サマリウムの同位体

天然に存在するサマリウム（₆₂ Sm）は、5つの安定同位体、¹⁴⁴ Sm、¹⁴⁹ Sm、¹⁵⁰ Sm、¹⁵² Sm、¹⁵⁴ Smと、2つの極めて長寿命の放射性同位体、¹⁴⁷ Sm（半減期：1.066 × 10¹¹ 年）および¹⁴⁸ Sm（6.3 × 10¹⁵ 年）、 ¹⁵² Smが最も豊富（自然存在比26.75％ ）である。146Sm（ ^9.20 × 10⁷ 年） ^[2]もかなり長寿命ですが、地球上で太陽系の形成から大量に生き残るほど長寿命ではありませんが、絶滅した放射性核種として太陽系の放射年代測定に有用です。 ^{[5]これは、}原始的であることがまだ確認されていない最も長寿命の核種です。

天然に存在する同位体以外で最も長寿命の放射性同位体は、半減期が94.6 年の¹⁵¹ Smと、半減期が 340 日の^{145 Sm です。129 Smから168} Smまでの範囲の残りの放射性同位体はすべて^半減期が 2 日未満で、その大部分は半減期が 48 秒未満です。この元素には 12 種類の異性体も知られており、最も安定しているのは^141m Sm (t _1/2 22.6 分)、^143m1 Sm (t _1/2 66 秒)、^139m Sm (t _1/2 10.7 秒) です。

長寿命同位体である¹⁴⁶ Sm、¹⁴⁷ Sm、¹⁴⁸ Smは、主にアルファ崩壊によってネオジム同位体に崩壊します。より軽い不安定同位体であるサマリウムは、主に電子捕獲によってプロメチウム同位体に崩壊し、より重い同位体はベータ崩壊によってユーロピウム同位体に崩壊します。2012年の論文^{[7] 146} Smの推定半減期を10.3(5)×10 ⁷ 年から6.8(7)×10 ⁷ 年に修正する計画は2023年に撤回された。^{[7] [8]}

サマリウムの同位体は、岩石や隕石の年代関係を決定するための サマリウム-ネオジム年代測定で使用されます。

¹⁵¹ Sm は中半減期の核分裂生成物であり、核燃料サイクルにおいて中性子毒として作用します。安定した核分裂生成物¹⁴⁹ Sm も中性子毒です。

サマリウムは、理論上は安定同位体を持たない偶数原子番号の最も軽い元素です（そのすべての同位体は、理論上はアルファ崩壊、ベータ崩壊、または二重ベータ崩壊のいずれかになります）。その他のそのような元素は、原子番号が 66 を超える元素です（理論上最も重い安定核種であるジスプロシウム）。

サマリウム 149 ( ^{149 Sm) は、観測的に安定した}サマリウム同位体(崩壊すると予測されるが、崩壊は観測されていないため、半減期は宇宙の年齢よりも少なくとも数桁長い) であり、核分裂生成物 ¹⁴⁹ Nd (収率 1.0888%) の崩壊系列の生成物である。¹⁴⁹ Sm は、原子炉の稼働に大きな影響を与える中性子吸収核毒物であり、 ¹³⁵ Xeに次ぐものである。その中性子断面積は、熱中性子の場合40140バーンである。

平衡濃度（したがって、毒性効果）は、原子炉の運転開始から約 500 時間（約 20 日間）で平衡値に達し、¹⁴⁹ Sm は安定しているため、その後の原子炉運転中は濃度は基本的に一定のままです。これは、ヨウ素135（短寿命の核分裂生成物）のベータ崩壊から蓄積され、中性子断面積が大きいものの、それ自体が 9.2 時間の半減期で崩壊する（したがって、原子炉の停止後も長時間一定濃度を維持しない）ため、いわゆるキセノンピットを引き起こすキセノン ピットとは対照的です。

サマリウム 151 ( ¹⁵¹ Sm ) は半減期が 94.6 年で、低エネルギーベータ崩壊を起こし、熱中性子と²³⁵ Uに対する核分裂生成物収率は 0.4203% で、^{149 Sm の収率の約 39% です。 239} Puの収率はやや高くなります。

熱中性子に対する中性子吸収 断面積は15200バーンと高く、 ¹⁴⁹ Sm の吸収断面積の約 38% 、つまり²³⁵ U の約 20 倍に相当します。151 Sm と¹⁴⁹ Smの生成率と吸収率の比率はほぼ等しいため、2 つの同位体は同様の平衡濃度に達するはずです。149 Sm は約 500 時間 (20 日) で平衡に達するため^、151 Sm^は約 50 日で平衡に達するはずです。

原子力発電所では、核燃料は数年間（燃焼）使用されるため、排出時の使用済み核燃料中に含まれる¹⁵¹ Smの最終量は、燃料使用中に生成された¹⁵¹ Sm総量のごく一部に過ぎません。ある研究によると、使用済み燃料中の¹⁵¹ Smの質量分率は、MOX 燃料の重装荷では約 0.0025 、ウラン燃料ではその半分程度であり、これは中半減期の核分裂生成物¹³⁷ Csの質量分率約 0.15 よりも約 2 桁小さい値です。^{[12] 151} Smの崩壊エネルギーも¹³⁷ Csよりも約 1 桁小さい値です。収量、残存率、崩壊エネルギーが低いため、¹⁵¹ Sm は、2 つの主要な中半減期の核分裂生成物である¹³⁷ Cs と⁹⁰ Srと比較して、核廃棄物としての影響はわずかです。

• ANL ファクトシート

サマリウム153（¹⁵³ Sm）は半減期が46.3時間で、β崩壊して^{153 Eu}になる。サマリウムレキシドロナムの成分として、骨がんの緩和治療に用いられる。^[13]体内でカルシウムと同様に処理され、骨に選択的に局在する。

• 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
• 同位体組成と標準原子質量:
  • de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl ; De Bièvre, Paul ; Hidaka, Hiroshi ; Peiser, H. Steffen ; Rosman, Kevin JR ; Taylor, Philip DP (2003). 「元素の原子量。レビュー 2000 (IUPAC 技術レポート)」。純粋および応用化学。75 (6): 683–800。doi : 10.1351/pac200375060683。
  • Wieser, Michael E. (2006). 「元素の原子量 2005 (IUPAC 技術レポート)」.純粋および応用化学. 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351/pac200678112051 .
• 「ニュースとお知らせ: 標準原子量の改訂」国際純正応用化学連合。2005 年 10 月 19 日。
• 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。