Interested Article - 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:

¹⁷⁶ Hf (изотопная распространённость 5,26 %), стабилен
¹⁷⁷ Hf (изотопная распространённость 18,60 %), стабилен
¹⁷⁸ Hf (изотопная распространённость 27,28 %), стабилен
¹⁷⁹ Hf (изотопная распространённость 13,62 %), стабилен
¹⁸⁰ Hf (изотопная распространённость 35,08 %), стабилен

Еще один природный изотоп нестабилен, но имеет огромный период полураспада , много больше возраста Вселенной :

¹⁷⁴ Hf ( изотопная распространённость 0,16 %), период полураспада 2×10 ¹⁵ лет

Самым долгоживущим искусственным радиоизотопом является ¹⁸² Hf с периодом полураспада 8,9 млн лет.

^178m2 Hf

Основная статья (англ.) (

В 1998 году внимание ученых привлек изомер ^178m2 Hf. 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). 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 ( а. е. м. )	Период полураспада (T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Энергия возбуждения			Период полураспада (T _1/2 )	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
¹⁵³ Hf	72	81	152,97069(54)#	400# мс [>200 нс]			1/2+#
^153m Hf	750(100)# кэВ			500# мс			11/2−#
¹⁵⁴ Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) с	β ⁺	¹⁵⁴ Lu	0+
¹⁵⁴ Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) с	α (редко)	¹⁵⁰ Yb	0+
¹⁵⁵ Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) мс	β ⁺	¹⁵⁵ Lu	7/2−#
¹⁵⁵ Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) мс	α (редко)	¹⁵¹ Yb	7/2−#
¹⁵⁶ Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) мс	α (97%)	¹⁵² Yb	0+
¹⁵⁶ Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) мс	β ⁺ (3%)	¹⁵⁶ Lu	0+
^156m Hf	1959,0(10) кэВ			480(40) мкс			8+
¹⁵⁷ Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) мс	α (86%)	¹⁵³ Yb	7/2−
¹⁵⁷ Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) мс	β ⁺ (14%)	¹⁵⁷ Lu	7/2−
¹⁵⁸ Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) с	β ⁺ (55%)	¹⁵⁸ Lu	0+
¹⁵⁸ Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) с	α (45%)	¹⁵⁴ Yb	0+
¹⁵⁹ Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) с	β ⁺ (59%)	¹⁵⁹ Lu	7/2−#
¹⁵⁹ Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) с	α (41%)	¹⁵⁵ Yb	7/2−#
¹⁶⁰ Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) с	β ⁺ (99,3%)	¹⁶⁰ Lu	0+
¹⁶⁰ Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) с	α (0,7%)	¹⁵⁶ Yb	0+
¹⁶¹ Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) с	β ⁺ (99,7%)	¹⁶¹ Lu	3/2−#
¹⁶¹ Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) с	α (0,3%)	¹⁵⁷ Yb	3/2−#
¹⁶² Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) с	β ⁺ (99,99%)	¹⁶² Lu	0+
¹⁶² Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) с	α (0,008%)	¹⁵⁸ Yb	0+
¹⁶³ Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) с	β ⁺	¹⁶³ Lu	3/2−#
¹⁶³ Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) с	α (10 ⁻⁴ %)	¹⁵⁹ Yb	3/2−#
¹⁶⁴ Hf	72	92	163,944367(22)	111(8) с	β ⁺	¹⁶⁴ Lu	0+
¹⁶⁵ Hf	72	93	164,94457(3)	76(4) с	β ⁺	¹⁶⁵ Lu	(5/2−)
¹⁶⁶ Hf	72	94	165,94218(3)	6,77(30) мин	β ⁺	¹⁶⁶ Lu	0+
¹⁶⁷ Hf	72	95	166,94260(3)	2,05(5) мин	β ⁺	¹⁶⁷ Lu	(5/2)−
¹⁶⁸ Hf	72	96	167,94057(3)	25,95(20) мин	β ⁺	¹⁶⁸ Lu	0+
¹⁶⁹ Hf	72	97	168,94126(3)	3,24(4) мин	β ⁺	¹⁶⁹ Lu	(5/2)−
¹⁷⁰ Hf	72	98	169,93961(3)	16,01(13) ч	ЭЗ	¹⁷⁰ Lu	0+
¹⁷¹ Hf	72	99	170,94049(3)	12,1(4) ч	β ⁺	¹⁷¹ Lu	7/2(+)
