Изотопы ксенона

Изотопы ксенона — разновидности химического элемента ксенона, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы ксенона с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93), и более 10 ядерных изомеров.

9 изотопов встречаются в природе. Из них стабильными являются семь:

¹²⁶Xe (изотопная распространенность 0,089 %),
¹²⁸Xe (изотопная распространенность 1,910 %),
¹²⁹Xe (изотопная распространенность 26,401 %) (Xe-129^[англ.]),
¹³⁰Xe (изотопная распространенность 4,071 %),
¹³¹Xe (изотопная распространенность 21,232 %),
¹³²Xe (изотопная распространенность 26,909 %),
¹³⁴Xe (изотопная распространенность 10,436 %).

Ещё два изотопа имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной:

¹²⁴Xe (изотопная распространенность 0,095 %, период полураспада 1,8⋅10²² лет),
¹³⁶Xe (изотопная распространенность 8,857 %, период полураспада 2,165⋅10²¹ лет).

Остальные изотопы искусственные, из них самые долгоживущие ¹²⁷Xe (период полураспада 36,345 суток) и ¹³³Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны ^131mXe с периодом полураспада 11,84 суток, ^129mXe (8,88 суток) и ^133mXe (2,19 суток)^[1].

Ксенон-133

¹³³Xe — искусственный изотоп, применяется в медицине для диагностических целей^[2] — для изучения легочной вентиляции (путем вдыхания газообразного ксенона-133), а также при изучении особенностей кровотока и миелографии (путем введения в растворах). Не усваивается организмом и быстро выводится из крови через легкие.

Испытывает бета-минус-распад с периодом полураспада 5,3 суток и максимальной энергией электрона 346 кэВ, дочерний изотоп — стабильный ¹³³Cs. Распад ¹³³Xe происходит в 99 % случаев на возбуждённый уровень цезия-133 с энергией 81,0 кэВ, который сразу распадается в основной уровень с испусканием гамма-кванта энергией 81 кэВ или конверсионных электронов. При редких распадах на более высокие возбуждённые уровни цезия-133 сброс возбуждения происходит гамма-квантами с энергиями до 0,38 МэВ. Ксенон-133 получают облучением нейтронами природного ксенона по реакции ¹³²Xe(n,γ)¹³³Xe. Также входит в цепочки распада продуктов деления урана и плутония, потому может быть выделен из отработанного топлива ядерных реакторов или облучённого урана.

Ксенон-135

Основная статья Ксенон-135

¹³⁵Xe — изотоп с очень большим сечением захвата нейтронов теплового спектра (т. н. «нейтронный яд»). В значимых количествах образуется при делении урана и плутония в ядерных реакторах, создавая сложные переходные процессы в работе реакторов с тепловым спектром нейтронов, которые затрудняют выведение реактора на номинальную мощность после снижения мощности или остановки (это явление называется «иодная яма» или «ксеноновая яма»).

Период полураспада ксенона-135 составляет 9,14(2) часа^[3], единственный канал распада — бета-минус-распад в ¹³⁵Cs (долгоживущий с периодом полураспада 1,33(19) млн лет)^[3]. Сечение захвата тепловых нейтронов — 2,6 млн барн^[4]. В цепочках распада урана является дочерним изотопом теллура-135 и иода-135. Его выход на одно деление^[англ.] урана-235 составляет 6,3 %.

