鉛の同位体

鉛( ₈₂ Pb) には、観測的に安定な 同位体が²⁰⁴ Pb、²⁰⁶ Pb、²⁰⁷ Pb、²⁰⁸ Pbの4 つあります。鉛 204 は完全に原始核種であり、放射性核種ではありません。3 つの同位体、鉛 206、鉛 207、鉛 208 は、それぞれウラン系列(またはラジウム系列)、アクチニウム系列、トリウム系列の3 つの崩壊系列の末端を表します。4 番目の崩壊系列であるネプツニウム系列は、タリウム同位体²⁰⁵ Tlで終了します。鉛で終了する 3 つの系列は、長寿命の原始²³⁸ U、²³⁵ U、および²³² Thの崩壊系列生成物を表します。各同位体は、ある程度、放射性同位体として娘核種としてではなく、超新星爆発で生成された原始同位体としても存在します。鉛 204 と他の鉛同位体の原始量に対する固定比率は、ウランとトリウムの崩壊の結果として岩石中に存在する放射性鉛の追加量を推定するための基準として使用できます。(鉛-鉛年代測定およびウラン-鉛年代測定を参照してください。)

最も長寿命の放射性同位体は、半減期が1730万年の²⁰⁵ Pbと、半減期が52,500年の²⁰² Pbです。半減期が22.2年の自然発生放射性同位体²¹⁰ Pbは、 100年未満の時間スケールで環境サンプルの堆積年代を調べるのに役立ちます。 ^[5]

4つの安定同位体の相対的存在比はそれぞれ約1.5%、24%、22%、52.5%で、これらを合わせると標準原子量（安定同位体の存在比加重平均）は207.2(1)となる。鉛は最も重い安定同位体²⁰⁸ Pbを持つ元素である。（より重い²⁰⁹ Biは長い間安定していると考えられてきたが、実際の半減期は2.01×10 ¹⁹年である。）^{208 Pbは}二重魔法同位体でもあり、82個の陽子と126個の中性子を持つ。^[6]これは知られている中で最も重い二重魔法核種である。現在、非常に不安定な合成種を含めて合計43の鉛同位体が知られている。

鉛の 4 つの原始同位体はすべて観測的に安定しており、放射性崩壊を起こすと予測されていますが、崩壊はまだ観測されていません。これらの 4 つの同位体はアルファ崩壊を起こし、それ自体が放射性であるか観測的に安定している水銀の同位体になると予測されています。

完全にイオン化された状態では、同位体^210Pbのベータ崩壊は自由電子を放出せず、代わりに生成された電子は原子の空の軌道に捕獲されます。^[7]

^{206 Pb は、 238} Uの崩壊系列、つまり「ラジウム系列」または「ウラン系列」の最終段階です。閉鎖系では、時間の経過とともに、一定量の²³⁸ U が一連の段階を経て崩壊し、最終的に^{206 Pb になります。中間生成物の生成は最終的に平衡に達します (ただし、 234} Uの半減期は245,500 年であるため、これには長い時間がかかります)。この安定したシステムに達すると、²³⁸ U と²⁰⁶ Pb の比率は着実に減少しますが、他の中間生成物同士の比率は一定のままです。

ラジウム系列で見つかったほとんどの放射性同位体と同様に、²⁰⁶ Pb は当初ラジウムの変種として、具体的にはラジウム Gと命名されました。これは、アルファ崩壊による²¹⁰ Po (歴史的にはラジウム Fと呼ばれていました)と、ベータ崩壊によるはるかに希少な²⁰⁶ Tl (ラジウム E ^II ) の両方の崩壊生成物です。

鉛206は、中性子経済性を改善し、高放射性副産物の不要な生成を大幅に抑制するメカニズムとして、天然鉛混合物（他の安定鉛同位体も含む）の使用よりも高速増殖炉の核分裂炉冷却材としての使用が提案されている。^[12]

²⁰⁴ Pbは完全に原始的な元素であるため、特定のサンプルに含まれる他の鉛同位体の割合を推定するのに役立ちます。これは、さまざまな原始的な鉛同位体の相対的な割合がどこでも一定であるためです。^[13]したがって、過剰な鉛206、207、208は放射性起源であると想定され、^[13]さまざまなウランおよびトリウムの年代測定スキームを使用して、他の同位体に対する鉛204の相対的な存在量に基づいて岩石の年代（形成からの時間）を推定することができます。 ^{207 Pb は235} Uからのアクチニウム系列の最後です。

^{208 Pbは、 232} Thから始まるトリウム系列の最後です。地球上のほとんどの場所では鉛の組成の約半分しか占めていませんが、トリウム鉱石では自然界で約90％まで濃縮されています。^{[14] 208} Pbは、Z = 82およびN = 126が閉じた原子核殻に対応するため、最も重い既知の安定核種であり、最も重い既知の二重魔法核でもあります。^[15]この特に安定した構成の結果として、その中性子捕獲断面積は非常に低く（熱スペクトルでは重水素よりも低い）、鉛冷却高速炉にとって興味深いものとなっています。

²¹² Pbを含む放射性医薬品は、実験的な癌治療標的アルファ粒子療法の治療薬として試験されてきた。^[16]

• Meija, Juris; et al. (2016). 「元素の原子量 2013 (IUPAC 技術レポート)」.純粋および応用化学. 88 (3): 265–91. doi : 10.1515/pac-2015-0305 .

同位体質量:

• アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001

半減期、スピン、異性体データは、以下のソースから選択されています。

• アウディ、ジョルジュ。ベルシヨン、オリヴィエ。ジャン・ブラショー。Wapstra、Aaldert Hendrik (2003)、「核および崩壊特性の NUBASE 評価」、核物理学 A、729 : 3–128、Bibcode :2003NuPhA.729....3A、doi :10.1016/j.nuclphysa.2003.11。 001
• 国立核データセンター。「NuDat 2.x データベース」。ブルックヘブン国立研究所。
• ホールデン、ノーマン E. (2004)。「11. 同位体の表」。ライド、デビッド R. (編)。CRC化学および物理学ハンドブック(第 85 版)。フロリダ州ボカラトン: CRC プレス。ISBN 978-0-8493-0485-9。