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同位体は、同じ化学元素の異なる核種（または核種）です。原子番号（原子核中の陽子の数）と周期表上の位置は同じですが（したがって同じ化学元素に属します）、原子核中の中性子の数が異なるため、核子数（質量数）が異なります。ある元素のすべての同位体は、化学的性質はほぼ同じですが、原子量と物理的性質は異なります。[ 1 ]
同位体という用語は、ギリシャ語の語根isos ( ἴσος「等しい」) とtopos ( τόπος「場所」) に由来し、「同じ場所」を意味します。つまり、ある元素の異なる同位体は周期表上で同じ位置を占めます。[ 2 ]この用語は、1913 年にスコットランドの医師で作家のマーガレット・トッドがイギリスの化学者フレデリック・ソディに提案したもので、ソディがこの用語を普及させました。[ 3 ]
原子核内の陽子の数を原子番号といい、中性（非イオン化）原子の電子の数に等しい。各原子番号は特定の元素を識別するが、同位体は識別しない。ある元素の原子は、中性子の数に大きなばらつきがある。原子核内の核子（陽子と中性子の両方）の数を質量数といい、ある元素の同位体はそれぞれ異なる質量数を持つ。
例えば、炭素12、炭素13、炭素14は、それぞれ原子質量数が12、13、14である炭素の3つの同位体です。炭素の原子番号は6なので、炭素原子は6個の陽子を持ち、これらの同位体のニュートロン数はそれぞれ6、7、8となります。
核種とは、原子核に特定の数の陽子と中性子を持つ原子の種のことであり、例えば炭素13は陽子6個と中性子7個を持つ。したがって、これらの用語はほぼ同じ意味だが、核種概念（個々の原子核種を指す）は化学的性質よりも核的性質を重視し、同位体概念（各元素のすべての原子をグループ化する）は核的性質よりも化学的性質を重視している。中性子数は核的性質に大きく影響するが、化学的性質への影響はほとんどの元素では無視できるほど小さい。同位体間で中性子数と原子番号の比率が最も大きく変化する最も軽い元素でさえ、通常は影響は小さいが、状況によっては重要となる場合もある（最も軽い元素である水素の場合、同位体効果は生物学に強く影響するほど大きい）。同位体（元々は同位体元素[ 4 ]、現在は同位体核種[ 5 ]とも呼ばれる）という用語は、同義語や異性体のように比較を意味することを意図している。例えば、核種126C、136C、146Cは同位体（原子番号は同じだが質量数が異なる核種[ 6 ] ）であるが、4018Ar、4019K 、4020Caは同重体（質量数が同じ核種[ 7 ] ）である。しかし、より古くよく知られている用語である同位体は、原子力技術や核医学など、核種の方が適切な場合もある文脈で今でも使用されている。
同位体/核種は、元素名（原子番号を示す）にハイフンと質量数を続けて指定されます（例：ヘリウム-3、ヘリウム-4、炭素-12、炭素-14、ウラン-235、ウラン-239）。[ 8 ] [ 9 ]化学記号（例：炭素を表す「C」）を使用する場合、標準表記（Aは質量数、Zは原子番号、Eは元素名で、A Z Eと表記されるため「AZE表記」とも呼ばれる）では、化学記号の左上に上付き文字で質量数（核子の数）を示し、左下に下付き文字で原子番号を示します（例： 3 2 He、4 2 He、12 6 C、14 6 C、235 92 U、239 92 U）。[ 10 ]原子番号は元素記号ですでに決まっているため、上付き文字に質量数のみを記し、下付き文字に原子番号を記さないのが一般的です (例: 3 He、4 He、12 C、14 C、235 U、239 U)。質量数の後に文字m (準安定) を付加すると、核異性体、準安定状態またはエネルギー的に励起された核状態 (最低エネルギーの基底状態とは対照的に) を示すことができます。例: 180m 73 Ta (タンタル-180m )。異なる準安定状態を区別するために数字を付加することもできますが、実際にはまれです。
AZE表記の一般的な発音は、表記とは異なります。例えば、 4 2 Heは「ヘリウムフォー」と発音されることが多く、「フォーツーヘリウム」とは発音されません。また、235 92 Uは「ウランツーサーティファイブ」（アメリカ英語）または「ウランツースリーファイブ」（イギリス英語）と発音されることが多く、「235-92-ウラン」や「235-ウラン」とは発音されません。これは誤りではなく、AZE表記が確立される以前から使われていた同位体名の本来の発音です。