Таблица изотопов ксенона

Символ нуклида	Z (p)	N (n)	Масса изотопа^[5] (а. е. м.)	Период полураспада^[6] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Символ нуклида	Энергия возбуждения			Период полураспада^[6] (T_1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра^[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
¹⁰⁸Xe	54	54		58(+106−23) мкс	α	¹⁰⁴Te	0+
¹⁰⁹Xe	54	55		13(2) мс	α	¹⁰⁵Te
¹¹⁰Xe	54	56	109,94428(14)	310(190) мс [105(+35−25) мс]	β⁺	¹¹⁰I	0+
¹¹⁰Xe	54	56	109,94428(14)	310(190) мс [105(+35−25) мс]	α	¹⁰⁶Te	0+
¹¹¹Xe	54	57	110,94160(33)#	740(200) мс	β⁺ (90 %)	¹¹¹I	5/2+#
¹¹¹Xe	54	57	110,94160(33)#	740(200) мс	α (10 %)	¹⁰⁷Te	5/2+#
¹¹²Xe	54	58	111,93562(11)	2,7(8) с	β⁺ (99,1 %)	¹¹²I	0+
¹¹²Xe	54	58	111,93562(11)	2,7(8) с	α (0,9 %)	¹⁰⁸Te	0+
¹¹³Xe	54	59	112,93334(9)	2,74(8) с	β⁺ (92,98 %)	¹¹³I	(5/2+)#
					β⁺, p (7 %)	¹¹²Te
					α (0,011 %)	¹⁰⁹Te
					β⁺, α (0,007 %)	¹⁰⁹Sb
¹¹⁴Xe	54	60	113,927980(12)	10,0(4) с	β⁺	¹¹⁴I	0+
¹¹⁵Xe	54	61	114,926294(13)	18(4) с	β⁺ (99,65 %)	¹¹⁵I	(5/2+)
					β⁺, p (0,34 %)	¹¹⁴Te
					β⁺, α (3⋅10⁻⁴%)	¹¹¹Sb
¹¹⁶Xe	54	62	115,921581(14)	59(2) с	β⁺	¹¹⁶I	0+
¹¹⁷Xe	54	63	116,920359(11)	61(2) с	β⁺ (99,99 %)	¹¹⁷I	5/2(+)
¹¹⁷Xe	54	63	116,920359(11)	61(2) с	β⁺, p (0,0029 %)	¹¹⁶Te	5/2(+)
¹¹⁸Xe	54	64	117,916179(11)	3,8(9) мин	β⁺	¹¹⁸I	0+
¹¹⁹Xe	54	65	118,915411(11)	5,8(3) мин	β⁺	¹¹⁹I	5/2(+)
¹²⁰Xe	54	66	119,911784(13)	40(1) мин	β⁺	¹²⁰I	0+
¹²¹Xe	54	67	120,911462(12)	40,1(20) мин	β⁺	¹²¹I	(5/2+)
¹²²Xe	54	68	121,908368(12)	20,1(1) ч	β⁺	¹²²I	0+
¹²³Xe	54	69	122,908482(10)	2,08(2) ч	ЭЗ	¹²³I	1/2+
^123mXe	185,18(22) кэВ			5,49(26) мкс			7/2(−)
¹²⁴Xe	54	70	123,905893(2)	1,8⋅10²² лет^[7]	Двойной ЭЗ	¹²⁴Te	0+	9,52(3)⋅10⁻⁴
¹²⁵Xe	54	71	124,9063955(20)	16,9(2) ч	β⁺	¹²⁵I	1/2(+)
^125m1Xe	252,60(14) кэВ			56,9(9) с	ИП	¹²⁵Xe	9/2(−)
^125m2Xe	295,86(15) кэВ			0,14(3) мкс			7/2(+)
¹²⁶Xe	54	72	125,904274(7)	стабилен^[3]^{[прим. 1]}			0+	8,90(2)⋅10⁻⁴
¹²⁷Xe	54	73	126,905184(4)	36,345(3) сут	ЭЗ	¹²⁷I	1/2+
^127mXe	297,10(8) кэВ			69,2(9) с	ИП	¹²⁷Xe	9/2−
¹²⁸Xe	54	74	127,9035313(15)	стабилен			0+	0,019102(8)
¹²⁹Xe	54	75	128,9047794(8)	стабилен			1/2+	0,264006(82)
^129mXe	236,14(3) кэВ			8,88(2) сут	ИП	¹²⁹Xe	11/2−
