鉛の同位体

鉛（₈₂ Pb）には、観測上安定な同位体が 4 つあります^{。204 Pb、206} Pb 、 207 Pb ^、 208 ^Pbです^。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。鉛 206、鉛 207、鉛 208 の 3 つの同位体は、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ています。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で終わります。鉛で終わる 3 つの系列は、長寿命の原始核種²³⁸ U、²³⁵ U、²³² Thの崩壊系列生成物を表しています。各同位体は、放射性崩壊によって娘核種として生成されたのではなく、超新星爆発で生成された原始同位体としても、ある程度存在します。鉛204と他の鉛同位体の原始的な量との一定の比率は、ウランやトリウムの崩壊によって岩石中に存在する放射性鉛の余剰量を推定するための基準として使用できます。これが鉛-鉛年代測定法およびウラン-鉛年代測定法の基礎となっています。

最も寿命の長い放射性同位体は、いずれも電子捕獲によって崩壊する^205Pb（半減期1700 万年）と^202Pb（半減期5万2500年）である。半減期が22.2年のより短い天然放射性同位体^{210Pbは、100年未満の時間スケールでの環境試料の}堆積年代学の研究に有用である。^{[ 4 ]}

最も重い安定同位体である²⁰⁸ Pb は、この元素に属します。（より質量の大きい²⁰⁹ Bi は、長い間安定同位体と考えられていましたが、実際には半減期が 2.01×10 ¹⁹年です。）²⁰⁸ Pb は、陽子82 個と中性子126 個を持つため、二重魔法数同位体でもあります。^{[ 5 ]}これは、既知の二重魔法数核種の中で最も重いものです。

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るものの、今のところ崩壊は観測されていない。これらの4つの同位体はアルファ崩壊を起こし、水銀の同位体になると予測されているが、水銀の同位体自体も放射性、つまり観測的に安定している。

放射性同位体209～214は微量ながら存在します。最も多く、かつ最も重要なのは鉛210で、これは半減期が22.2年と非常に長く、ウラン崩壊系列に豊富に存在します。鉛211、212、214は、ウラン235、トリウム232、ウラン238の崩壊系列に存在するため、これら3つの鉛同位体は天然資源からも検出可能です。さらに微量の鉛209は、3つのまれな崩壊経路から生じます。1つはタリウム210のベータ遅発中性子崩壊（ウラン系列）、もう1つはネプツニウム系列の最終段階（ウラン鉱石中の中性子捕獲によって微量生成）、そしてラジウム223の非常にまれなクラスター崩壊（炭素14も生成）です。鉛213はネプツニウム系列のマイナーブランチにも存在します。鉛210は、鉛206との比率を測定することで試料の年代を特定するのに特に役立ちます（両方の同位体は単一の崩壊系列に存在します）。^{[ 6 ]}

これまでに、^{178Pbから220Pb}までの43種類の鉛同位体が合成されている。

^{206Pbは、 238U}の崩壊系列、すなわち「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、一定量の^238Uは、時間の経過とともに一連の段階を経て崩壊し、最終的に^{206Pbになります。中間生成物の生成は最終的に平衡状態に達します（ただし、 234U}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）。この安定した系に達すると、 ^238Uと^206Pbの比率は着実に減少し、他の中間生成物同士の比率は一定のままになります。

ラジウム系列で発見されたほとんどの放射性同位体と同様に、^{206Pbは当初}、ラジウムの変種、具体的にはラジウムGとして命名されました。これは、アルファ崩壊による^210Po（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^206Tl（ラジウムE ^II）の両方の崩壊生成物です。

中性子経済性を向上させ、高放射性副生成物の望ましくない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）の代わりに、高速増殖核分裂炉の冷却材として鉛206を使用することが提案されている。^{[ 13 ]}

²⁰⁴ Pb は完全に原始的なものであり、様々な原始的な鉛同位体の相対的な割合はどこでも一定であるため、特定のサンプル中の他の鉛同位体のうち原始的なものの割合を推定するのに役立ちます。^{[ 14 ]}したがって、過剰な鉛 206、-207、および -208 は放射性起源であると想定され、^{[ 14 ]}鉛 204 と他の同位体の相対的な存在量に基づいて岩石の年代 (形成されてからの時間) を推定するために、さまざまなウランおよびトリウム年代測定法を使用できます。 ^{207 Pb は235} Uからのアクチニウム系列の終わりです。