同位体/核種の中には放射性のものがあり、そのため放射性同位体または放射性核種と呼ばれますが、放射性崩壊が観測されたことのないものもあり、それらは安定同位体または安定核種と呼ばれます。たとえば、14Cは放射性炭素ですが、12Cと13Cは安定同位体です。地球上には自然に存在する核種が約 339 種類あり、[ 11 ]そのうち 286 種類は原始核種、つまり太陽系の形成以来存在している核種です。
原始核種には、半減期が非常に長い（1億年以上）35の核種と、崩壊が観測されていないため「安定核種」 とみなされる251の核種が含まれる[ 11 ]。ほとんどの場合、元素に安定同位体がある場合、それらの同位体が地球や太陽系で見られる元素の存在量の大部分を占める。しかし、3つの元素（テルル、インジウム、レニウム）の場合、これらの元素には1つ以上の安定同位体があるにもかかわらず、自然界で最も多く見られる同位体は、実際にはその元素の極めて長寿命の放射性同位体の1つ（または2つ）である。
理論によれば、一見「安定」に見える多くの核種は放射性であり、極めて長い半減期を持つと予測されている（陽子崩壊の可能性は除外する。陽子崩壊が起こると、すべての核種は最終的に不安定になる）。一部の安定核種は、理論的にはアルファ崩壊や二重ベータ崩壊など、他の既知の崩壊形態に対してエネルギー的に感受性があるが、崩壊生成物はまだ観測されていないため、これらの同位体は「観測的に安定」であると言われている。これらの核種の予測される半減期は、宇宙の推定年齢をはるかに超えることが多く、実際、宇宙の年齢よりも長い半減期を持つ放射性核種も31種類知られている（原始核種を参照）。
既知の核種の総数は数千に上り、そのほとんどは人工的に作られたもので、そのうち987は安定しているか、半減期が1時間以上である。核種一覧を参照のこと。
同位体の存在は、1913年に放射化学者のフレデリック・ソディによって初めて提唱されました。これは、ウランから鉛までの間に放射性元素（つまり放射性元素）と呼ばれる約40種類の異なる種が存在することを示す放射性崩壊系列の研究に基づいています。ただし、周期表では鉛からウランまでの間に11種類の元素しか認められていませんでした。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
これらの新しい放射性元素を化学的に分離しようとする試みは何度か失敗に終わった。[ 15 ]例えば、ソディは1910年に、メソトリウム（後に228Raであることが判明）、ラジウム（226Ra、最も寿命の長い同位体）、およびトリウムX（224Ra）は分離不可能であることを示した。[ 16 ]放射性元素を周期表に配置しようとする試みは、ソディとカジミエシュ・ファヤンスが1913年にそれぞれ独立して放射性置換法則を提唱するに至った。この法則は、アルファ崩壊によって周期表で2つ左に元素が生成され、ベータ崩壊によって1つ右に元素が生成されるというものであった。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]ソディは、アルファ粒子の放出に続いて2つのベータ粒子が放出されると、化学的には元の元素と同一だが質量が4単位軽く、放射性特性が異なる元素が形成されることを認識した。
ソディは、放射能特性の異なる数種類の原子が周期表の同じ位置を占めることができると提唱した。[ 14 ]例えば、ウラン235のアルファ崩壊ではトリウム231が生成され、アクチニウム230のベータ崩壊ではトリウム230が生成される。[ 15 ]「同位体」という用語は、ギリシャ語で「同じ場所」を意味し、[ 14 ]ソディが自分の考えを説明した会話の中で、スコットランドの医師で家族ぐるみの友人であるマーガレット・トッドから提案された。[ 16 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]彼は同位体に関する研究の一部で1921年のノーベル化学賞を受賞した。 [ 26 ]
1914年、TWリチャーズは、異なる鉱物源からの鉛の原子量にばらつきがあることを発見しました。これは同位体組成の放射性変動に起因するものです。[ 26 ]鉛の3つの異なる同位体で終わる天然の放射性系列。
