(1/2+)
α (34%)	¹⁵⁵Lu
^159mTa	64(5) кэВ	514(9) мс	α (56%)	¹⁵⁵Lu	(11/2−)
β⁺ (44%)	¹⁵⁹Hf
¹⁶⁰Ta	73	87	159,96149(10)	1,70(20) с	α	¹⁵⁶Lu	(2#)−
β⁺	¹⁶⁰Hf
^160mTa	310(90)# кэВ	1,55(4) с	β⁺ (66%)	¹⁶⁰Hf	(9)+
α (34%)	¹⁵⁶Lu
¹⁶¹Ta	73	88	160,95842(6)#	3# с	β⁺ (95%)	¹⁶¹Hf	1/2+#
α (5%)	¹⁵⁷Lu
^161mTa	50(50)# кэВ	2,89(12) с			11/2−#
¹⁶²Ta	73	89	161,95729(6)	3,57(12) с	β⁺ (99,92%)	¹⁶²Hf	3+#
α (0,073%)	¹⁵⁸Lu
¹⁶³Ta	73	90	162,95433(4)	10,6(18) с	β⁺ (99,8%)	¹⁶³Hf	1/2+#
α (0,2%)	¹⁵⁹Lu
¹⁶⁴Ta	73	91	163,95353(3)	14,2(3) с	β⁺	¹⁶⁴Hf	(3+)
¹⁶⁵Ta	73	92	164,950773(19)	31,0(15) с	β⁺	¹⁶⁵Hf	5/2−#
^165mTa	60(30) кэВ				9/2−#
¹⁶⁶Ta	73	93	165,95051(3)	34,4(5) с	β⁺	¹⁶⁶Hf	(2)+
¹⁶⁷Ta	73	94	166,94809(3)	1,33(7) мин	β⁺	¹⁶⁷Hf	(3/2+)
¹⁶⁸Ta	73	95	167,94805(3)	2,0(1) мин	β⁺	¹⁶⁸Hf	(2−,3+)
¹⁶⁹Ta	73	96	168,94601(3)	4,9(4) мин	β⁺	¹⁶⁹Hf	(5/2+)
¹⁷⁰Ta	73	97	169,94618(3)	6,76(6) мин	β⁺	¹⁷⁰Hf	(3)(+#)
¹⁷¹Ta	73	98	170,94448(3)	23,3(3) мин	β⁺	¹⁷¹Hf	(5/2−)
¹⁷²Ta	73	99	171,94490(3)	36,8(3) мин	β⁺	¹⁷²Hf	(3+)
¹⁷³Ta	73	100	172,94375(3)	3,14(13) ч	β⁺	¹⁷³Hf	5/2−
¹⁷⁴Ta	73	101	173,94445(3)	1,14(8) ч	β⁺	¹⁷⁴Hf	3+
¹⁷⁵Ta	73	102	174,94374(3)	10,5(2) ч	β⁺	¹⁷⁵Hf	7/2+
¹⁷⁶Ta	73	103	175,94486(3)	8,09(5) ч	β⁺	¹⁷⁶Hf	(1)−
^176m1Ta	103,0(10) кэВ	1,1(1) мс	ИП	¹⁷⁶Ta	(+)
^176m2Ta	1372,6(11)+X кэВ	3,8(4) мкс			(14−)
^176m3Ta	2820(50) кэВ	0,97(7) мс			(20−)
¹⁷⁷Ta	73	104	176,944472(4)	56,56(6) ч	β⁺	¹⁷⁷Hf	7/2+
^177m1Ta	73,36(15) кэВ	410(7) нс			9/2−
^177m2Ta	186,15(6) кэВ	3,62(10) мкс			5/2−
^177m3Ta	1355,01(19) кэВ	5,31(25) мкс			21/2−
^177m4Ta	4656,3(5) кэВ	133(4) мкс			49/2−
¹⁷⁸Ta	73	105	177,945778(16)	9,31(3) мин	β⁺	¹⁷⁸Hf	1+
^178m1Ta	100(50)# кэВ	2,36(8) ч	β⁺	¹⁷⁸Hf	(7)−
^178m2Ta	1570(50)# кэВ	59(3) мс			(15−)
^178m3Ta	3000(50)# кэВ	290(12) мс			(21−)
¹⁷⁹Ta	73	106	178,9459295(23)	1,82(3) лет	ЭЗ	¹⁷⁹Hf	7/2+
^179m1Ta	30,7(1) кэВ	1,42(8) мкс			(9/2)−
^179m2Ta	520,23(18) кэВ	335(45) нс			(1/2)+
^179m3Ta	1252,61(23) кэВ	322(16) нс			(21/2−)
^179m4Ta	1317,3(4) кэВ	9,0(2) мс	ИП	¹⁷⁹Ta	(25/2+)
^179m5Ta	1327,9(4) кэВ	1,6(4) мкс			(23/2−)
^179m6Ta	2639,3(5) кэВ	54,1(17) мс			(37/2+)
¹⁸⁰Ta	73	107	179,9474648(24)	8,154(6) ч	ЭЗ (86%)	¹⁸⁰Hf	1+