^171m Hf	21,93(9) кэВ			29,5(9) с	ИП	¹⁷¹ Hf	1/2(−)
¹⁷² Hf	72	100	171,939448(26)	1,87(3) года	ЭЗ	¹⁷² Lu	0+
^172m Hf	2005,58(11) кэВ			163(3) нс			(8−)
¹⁷³ Hf	72	101	172,94051(3)	23,6(1) ч	β ⁺	¹⁷³ Lu	1/2−
¹⁷⁴ Hf	72	102	173,940046(3)	2,0(4)⋅10 ¹⁵ лет	α	¹⁷⁰ Yb	0+	0,0016(1)	0,001619–0,001621
^174m1 Hf	1549,3 кэВ			138(4) нс			(6+)
^174m2 Hf	1797,5(20) кэВ			2,39(4) мкс			(8−)
^174m3 Hf	3311,7 кэВ			3,7(2) мкс			(14+)
¹⁷⁵ Hf	72	103	174,941509(3)	70(2) сут	β ⁺	¹⁷⁵ Lu	5/2−
¹⁷⁶ Hf	72	104	175,9414086(24)	стабилен			0+	0,0526(7)	0,05206–0,05271
¹⁷⁷ Hf	72	105	176,9432207(23)	стабилен (>1,3⋅10 ¹⁸ лет)			7/2−	0,1860(9)	0,18593–0,18606
^177m1 Hf	1315,4504(8) кэВ			1,09(5) с			23/2+
^177m2 Hf	1342,38(20) кэВ			55,9(12) мкс			(19/2−)
^177m3 Hf	2740,02(15) кэВ			51,4(5) мин			37/2−
¹⁷⁸ Hf	72	106	177,9436988(23)	стабилен			0+	0,2728(7)	0,27278–0,27297
^178m1 Hf	1147,423(5) кэВ			4,0(2) с			8−
^178m2 Hf	2445,69(11) кэВ			31(1) лет			16+
^178m3 Hf	2573,5(5) кэВ			68(2) мкс			(14−)
¹⁷⁹ Hf	72	107	178,9458161(23)	стабилен			9/2+	0,1362(2)	0,13619–0,1363
^179m1 Hf	375,0367(25) кэВ			18,67(4) с			1/2−
^179m2 Hf	1105,84(19) кэВ			25,05(25) сут			25/2−
¹⁸⁰ Hf	72	108	179,9465500(23)	стабилен			0+	0,3508(16)	0,35076–0,351
^180m1 Hf	1141,48(4) кэВ			5,47(4) ч			8−
^180m2 Hf	1374,15(4) кэВ			0,57(2) мкс			(4−)
^180m3 Hf	2425,8(10) кэВ			15(5) мкс			(10+)
^180m4 Hf	2486,3(9) кэВ			10(1) мкс			12+
^180m5 Hf	2538,3(12) кэВ			>10 мкс			(14+)
^180m6 Hf	3599,3(18) кэВ			90(10) мкс			(18−)
¹⁸¹ Hf	72	109	180,9491012(23)	42,39(6) сут	β ⁻	¹⁸¹ Ta	1/2−
^181m1 Hf	595(3) кэВ			80(5) мкс			(9/2+)
^181m2 Hf	1040(10) кэВ			~100 мкс			(17/2+)
^181m3 Hf	1738(10) кэВ			1,5(5) мс			(27/2−)
¹⁸² Hf	72	110	181,950554(7)	8,90(9)⋅10 ⁶ лет	β ⁻	¹⁸² Ta	0+
^182m Hf	1172,88(18) кэВ			61,5(15) мин	β ⁻ (58%)	¹⁸² Ta	8−
^182m Hf	1172,88(18) кэВ			61,5(15) мин	ИП (42%)	¹⁸² Hf	8−
¹⁸³ Hf	72	111	182,95353(3)	1,067(17) ч	β ⁻	¹⁸³ Ta	(3/2−)
¹⁸⁴ Hf	72	112	183,95545(4)	4,12(5) ч	β ⁻	¹⁸⁴ Ta	0+
^184m Hf	1272,4(4) кэВ			48(10) с	β ⁻	¹⁸⁴ Ta	8−
¹⁸⁵ Hf	72	113	184,95882(21)#	3,5(6) мин	β ⁻	¹⁸⁵ Ta	3/2−#
¹⁸⁶ Hf	72	114	185,96089(32)#	2,6(12) мин	β ⁻	¹⁸⁶ Ta	0+
¹⁸⁷ Hf	72	115	186,96459(43)#	30# с [>300 нс]
¹⁸⁸ Hf	72	116	187,96685(54)#	20# с [>300 нс]			0+

Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷² Yb
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷³ Yb
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁴ Yb
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁵ Yb
Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁶ Yb

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

. Популярная механика (октябрь 2007). Дата обращения: 10 ноября 2018. Архивировано из 10 мая 2011 года.
. УФН (май 2005). 22 августа 2011 года.
Данные приведены по Audi G. , Wapstra A. H. , Thibault C. (англ.) // Nuclear Physics A . — 2003. — Vol. 729 . — P. 337—676 . — doi : . — Bibcode : .
↑ Данные приведены по Audi G. , Bersillon O. , Blachot J. , Wapstra A. H. // Nuclear Physics A . — 2003. — Т. 729 . — С. 3—128 . — doi : . — Bibcode : .
Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. , Audi G. (англ.) // . — 2021. — Vol. 45 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-180 . — doi : .