安定（非放射性）元素の複数の同位体の最初の証拠は、 1912/1913年にJJトムソンがカナル線（正イオン）の組成を調査する過程で発見した。[ 27 ]トムソンはイオンの流れを平行な磁場と電場に通し、その経路に写真乾板を置いて偏向を測定し、トムソンの放物線法として知られるようになった方法を用いて質量電荷比を計算した。それぞれの「線」は特定の原子量と関連付けることができ、したがって異なる元素や化合物を識別することができた。トムソンの最初の論文はPhilosophical Magazineに掲載され、使用された技術について説明しているが、異常な線については何も言及していない。しかし、1913年1月17日に王立研究所で行われた講演で、トムソンは「既知のガスによる線とは関連付けられない原子量22に対応する線」を特定した。彼は続けて次のようにコメントした。
この線の起源には多くの興味深い点があります。既知の元素の気体化合物で、この分子量を持つものは知られていません。また、メンデレーエフの周期律を受け入れるならば、この原子量を持つ新しい元素が存在する余地はありません。[ 28 ]
同じ講演はその後、1913年1月27日にケンブリッジ哲学協会で行われ、同年後半にはトムソンは王立協会のベーカリアン講演で成熟した解釈を発表した。そこで彼は再び写真乾板上の放物線状の光の斑点の画像（画像参照）を示し、質量電荷比の異なる2種類のネオン原子核の存在を示唆した。彼は次のように書いている。「したがって、ネオンと呼ばれてきたものは単純なガスではなく、原子量が約20のガスと約22のガスの混合物であることに疑いの余地はないと思う。重いガスによる放物線は軽いガスによる放物線よりも常にずっと暗いので、おそらく重いガスは混合物のごくわずかな割合しか占めていないのだろう。」[ 29 ]
その後、 FW アストンは、トムソンの方法に関連する質量分析計を使用して、多数の元素の複数の安定同位体を発見しました。1919年、アストンはネオンを十分な分解能で研究し、2つの同位体質量が整数20と22に非常に近く、どちらもネオンガスの既知のモル質量（20.2）とは等しくないことを示しました。これは、現在では例外がないことが知られている、同位体質量に関するアストンの整数ルールの例であり、元素のモル質量が整数から大きくずれるのは、その元素が同位体の混合物であるという事実によるものであると述べています。アストンは同様に、1920年に塩素のモル質量（35.45）が、2つの同位体35Clと37Clのほぼ整数の質量の加重平均であることを示しました。[ 30 ] [ 31 ]
1932年にジェームズ・チャドウィックが中性子を発見した後、[ 32 ]同位体が存在する究極的な根本原因が明らかになった。すなわち、ある元素の異なる同位体の原子核は、陽子の数は同じであるにもかかわらず、中性子の数が異なるということである。
中性原子は陽子の数と電子の数が同じです。したがって、ある元素の異なる同位体はすべて同じ数の電子を持ち、類似した電子構造を共有しています。原子の化学的性質は主にその電子構造によって決定されるため、異なる同位体はほぼ同一の化学的性質を示します。
この例外となる主な現象は運動学的同位体効果です。質量が大きいため、重い同位体は同じ元素の軽い同位体よりも反応速度がやや遅くなる傾向があります。これはプロチウム（1）で最も顕著です。H）、重水素（2H）、およびトリチウム（3重水素はプロチウムの2倍の質量を持ち、三重水素はプロチウムの3倍の質量を持つため、重水素の方が質量が大きい。[ 33 ]これらの質量差は、原子系の重心（換算質量）を変化させることで、それぞれの化学結合の挙動にも影響を与える。しかし、より重い元素の場合、同位体間の相対的な質量差ははるかに小さいため、質量差が化学に及ぼす影響は通常無視できる。（また、重い元素は軽い元素よりも相対的に中性子が多いため、核質量と電子の集合質量の比はわずかに大きい。）平衡同位体効果もある。
同様に、原子の同位体のみが異なる2つの分子（同位体異性体）は、同一の電子構造を持ち、したがって物理的および化学的性質もほぼ区別できません（ただし、重水素と三重水素は主な例外です）。分子の振動モードは、その形状と構成原子の質量によって決まります。そのため、異なる同位体異性体は異なる振動モードのセットを持ちます。振動モードによって分子は対応するエネルギーの光子を吸収できるため、同位体異性体は赤外線領域で異なる光学的性質を持ちます。