β⁻ (14%)	¹⁸⁰W
^180m1Ta	75,3(14) кэВ	стабилен (>4,5⋅10¹⁶ лет)^[1]^{[прим. 1]}	9−	1,2(2)⋅10⁻⁴
^180m2Ta	1452,40(18) кэВ	31,2(14) мкс			15−
^180m3Ta	3679,0(11) кэВ	2,0(5) мкс			(22−)
^180m4Ta	4171,0+X кэВ	17(5) мкс			(23 24 25)
¹⁸¹Ta	73	108	180,9479958(20)	стабилен	7/2+	0,99988(2)
^181m1Ta	6,238(20) кэВ	6,05(12) мкс			9/2−
^181m2Ta	615,21(3) кэВ	18(1) мкс			1/2+
^181m3Ta	1485(3) кэВ	25(2) мкс			21/2−
^181m4Ta	2230(3) кэВ	210(20) мкс			29/2−
¹⁸²Ta	73	109	181,9501518(19)	114,43(3) сут	β⁻	¹⁸²W	3−
^182m1Ta	16,263(3) кэВ	283(3) мс	ИП	¹⁸²Ta	5+
^182m2Ta	519,572(18) кэВ	15,84(10) мин			10−
¹⁸³Ta	73	110	182,9513726(19)	5,1(1) сут	β⁻	¹⁸³W	7/2+
^183mTa	73,174(12) кэВ	107(11) нс			9/2−
¹⁸⁴Ta	73	111	183,954008(28)	8,7(1) ч	β⁻	¹⁸⁴W	(5−)
¹⁸⁵Ta	73	112	184,955559(15)	49,4(15) мин	β⁻	¹⁸⁵W	(7/2+)#
^185mTa	1308(29) кэВ	>1 мс			(21/2−)
¹⁸⁶Ta	73	113	185,95855(6)	10,5(3) мин	β⁻	¹⁸⁶W	(2−,3−)
^186mTa		1,54(5) мин
¹⁸⁷Ta	73	114	186,96053(21)#	2# мин [>300 нс]	β⁻	¹⁸⁷W	7/2+#
¹⁸⁸Ta	73	115	187,96370(21)#	20# с [>300 нс]	β⁻	¹⁸⁸W
¹⁸⁹Ta	73	116	188,96583(32)#	3# с [>300 нс]			7/2+#
¹⁹⁰Ta	73	117	189,96923(43)#	0,3# с

↑ Единственный изомер, распад которого никогда не был экспериментально обнаружен. Теоретически может претерпевать изомерный переход в ¹⁸⁰Ta, β⁻ распад в ¹⁸⁰W или электронный захват в ¹⁸⁰Hf.

Пояснения к таблицеПравить

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 $\text{[math]}$ Z и $\text{[math]}$ 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.

ПримечанияПравить

↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ Данные приведены по 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.
↑ 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.

[3] Единственный изомер, распад которого никогда не был экспериментально обнаружен. Теоретически может претерпевать изомерный переход в ¹⁸⁰Ta, β⁻ распад в ¹⁸⁰W или электронный захват в ¹⁸⁰Hf.

[Nubase2020-1] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ Данные приведены по 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.

[AME2016-2] 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]

[прим. 1]