Изотопы гафния

Изотопы гафния — разновидности химического элемента гафния, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы гафния с массовыми числами от 153 до 188 (количество протонов 72, нейтронов от 81 до 116), и 26 ядерных изомеров.

Природный гафний состоит из смеси 6 изотопов. Пять из них являются стабильными:

¹⁷⁶Hf (изотопная распространённость 5,26 %), стабилен
¹⁷⁷Hf (изотопная распространённость 18,60 %), стабилен
¹⁷⁸Hf (изотопная распространённость 27,28 %), стабилен
¹⁷⁹Hf (изотопная распространённость 13,62 %), стабилен
¹⁸⁰Hf (изотопная распространённость 35,08 %), стабилен

Еще один природный изотоп нестабилен, но имеет огромный период полураспада, много больше возраста Вселенной:

¹⁷⁴Hf (изотопная распространённость 0,16 %), период полураспада 2×10¹⁵ лет

Самым долгоживущим искусственным радиоизотопом является ¹⁸²Hf с периодом полураспада 8,9 млн лет.

^178m2Hf

Основная статья Гафниевая бомба^[англ.]

В 1998 году внимание ученых привлек изомер ^178m2Hf. Его особенностью была значительная энергия возбуждённого состояния (2,446 МэВ на ядро или 1,3 ГДж на 1 грамм) при большом периоде полураспада (31 год).^[1]^[2] При изомерном переходе энергия высвобождалась в виде гамма-излучения, конечный изотоп стабилен.

В 1998 году группа исследователей под руководством Карла Коллинза (Carl Collins) сообщила, что нашла способ осуществления принудительного распада изомера. По сообщениям группы, удалось добиться некоторого увеличения естественного темпа распада путем облучения вещества рентгеновским излучением определенного спектра. В 2003 году агентство оборонных исследований DARPA профинансировало дополнительные исследования, что вызвало общественный резонанс и слухи о так называемой «гафниевой бомбе» — устройстве, осуществляющем лавинный изомерный переход в значительной массе изомера с выделением энергий, сопоставимых с энергиями взрыва традиционных химических взрывчатых веществ.

Тем не менее, в научном мире скептически отнеслись не только к перспективе построения подобных устройств, но и к самой возможности искусственной стимуляции изомерного перехода, подвергнув критике работу Коллинза. Помимо сомнений в достоверности экспериментов, также указывали на огромные трудности получения изомера в количествах, необходимых для построения практически применимого оружия. Причина трудностей — крайне низкие вероятности протекания всех известных реакций синтеза изомера, не позволяющие получать изомер на известном оборудовании в нужном количестве.