原子核は、残留強い力によって結合した陽子と中性子から構成されています。陽子は正の電荷を持つため、互いに反発し合います。電気的に中性な中性子は、2つの方法で原子核を安定させます。中性子が共存することで陽子がわずかに離れ、陽子間の静電反発が減少するとともに、中性子同士および陽子に対して引力核力を及ぼします。このため、2つ以上の陽子が結合して原子核を形成するには、1つ以上の中性子が必要です。陽子の数が増えるにつれて、安定した原子核を確保するために必要な陽子に対する中性子の比率も大きくなります（右のグラフを参照）。たとえば、3 2 Heの中性子：陽子比は 1:2 ですが、 238 92 Uの中性子：陽子比は3:2 より大きくなります。より軽い元素の多くは、1:1 の比率 ( Z = N )を持つ安定核種を持っています。40Ca （カルシウム40）は、観測上、中性子と陽子の数が等しい安定核種の中で最も重い核種である。カルシウム40よりも重い安定核種はすべて、陽子よりも中性子の数が多い。
安定同位体を持つ80の元素のうち、安定同位体の数が最も多い元素は10個（スズ）です。安定同位体が9個または8個ある元素はありません。安定同位体が7個ある元素が5つ、6個ある元素が7つ、5個ある元素が11つ、4個ある元素が9つ、3個ある元素が5つ、2個ある元素が16つ（180m 73 Taを安定同位体として数える）、安定同位体が1つしかない元素が26つあります（これらのうち19個はいわゆる単核種元素で、単一の原始安定同位体が支配的で、天然元素の原子量を高精度で決定します。放射性単核種元素も2つ存在します）。[ 34 ]合計で、崩壊が観測されていない核種は251個あります。安定同位体を1つ以上持つ80の元素について、安定同位体の平均数は251/80 ≈ 3.14個/元素である。
陽子と中性子の比率は、原子核の安定性に影響を与える唯一の要因ではありません。原子番号Z、中性子数N、そしてそれらの合計である質量数Aの偶奇性にも依存します。ZとNの両方が奇数である場合、核結合エネルギーが低下する傾向があり、奇数核は一般的に不安定になります。隣接する原子核、特に奇数Aの同重体間の核結合エネルギーのこの顕著な差は、重要な結果をもたらします。中性子数または陽子数が最適でない不安定な同位体は、ベータ崩壊（陽電子放出を含む）、電子捕獲、または自発核分裂やクラスター崩壊などのあまり一般的ではない崩壊モードによって崩壊します。
最も安定な核種は、陽子数・中性子数が偶数で、原子番号Z、N、Aがすべて偶数である。原子番号が奇数の安定核種は、（ほぼ均等に）陽子数・中性子数が奇数と偶数と奇数の核種に分けられる。陽子数・中性子数が奇数の安定核種は最も少ない。
146 個の偶数陽子、偶数中性子 (EE) 核種は、すべての安定核種の約 58% を占め、ペアリングのためすべてスピン0 です。また、24 個の原始的な長寿命の偶数-偶数核種があります。その結果、2 から 82 までの 41 個の偶数元素のそれぞれに少なくとも 1 つの安定同位体があり、これらの元素のほとんどには複数の原始同位体があります。これらの偶数元素の半分には 6 個以上の安定同位体があります。2個の陽子と 2 個の中性子の二重ペアリングによるヘリウム 4の極めて高い安定性により、5 個 ( 5 2 He、5 3 Li ) または 8 個 ( 8 4 Be ) の核子を含む核種は、恒星内での核融合によるより重い元素の蓄積のためのプラットフォームとして機能するほど長く存在することはできません(トリプル アルファ過程を参照)。
陽子の数と中性子の数の両方が奇数である安定核種はわずか 5 つしかない。最初の 4 つの「奇奇」核種は低質量核種に存在し、陽子を中性子に、またはその逆に変更すると、陽子と中性子の比率が非常に不均衡になる( 2 1 H、6 3 Li、10 5 B、および14 7 N ; スピン 1、1、3、1)。完全に「安定」な他の唯一の奇奇核種である180m 73 Ta (スピン 9) は、251 個の安定核種の中で最も希少であると考えられており、実験的試みにもかかわらず崩壊がまだ観測されていない唯一の原始核異性体である。[ 35 ]