^{208 Pb は232} Thからのトリウム系列の終点です。地球上のほとんどの場所では鉛の組成の約半分を占めるにすぎませんが、トリウム鉱石では自然に約 90% まで濃縮されていることがあります。^{[ 15 ] 208} Pb は既知の安定核種の中で最も重く、また、 Z = 82 およびN = 126 が閉殻核に対応するため、既知の二重魔法核の中で最も重いものです。^{[ 16 ]}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さらに低い)、鉛冷却高速炉にとって興味深いものとなっています。

^{2025年に発表された研究では、 208Pb}の原子核は以前考えられていたように完全な球形ではなく、むしろ「長球」、より一般的にはラグビーボールの形として表現されるものであることが示唆された。^{[ 17 ]}

鉛210（^210Pb）は、ウラン238の崩壊系列で見られる鉛の放射性同位体です。ベータ線を放出し、半減期は22.20年です。210Pbは、最近の堆積物の年代測定に加えて、農業環境や自然環境における土壌侵食や堆積の動態の研究に広く用いられています。ラドン222の^崩壊生成物の大気降下物から生じる非支持成分または過剰成分（^210Pb ex _）は、表層土壌に蓄積し、半減期22.3年で崩壊します。その深度依存的な放射能プロファイルにより、過去1世紀にわたる土壌の再分布を復元することができます。

²¹⁰ Pb の沈着は継続的で世界的に広範囲に及ぶため、この方法は¹³⁷ Csなどの人為的放射性核種から得られる中期的な記録を補完する長期的な視点を提供します。侵食と沈着の速度を定量化したり、土地の劣化を評価したり、土壌保全対策を評価したりするために使用されており、地形学および環境研究に貴重なデータを提供しています。^{[ 18 ]}

鉛210から放出される放射線は、一部の素粒子物理学実験に問題を引き起こす可能性があり、そのため、鉛210がはるかに低いレベルまで崩壊する時間があった古代ローマの鉛がそのような用途で使用されるようになった。^{[ 19 ]}

鉛212（^212Pb ）は、核医学、特に標的アルファ療法（TAT）において大きな注目を集めている鉛の放射性同位体です。 ^{[ 20 ]}この同位体はトリウム崩壊系列の一部であり、さまざまな放射性崩壊連鎖において重要な中間体として機能します。^{[ 21 ] 212Pbは、}トリウム228（^228Th ）崩壊の中間生成物であるラドン220（220Rn）^の崩壊によって生成されます。^{[ 20 ]}ベータ線放出による放射性崩壊を起こしてビスマス212（^212Bi）を形成し、さらに崩壊してアルファ粒子を放出します。^{[ 22 ]}この崩壊連鎖は、強力な局所放射線を癌細胞に照射することで、特にTATなどの治療目的に利用できるアルファ粒子の生体内発生システムであるため、医療用途において特に重要です。

この同位体は、天然のトリウム232から始まるトリウム崩壊系列の一部です。そのベータ崩壊（10.627時間）によりビスマス212（ ^212Bi）が生成され、これがアルファ粒子（6.1MeV）を放出します。このアルファ粒子は、がん治療におけるTATの効果に不可欠です。^{[ 23 ]}

水溶液中では、遊離の Pb ^{2+ は生理的 pH 条件下で加水分解して Pb(OH) +}のような種を形成する傾向があり、適切にキレート化されていないと生体内分布に影響を与える可能性があるが、^{[ 24 ]}キレート剤修飾錯体は、生理食塩水や血清環境で長期間 (例えば 24～72 時間) 高い安定性を示しており、これは治療用途にとって重要である。^{[ 25 ]}

^{鉛212はいくつかの方法で合成できますが、 228Th}の崩壊を利用したジェネレータベースの製造が最も一般的です。これには、 ^228Th、^224Ra / ^212Pbジェネレータからの直接抽出、および^220Rnベースの生成が含まれます。これらの各方法にはそれぞれ利点と複雑さがあります。これらのさまざまな製造ルートは、放射性同位元素製造の分野におけるさまざまな産業ニーズと規制上の考慮事項に対応しています。^{[ 23 ]}

鉛以外の娘製品

• ビスマスの同位体
• タリウムの同位体
• 水銀の同位体