Таблица изотопов гафния

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа^[3] (а. е. м.)	Период полураспада^[4] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[4]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Энергия возбуждения			Период полураспада^[4] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[4]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
¹⁵³Hf	72	81	152,97069(54)#	400# мс [>200 нс]			1/2+#
^153mHf	750(100)# кэВ			500# мс			11/2−#
¹⁵⁴Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) с	β⁺	¹⁵⁴Lu	0+
¹⁵⁴Hf	72	82	153,96486(54)#	2(1) с	α (редко)	¹⁵⁰Yb	0+
¹⁵⁵Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) мс	β⁺	¹⁵⁵Lu	7/2−#
¹⁵⁵Hf	72	83	154,96339(43)#	890(120) мс	α (редко)	¹⁵¹Yb	7/2−#
¹⁵⁶Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) мс	α (97%)	¹⁵²Yb	0+
¹⁵⁶Hf	72	84	155,95936(22)	23(1) мс	β⁺ (3%)	¹⁵⁶Lu	0+
^156mHf	1959,0(10) кэВ			480(40) мкс			8+
¹⁵⁷Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) мс	α (86%)	¹⁵³Yb	7/2−
¹⁵⁷Hf	72	85	156,95840(21)#	115(1) мс	β⁺ (14%)	¹⁵⁷Lu	7/2−
¹⁵⁸Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) с	β⁺ (55%)	¹⁵⁸Lu	0+
¹⁵⁸Hf	72	86	157,954799(19)	2,84(7) с	α (45%)	¹⁵⁴Yb	0+
¹⁵⁹Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) с	β⁺ (59%)	¹⁵⁹Lu	7/2−#
¹⁵⁹Hf	72	87	158,953995(18)	5,20(10) с	α (41%)	¹⁵⁵Yb	7/2−#
¹⁶⁰Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) с	β⁺ (99,3%)	¹⁶⁰Lu	0+
¹⁶⁰Hf	72	88	159,950684(12)	13,6(2) с	α (0,7%)	¹⁵⁶Yb	0+
¹⁶¹Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) с	β⁺ (99,7%)	¹⁶¹Lu	3/2−#
¹⁶¹Hf	72	89	160,950275(24)	18,2(5) с	α (0,3%)	¹⁵⁷Yb	3/2−#
¹⁶²Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) с	β⁺ (99,99%)	¹⁶²Lu	0+
¹⁶²Hf	72	90	161,94721(1)	39,4(9) с	α (0,008%)	¹⁵⁸Yb	0+
¹⁶³Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) с	β⁺	¹⁶³Lu	3/2−#
¹⁶³Hf	72	91	162,94709(3)	40,0(6) с	α (10⁻⁴%)	¹⁵⁹Yb	3/2−#
¹⁶⁴Hf	72	92	163,944367(22)	111(8) с	β⁺	¹⁶⁴Lu	0+
¹⁶⁵Hf	72	93	164,94457(3)	76(4) с	β⁺	¹⁶⁵Lu	(5/2−)
¹⁶⁶Hf	72	94	165,94218(3)	6,77(30) мин	β⁺	¹⁶⁶Lu	0+
¹⁶⁷Hf	72	95	166,94260(3)	2,05(5) мин	β⁺	¹⁶⁷Lu	(5/2)−
¹⁶⁸Hf	72	96	167,94057(3)	25,95(20) мин	β⁺	¹⁶⁸Lu	0+
¹⁶⁹Hf	72	97	168,94126(3)	3,24(4) мин	β⁺	¹⁶⁹Lu	(5/2)−
¹⁷⁰Hf	72	98	169,93961(3)	16,01(13) ч	ЭЗ	¹⁷⁰Lu	0+
¹⁷¹Hf	72	99	170,94049(3)	12,1(4) ч	β⁺	¹⁷¹Lu	7/2(+)
^171mHf	21,93(9) кэВ			29,5(9) с	ИП	¹⁷¹Hf	1/2(−)
¹⁷²Hf	72	100	171,939448(26)	1,87(3) года	ЭЗ	¹⁷²Lu	0+
^172mHf	2005,58(11) кэВ			163(3) нс			(8−)
¹⁷³Hf	72	101	172,94051(3)	23,6(1) ч	β⁺	¹⁷³Lu	1/2−
¹⁷⁴Hf	72	102	173,940046(3)	2,0(4)⋅10¹⁵ лет	α	¹⁷⁰Yb	0+	0,0016(1)	0,001619–0,001621
^174m1Hf	1549,3 кэВ			138(4) нс			(6+)
^174m2Hf	1797,5(20) кэВ			2,39(4) мкс			(8−)
^174m3Hf	3311,7 кэВ			3,7(2) мкс			(14+)
¹⁷⁵Hf	72	103	174,941509(3)	70(2) сут	β⁺	¹⁷⁵Lu	5/2−
¹⁷⁶Hf	72	104	175,9414086(24)	стабилен^{[n 1]}			0+	0,0526(7)	0,05206–0,05271
¹⁷⁷Hf	72	105	176,9432207(23)	стабилен (>1,3⋅10¹⁸ лет)^{[n 2]}^[5]			7/2−	0,1860(9)	0,18593–0,18606
^177m1Hf	1315,4504(8) кэВ			1,09(5) с			23/2+
^177m2Hf	1342,38(20) кэВ			55,9(12) мкс			(19/2−)
^177m3Hf	2740,02(15) кэВ			51,4(5) мин			37/2−
¹⁷⁸Hf	72	106	177,9436988(23)	стабилен^{[n 3]}			0+	0,2728(7)	0,27278–0,27297
^178m1Hf	1147,423(5) кэВ			4,0(2) с			8−
^178m2Hf	2445,69(11) кэВ			31(1) лет			16+
^178m3Hf	2573,5(5) кэВ			68(2) мкс			(14−)
¹⁷⁹Hf	72	107	178,9458161(23)	стабилен^{[n 4]}			9/2+	0,1362(2)	0,13619–0,1363
^179m1Hf	375,0367(25) кэВ			18,67(4) с			1/2−
^179m2Hf	1105,84(19) кэВ			25,05(25) сут			25/2−
¹⁸⁰Hf	72	108	179,9465500(23)	стабилен^{[n 5]}			0+	0,3508(16)	0,35076–0,351
^180m1Hf	1141,48(4) кэВ			5,47(4) ч			8−
^180m2Hf	1374,15(4) кэВ			0,57(2) мкс			(4−)
^180m3Hf	2425,8(10) кэВ			15(5) мкс			(10+)
^180m4Hf	2486,3(9) кэВ			10(1) мкс			12+
^180m5Hf	2538,3(12) кэВ			>10 мкс			(14+)
^180m6Hf	3599,3(18) кэВ			90(10) мкс			(18−)
¹⁸¹Hf	72	109	180,9491012(23)	42,39(6) сут	β⁻	¹⁸¹Ta	1/2−
^181m1Hf	595(3) кэВ			80(5) мкс			(9/2+)
^181m2Hf	1040(10) кэВ			~100 мкс			(17/2+)
^181m3Hf	1738(10) кэВ			1,5(5) мс			(27/2−)
¹⁸²Hf	72	110	181,950554(7)	8,90(9)⋅10⁶ лет	β⁻	¹⁸²Ta	0+
^182mHf	1172,88(18) кэВ			61,5(15) мин	β⁻ (58%)	¹⁸²Ta	8−
^182mHf	1172,88(18) кэВ			61,5(15) мин	ИП (42%)	¹⁸²Hf	8−
¹⁸³Hf	72	111	182,95353(3)	1,067(17) ч	β⁻	¹⁸³Ta	(3/2−)
¹⁸⁴Hf	72	112	183,95545(4)	4,12(5) ч	β⁻	¹⁸⁴Ta	0+
^184mHf	1272,4(4) кэВ			48(10) с	β⁻	¹⁸⁴Ta	8−
¹⁸⁵Hf	72	113	184,95882(21)#	3,5(6) мин	β⁻	¹⁸⁵Ta	3/2−#
¹⁸⁶Hf	72	114	185,96089(32)#	2,6(12) мин	β⁻	¹⁸⁶Ta	0+
¹⁸⁷Hf	72	115	186,96459(43)#	30# с [>300 нс]
¹⁸⁸Hf	72	116	187,96685(54)#	20# с [>300 нс]			0+

↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷²Yb
↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷³Yb
↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁴Yb
↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁵Yb
↑ Теоретически может претерпевать альфа-распад в ¹⁷⁶Yb

Пояснения к таблице

Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.