ストロンチウムの同位体

ストロンチウム（Sr）の同位体のうち天然に存在するものは、⁸⁴Sr（0.56%）、⁸⁶Sr（9.86%）、⁸⁷Sr（7.0%）、⁸⁸Sr（82.58%）の4種類がある。標準原子量は87.62(1) uである。

このうち⁸⁷Srは、天然放射性同位体である半減期4.88×10¹⁰年の⁸⁷Rbの崩壊により生成する場合と、⁸⁴Sr、⁸⁶Sr、⁸⁸Srとともに宇宙の元素合成の際にできたものと2つの起源がある。そのため、⁸⁷Sr/⁸⁶Srの比は、地質学の論文ではしばしば報告されるパラメータであり、鉱物や岩石での値はおおよそ0.7から4.0以上をとる。ストロンチウムはカルシウムと似た電子配置であるため、鉱物の中でカルシウムの代わりに入ることがある。

概要

ストロンチウムには16種類の不安定同位体が存在することが知られている。その中で最も重要なのは半減期が28.78年の⁹⁰Srである。核分裂反応の副産物として核爆発の放射性降下物の中に見られるが、ストロンチウムは揮発性化合物をつくり難い^[1]ため、通常運転中の原子炉からの排気中には含まれないとされている。カルシウムの代わりに骨に蓄積されて健康被害を引き起こす。⁹⁰Srは電子と反ニュートリノを放出しながらベータ崩壊し、⁹⁰Yとなる。

${\displaystyle {\ce {{}_{38}^{90}Sr\ \to \ {}_{39}^{90}Y+{{\mathit {e}}^{-}}+{\bar {\nu }}_{e}}}}$

1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故では、広範囲が⁹⁰Srに汚染された。 ⁹⁰Srは高エネルギーの電子を放出する同位体の中で最も寿命が長いものの一つであることから、原子力補助動力装置(SNAP)に使われている。この装置は、軽量、長寿命という特徴を持つことから、宇宙船や遠隔気象ステーション等に使われることになっている。

分析方法

放射性ストロンチウムの量を測定するためには、純粋なストロンチウムを精製抽出し崩壊で生成されるイットリウム (Y) から発せられるベータ線を測定する必要がある。処理の概要は、放射性の⁹⁰Srを含む安定体のストロンチウムとともにイオン交換樹脂吸着法や強酸水溶液による酸抽出及びシュウ酸塩法などの処理により、他のアルカリ土類元素（Ca、Ba、Ra）と分離する。その後、放射平衡が成立するまで一定期間 (約2週間程度) 放置して娘核種であるイットリウム (Y) の放射性同位体 (⁹⁰Y) を生成させ、これをSrから分離し、⁹⁰Yからのエネルギー2.26 MeVのベータ線を高感度な2πガスフロー型比例計数器を使用し計測する。⁹⁰Yは半減期64.2時間であることから⁹⁰Yが減衰するまで複数回の計測を行うことで⁹⁰Srの量を決定することが出来る。また、同時に分析を行った試料のSr回収率を別途求めておく必要もある^[2]。

体内被曝

ストロンチウムはカルシウムと化学的性質が類似するため、動物体内では摂取されると一部は排泄されるものの大部分が骨に取り込まれて体内で⁹⁰Srおよびその娘核種の⁹⁰Yがβ線を放出し続ける^[3]。崩壊時にγ線は殆ど放出しないが、⁹⁰Yの崩壊においては極一部、⁹⁰Zrの励起状態の核種である1.761 MeV順位（スピン0⁺, 0.01%）および2.186 MeV順位（スピン2⁺, 1.4×10^-6%）への崩壊に進む^[4]。また半減期が比較的長いため放射線を長期間に亘って出し続けることになる。特に内部被曝による骨腫瘍の危険性がある^[5]。

アルギン酸と強く結合するため、アルギン酸の摂食により人体への吸収の抑制が可能である^[6]。

一覧

同位体核種	Z(p)	N(n)	同位体質量 (u)	半減期	核スピン数	天然存在比	天然存在比 (範囲)
	励起エネルギー
73Sr	38	35	72.96597(64)#	>25 ms	1/2-#
74Sr	38	36	73.95631(54)#	50# ms [>1.5 µs]	0+
75Sr	38	37	74.94995(24)	88(3) ms	(3/2-)
76Sr	38	38	75.94177(4)	7.89(7) s	0+
77Sr	38	39	76.937945(10)	9.0(2) s	5/2+
78Sr	38	40	77.932180(8)	159(8) s	0+
79Sr	38	41	78.929708(9)	2.25(10) min	3/2(-)
80Sr	38	42	79.924521(7)	106.3(15) min	0+
81Sr	38	43	80.923212(7)	22.3(4) min	1/2-
82Sr	38	44	81.918402(6)	25.36(3) d	0+
83Sr	38	45	82.917557(11)	32.41(3) h	7/2+
83mSr	259.15(9) keV			4.95(12) s	1/2-
84Sr	38	46	83.913425(3)	STABLE	0+	0.0056(1)	0.0055-0.0058
85Sr	38	47	84.912933(3)	64.853(8) d	9/2+
85mSr	238.66(6) keV			67.63(4) min	1/2-
86Sr	38	48	85.9092602(12)	STABLE	0+	0.0986(1)	0.0975-0.0999
86mSr	2955.68(21) keV			455(7) ns	8+
87Sr	38	49	86.9088771(12)	STABLE	9/2+	0.0700(1)	0.0694-0.0714
87mSr	388.533(3) keV			2.815(12) h	1/2-
88Sr	38	50	87.9056121(12)	STABLE	0+	0.8258(1)	0.8229-0.8275
89Sr	38	51	88.9074507(12)	50.57(3) d	5/2+
90Sr	38	52	89.907738(3)	28.90(3) a	0+
91Sr	38	53	90.910203(5)	9.63(5) h	5/2+
92Sr	38	54	91.911038(4)	2.66(4) h	0+
93Sr	38	55	92.914026(8)	7.423(24) min	5/2+
94Sr	38	56	93.915361(8)	75.3(2) s	0+
95Sr	38	57	94.919359(8)	23.90(14) s	1/2+
96Sr	38	58	95.921697(29)	1.07(1) s	0+
97Sr	38	59	96.926153(21)	429(5) ms	1/2+
97m1Sr	308.13(11) keV			170(10) ns	(7/2)+
97m2Sr	830.8(2) keV			255(10) ns	(11/2-)#
98Sr	38	60	97.928453(28)	0.653(2) s	0+
99Sr	38	61	98.93324(9)	0.269(1) s	3/2+
100Sr	38	62	99.93535(14)	202(3) ms	0+
101Sr	38	63	100.94052(13)	118(3) ms	(5/2-)
102Sr	38	64	101.94302(12)	69(6) ms	0+
103Sr	38	65	102.94895(54)#	50# ms [>300 ns]
104Sr	38	66	103.95233(75)#	30# ms [>300 ns]	0+
105Sr	38	67	104.95858(75)#	20# ms [>300 ns]

参考文献

• Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
• Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.

脚注・参照

1. ストロンチウム90原子力資料情報室（CNIC）
2. ストロンチウムの放射化学分析と測定 (09-04-03-26)原子力百科事典
3. 放射能ミニ知識 ストロンチウム-90
4. 山田勝美 『原子核はなぜ壊れるか』 丸善、1989年
5. 原澤進『ラジオアイソトープ 基礎原子力講座3』コロナ社、1979年
6. 西出英一:海藻多糖類 調理科学 Vol.21 (1988) No.3 p.154-158