テクネチウムの同位体

テクネチウム（_{43Tc ）は、安定}同位体を持たないZ <83の2つの元素のうちの1つです。もう1つの安定同位体はプロメチウムです。^{[2]テクネチウムは主に人工的に作られ、自然界には}自発核分裂によって生成される微量しか存在しません（推定ピッチブレンド1グラムあたり2.5 × 10 ⁻¹³グラムの⁹⁹ Tc ）^[3]またはモリブデンによる中性子捕獲。最初に合成された同位体は1936年に生産された最初の人工元素である⁹⁷ Tcと⁹⁹ Tc ^{[論争中–議論中]でした。最も安定した}放射性同位体は⁹⁷ Tc（半減期421万年）、⁹⁸ Tc（半減期：420万年）、および⁹⁹ Tc（半減期：211,100年）です。^{[4] [5]}

他に33種の放射性同位元素が、⁸⁵ Tcから¹²⁰ Tcの範囲の原子質量で特徴付けられている。 ^[6]これらのほとんどは半減期が1時間未満であるが、例外として⁹³ Tc（半減期：2.75時間）、⁹⁴ Tc（半減期：4.883時間）、⁹⁵ Tc（半減期：20時間）、⁹⁶ Tc（半減期：4.28日）がある。^[7]

テクネチウムにも多数のメタ状態がある。最も安定なのは^{97m Tcで、半減期は91.0日（0.097 MeV）である。 [4]}これに続いて^95m Tc（半減期：61日、0.038 MeV）、^99m Tc（半減期：6.04時間、0.143 MeV）である。99m Tcは^ガンマ線のみを放出し、その後⁹⁹ Tcに崩壊する。^[7]

⁹⁸ Tcより軽い同位体の場合、主な崩壊モードはモリブデン同位体への電子捕獲です。より重い同位体の場合、主な崩壊モードはルテニウム同位体へのベータ放出ですが、例外として¹⁰⁰ Tcはベータ放出と電子捕獲の両方で崩壊します。^{[7] [8]}

テクネチウム-99mは、核医学産業で用いられるテクネチウムの代表的な同位体である。その低エネルギー異性体遷移は、約140.5 keVでガンマ線を生成し、単光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）を用いた画像化に最適である。サイクロトロンを用いたモリブデン標的に対する(p,n)反応によって生成される^94m Tc、^95g Tc、^96g Tcなどのいくつかのテクネチウム同位体も、陽電子放出断層撮影（PET）薬剤となる可能性があることが確認されている。^{[9] [10] [11]}テクネチウム-101は、DD核融合ベースの中性子発生器を使用して、天然モリブデンに対する100 Mo(n,γ) 101 Mo反応と、それに続く101 ^Moから^{101 Tc}へ^のベータマイナス崩壊から生成されている。¹⁰¹ Tcは半減期が短い（14.22分）にもかかわらず、放射性同位元素による診断や治療に適した独特の崩壊特性を示し、二重同位元素イメージングの補足として、または^99m Tcの代替として、患者の治療現場での現場での製造と分配によって実施できることが提案されている。 ^[12]

テクネチウム 99は、最も一般的で最も入手しやすい同位体であり、ウランやプルトニウムなどのアクチニドの核分裂による主要な核分裂生成物であり、核分裂生成物収率は 6% 以上で、実際、最も重要な長寿命の核分裂生成物です。テクネチウムのより軽い同位体は、初期の核分裂生成物が通常、その質量範囲で安定しているよりも高い中性子/陽子比を持ち、最終生成物に達するまでベータ崩壊を起こすため、核分裂で生成されることはほとんどありません。質量 95～98 の核分裂生成物のベータ崩壊は、それらの質量のモリブデンの安定同位体で停止し、テクネチウムには達しません。質量が 100 以上の場合、それらの質量のテクネチウム同位体は非常に短寿命であり、すぐにルテニウムの同位体にベータ崩壊します。したがって、使用済み核燃料中のテクネチウムは実質的にすべて99Tcである^。高速中性子が存在すると、少量の⁹⁸
Tcは（n,2n）「ノックアウト」反応によって生成される。核分裂由来のテクネチウムまたは医療用途のテクネチウム廃棄物の核変換が望まれる場合、長寿命の高速中性子は望ましくない。⁹⁸
Tc は物質内の放射能の寿命を短縮するのではなく、むしろ増加させます。

1グラムの^99Tcは1秒間に6.2 × 108^回の崩壊（つまり0.62G Bq /g）^[13]

テクネチウムには安定した同位体やほぼ安定した同位体がないため、標準的な原子量を与えることはできません。

テクネチウムとプロメチウムは、安定同位体を持たないという点で珍しい軽元素です。原子核の液滴モデルを使用すると、核の結合エネルギーの半経験式を導くことができます。この式は、核種がベータ崩壊しない「ベータ安定の谷」を予測します。谷の「壁の上」にある核種は、中心に向かってベータ崩壊する傾向があります（電子の放出、陽電子の放出、または電子の捕獲により）。固定数の核子Aの場合、結合エネルギーは 1 つ以上の放物線上に位置し、最も安定した核種が底部にあります。偶数の陽子と中性子を持つ同位体は、奇数の中性子と陽子を持つ同位体よりも安定しているため、複数の放物線を持つことができます。1 回のベータ崩壊で、一方が他方に変換されます。放物線が 1 つしかない場合、その放物線上に位置する安定同位体は 1 つだけです。放物線が 2 つある場合、つまり核子の数が偶数の場合、中性子と陽子の数が奇数である安定核が存在することが (まれに) 発生します (ただし、これは² H、⁶ Li、¹⁰ B、¹⁴ N、および^180m Taの 5 つの例でのみ発生します)。ただし、これが発生すると、中性子と陽子の数が偶数である安定同位体は存在できなくなります。

テクネチウム（Z  = 43）の場合、ベータ安定の谷は核子約98個に集中しています。しかし、94から102までの核子数ごとに、モリブデン（Z  = 42）またはルテニウム（Z  = 44）のいずれかの安定した核種が少なくとも1つ存在し、マタウチの同位体則によれば、隣接する同位体2つが両方とも安定することはできないとされています。^[15]核子数が奇数の同位体の場合、一定の奇数の核子を持つ安定した核種は1つしか存在できないため、テクネチウムの安定同位体は直ちに除外されます。核子数が偶数の同位体の場合、テクネチウムは陽子数が奇数であるため、同位体は中性子数も奇数でなければなりません。このような場合、同じ数の核子と偶数の陽子を持つ安定した核種の存在は、安定した原子核の可能性を排除します。^{[15] [16]}

• 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、異性体データから選択。
  • 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。