比較的半減期が短い奇奇核種（タンタル180の基底状態など）は数多く知られている。通常、それらはベータ崩壊して、陽子と中性子が対になった近くの偶偶同重体になる。9つの原始奇奇核種（安定核種5つと半減期の長い放射性核種4つ）のうち、一般的な元素の最も一般的な同位体は147Nだけである。これは、 147NがCNOサイクルの一部であるためである。63Liと105Bの核種は、他の軽元素に比べてそれ自体が希少な元素の少数同位体であり、他の6つの同位体は、それぞれの元素の自然存在量のほんのわずかな割合を占めるにすぎない。
53 個の安定核種は、陽子の数が偶数で中性子の数が奇数です。これらは、約 3 倍の数の偶偶同位体と比較すると少数派です。安定核種を持つ 41 個の偶数Z元素のうち、偶奇安定核種を持たないのは 2 つの元素 (アルゴンとセリウム) だけです。1 つの元素 (スズ) は 3 つの安定核種を持っています。偶奇核種を 1 つ持つ元素は 24 個、奇偶核種を 2 つ持つ元素は 13 個あります。35 個の原始放射性核種のうち、核分裂性235 92 Uを含む 4 つの偶奇核種が存在します (右の表を参照) 。中性子の数が奇数であるため、偶奇核種は中性子対形成効果によって生じるエネルギーのために、中性子捕獲断面積が大きくなる傾向があります。これらの安定な偶数陽子奇数中性子核種は、一般的に自然界での存在量が少ない傾向があります。これは、これらの核種が形成されて原始的な存在量に達するためには、恒星の核合成過程における中性子捕獲のs過程とr過程の両方において、他の安定な偶偶同位体を形成するために中性子を捕獲することを免れなければならないためです。このため、195 78 Ptと9 4 Beだけが、それぞれの元素の自然界で最も豊富な同位体となっています。
48 個の安定な奇数陽子偶数中性子核種は、対になった中性子によって安定化され、奇数元素の安定同位体の大部分を形成します。ごく少数の奇数陽子奇数中性子核種が残りを構成します。Z = 1 から 81 までの奇数元素は 41 個あり、そのうち 39 個は安定同位体 (テクネチウム(43 Tc) およびプロメチウム(61 Pm) には安定同位体はありません)。これらの 39 個の奇数Z中性子数が 0 個の水素 -1 を含む) には 1 つの安定奇偶同位体があり、9 個の元素: 塩素(17 Cl)、 カリウム(19 K）、 銅（29 Cu）、 ガリウム（31 Ga）、 臭素（35 Br）、 銀（47 Ag）、 アンチモン（51 Sb)、 イリジウム(77 Ir)、および タリウム(81 Tl) はそれぞれ 2 つの奇偶安定同位体を持つ。これにより、合計で30 + 2(9) = 48 個の安定奇偶同位体が存在することになる。
また、原始的な長寿命の放射性奇偶同位体は、87 37 Rb、115 49 In、187 75 Re、151 63 Eu、209 83 Biの5種類存在する。最後の2つは、半減期が10 18年を超える崩壊がごく最近になって発見された。
中性子数が奇数のアクチニドは一般的に（熱中性子に対して）核分裂性を示すが、中性子数が偶数のアクチニドは一般的に核分裂性を示さないものの、高速中性子に対しては核分裂性を示す。観測上安定な奇奇核種はすべて、ゼロでない整数スピンを持つ。これは、単一の不対中性子と不対陽子のスピンが反平行ではなく平行（合計スピンが少なくとも1単位）である場合、両者間の核力による引力が大きくなるためである。この核挙動の最も単純な例については、重水素を参照のこと。
中性子数が奇数であるのは、 195 78 Pt、9 4 Be、および14 7 Nのみであり、これらはそれぞれの元素の自然界で最も豊富に存在する同位体である。
元素は、1つの核種（単核元素）または複数の天然同位体から構成されます。不安定な（放射性）同位体は、原始同位体と後原始同位体に分類されます。原始同位体は、恒星核合成または宇宙線核破砕などの別の種類の核合成の産物であり、崩壊速度が非常に遅いため現在まで存在し続けています（例：ウラン238、カリウム40）。後原始同位体は、宇宙線照射によって宇宙線生成核種（例：トリチウム、炭素14 ）として生成されたか、放射性原始同位体が放射性放射性核種娘核種に崩壊することによって生成されました（例：ウランからラジウム）。一部の同位体は、核分裂によって生じた中性子が別の原子に吸収されるなど、他の自然な核反応によって核生成核種として自然に合成される。