¹³⁰Xe	54	76	129,9035080(8)	стабилен			0+	0,040710(13)
¹³¹Xe	54	77	130,9050824(10)	стабилен			3/2+	0,212324(30)
^131mXe	163,930(8) кэВ			11,934(21) сут	ИП	¹³¹Xe	11/2−
¹³²Xe	54	78	131,9041535(10)	стабилен			0+	0,269086(33)
^132mXe	2752,27(17) кэВ			8,39(11) мс	ИП	¹³²Xe	(10+)
¹³³Xe	54	79	132,9059107(26)	5,2475(5) сут	β⁻	¹³³Cs	3/2+
^133mXe	233,221(18) кэВ			2,19(1) сут	ИП	¹³³Xe	11/2−
¹³⁴Xe	54	80	133,9053945(9)	стабилен (>1,1⋅10¹⁶ лет)^[3]^{[прим. 2]}			0+	0,104357(21)
^134m1Xe	1965,5(5) кэВ			290(17) мс	ИП	¹³⁴Xe^[3]	7−
^134m2Xe	3025,2(15) кэВ			5(1) мкс			(10+)
¹³⁵Xe	54	81	134,907227(5)	9,14(2) ч	β⁻	¹³⁵Cs	3/2+
^135mXe	526,551(13) кэВ			15,29(5) мин	ИП (99,99 %)	¹³⁵Xe	11/2−
^135mXe	526,551(13) кэВ			15,29(5) мин	β⁻ (0,004 %)	¹³⁵Cs	11/2−
¹³⁶Xe	54	82	135,907219(8)	2,165⋅10²¹ лет^[8]	β⁻β⁻	¹³⁶Ba	0+	0,088573(44)
^136mXe	1891,703(14) кэВ			2,95(9) мкс			6+
¹³⁷Xe	54	83	136,911562(8)	3,818(13) мин	β⁻	¹³⁷Cs	7/2−
¹³⁸Xe	54	84	137,91395(5)	14,08(8) мин	β⁻	¹³⁸Cs	0+
¹³⁹Xe	54	85	138,918793(22)	39,68(14) с	β⁻	¹³⁹Cs	3/2−
¹⁴⁰Xe	54	86	139,92164(7)	13,60(10) с	β⁻	¹⁴⁰Cs	0+
¹⁴¹Xe	54	87	140,92665(10)	1,73(1) с	β⁻ (99,45 %)	¹⁴¹Cs	5/2(−#)
¹⁴¹Xe	54	87	140,92665(10)	1,73(1) с	β⁻, n (0,043 %)	¹⁴⁰Cs	5/2(−#)
¹⁴²Xe	54	88	141,92971(11)	1,22(2) с	β⁻ (99,59 %)	¹⁴²Cs	0+
¹⁴²Xe	54	88	141,92971(11)	1,22(2) с	β⁻, n (0,41 %)	¹⁴¹Cs	0+
¹⁴³Xe	54	89	142,93511(21)#	0,511(6) с	β⁻	¹⁴³Cs	5/2−
¹⁴⁴Xe	54	90	143,93851(32)#	0,388(7) с	β⁻	¹⁴⁴Cs	0+
¹⁴⁴Xe	54	90	143,93851(32)#	0,388(7) с	β⁻, n	¹⁴³Cs	0+
¹⁴⁵Xe	54	91	144,94407(32)#	188(4) мс	β⁻	¹⁴⁵Cs	(3/2−)#
¹⁴⁶Xe	54	92	145,94775(43)#	146(6) мс	β⁻	¹⁴⁶Cs	0+
¹⁴⁷Xe	54	93	146,95356(43)#	130(80) мс [0,10(+10−5) с]	β⁻	¹⁴⁷Cs	3/2−#
¹⁴⁷Xe	54	93	146,95356(43)#	130(80) мс [0,10(+10−5) с]	β⁻, n	¹⁴⁶Cs	3/2−#

↑ Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в ¹²⁶Te.
↑ Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в ¹³⁴Ba.

Пояснения к таблице

Распространённость изотопов приведена для ксенона в атмосфере Земли. Для других источников значения могут сильно отличаться.

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

Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада.

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.