前述のように、安定同位体を持つ元素はわずか80種類で、そのうち26種類は安定同位体が1種類しかありません。したがって、安定元素の約3分の2は地球上で複数の安定同位体として自然に存在し、1つの元素の安定同位体の最大数はスズ（50 Sn)。地球上には、プルトニウムをプルトニウム 244のようにごく微量しか検出されないものも。科学者たちは、地球上に自然に存在する元素 (放射性同位体としてのみ存在するものもある) は、合計で 339 種類の同位体 (核種) として存在すると推定している。 [ 36 ]これらの自然に存在する核種のうち、現在までに崩壊が観測されたことがないという意味で安定しているのは 251 種類のみである。さらに 35 種類の原始核種(合計 286 種類の原始核種) は、半減期が既知であるが、半減期が 1 億年以上であるため、太陽系の始まりから存在することができる。詳細は核種のリストを
既知の安定核種はすべて地球上に自然に存在する。その他の自然に存在する核種は放射性であるが、比較的長い半減期を持つため、あるいは継続的な自然生成の他の手段によって地球上に存在している。これらには、前述の宇宙線生成核種、核生成核種、およびウランから生成されるラドンやラジウムなどの原始放射性核種の継続的な崩壊によって生成される放射性核種が含まれる。
自然界には存在しない約3000種類の放射性核種が、原子炉や粒子加速器で生成されている。地球上には自然には存在しない多くの短寿命核種も、分光分析によって観測されており、恒星や超新星爆発で自然に生成されている。例えば、アルミニウム26は地球上には自然には存在しないが、天文学的な規模では豊富に存在する。
表に記載されている元素の原子量は、質量が異なる複数の同位体の存在を考慮した平均値です。同位体が発見される以前は、相対原子量の非整数値が経験的に決定され、科学者を困惑させていました。例えば、塩素のサンプルには塩素35が75.8% 、塩素37が24.2%含まれており、平均原子量は35.5ダルトンとなります。
一般的に受け入れられている宇宙論によれば、ビッグバンで生成されたのは水素とヘリウムの同位体、リチウムとベリリウムの同位体の微量、そしておそらくホウ素の一部のみであり、その他の核種は後に恒星や超新星、宇宙線などの高エネルギー粒子と既に生成された核種との相互作用によって合成された。（同位体生成に関与すると考えられる様々な過程の詳細については、核合成を参照。）地球上の同位体の存在量は、これらの過程によって生成された量、銀河系全体への分布、および不安定な同位体の崩壊率によって決まる。太陽系が最初に合体した後、同位体は質量に応じて再分配され、元素の同位体組成は惑星ごとにわずかに異なる。このため、隕石の起源をたどることができる場合がある。
同位体（核種）の原子質量は、主にその原子質量数（すなわち、原子核中の核子の数）によって決まります。わずかな補正は、原子核の結合エネルギー（質量欠損を参照）、陽子と中性子の質量のわずかな差、および原子に付随する電子の質量によって生じます。後者は、電子と核子の比率が同位体によって異なるためです。
質量数は無次元量である。一方、原子質量はダルトン（記号 Da）を用いて測定され、これは炭素12原子の質量に基づいて定義される。ダルトンは統一原子質量単位（記号 u）とも呼ばれる。
元素の天然に存在する同位体の原子量によって、その元素の標準原子量が決定されます。元素がN個の同位体を含む場合、平均原子量には以下の式が適用されます。:
ここで、m 1、m 2、...、m Nは各同位体の原子質量であり、x 1、...、x Nはこれらの同位体の相対存在量である。
特定の元素のさまざまな同位体の特性を利用したアプリケーションがいくつか存在する。同位体分離は、特にウランやプルトニウムなどの重元素の場合、大きな技術的課題である。リチウム、炭素、窒素、酸素などの軽元素は、COやNOなどの化合物のガス拡散によって一般的に分離される。水素と重水素の分離は、例えばガードラー硫化物法のように、物理的性質ではなく化学的性質に基づいているため、珍しい。ウラン同位体は、ガス拡散、ガス遠心分離、レーザーイオン化分離、および（マンハッタン計画では）ある種の生産質量分析法によって大量に分離されてきた。
誌への手紙で初めて呼んだ同位体は、周期表で同じ位置を占めている…
ジョージ・ベイルビー
卿の家でマーガレット・トッド博士との応接間での議論の中で同位体という言葉が提案されました
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