Изотопы галлия

Изотопы галлия — разновидности химического элемента галлия, отличающиеся разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы галлия с массовыми числами от 56 до 86 (количество протонов 31, нейтронов от 25 до 55) и 3 ядерных изомеров.

Природный галлий представляет собой смесь двух стабильных изотопов:

• ⁶⁹Ga (изотопная распространённость 60,11 %)
• ⁷¹Ga (изотопная распространённость 39,89 %).

Самым долгоживущим радиоизотопом галлия является ⁶⁷Ga с периодом полураспада 78 часов.

Галлий-68

См. также Gallium scan^[англ.]

Изотоп ⁶⁸Ga является источником позитронов. Используется в ядерной диагностической медицине методом позитронно-эмиссионной томографии^[1]. ⁶⁸Ga был одним из первых радиофармацевтических маркеров. Первые эксперименты датируются 1963 годом^[1]. Однако несовершенство методов получения изотопа затормозило его распространение в пользу фтора-18 и технеция-99m. В начале XXI века генераторы были усовершенствованы и ⁶⁸Ga начал набирать популярность. Препараты: Gallium Ga 68 dotatate.

Период полураспада ⁶⁸Ga 68 минут, каналы распада — позитронный распад (вероятность 87 %) и электронный захват (вероятность 13 %), дочерний изотоп стабильный цинк-68. Максимальная энергия позитрона 1,92 МэВ, средняя 0,89 МэВ^[1]. При аннигиляции остановившегося позитрона с электроном образуются два гамма-кванта с энергией 511 кэВ.

Короткий период полураспада (68 минут) требует получения изотопа на месте применения. Для этого разработаны специальные изотопные генераторы галлия-68^[англ.]. Генератор содержит ампулу с препаратом изотопа германия-68, продуктом распада которого является ⁶⁸Ga. По мере накопления продукта распада через ампулу прокачивают сорбирующий раствор, который селективно растворяет только химическое соединение образовавшегося галлия, а нерастворимое соединение германия остается в ампуле. Значительный период полураспада германия-68 (271 день) делает удобной логистику таких генераторов.

В России генераторы ⁶⁸Ga выпускают в Обнинске^[2][3].

Галлий-67

См. также Gallium scan^[англ.]

Источник гамма-излучения. Используется в ядерной диагностической медицине методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Химия и фармакология аналогичны галлию-68.

Период полураспада 78 часов, канал распада — электронный захват (вероятность 100 %), дочерний изотоп стабильный цинк-67^[4]. В спектре излучения — рентген 8,7 кэВ, гамма-линии 93, 184 и 300 кэВ.

В России синтез ведется в Обнинске путем облучения цинковых мишеней протонами в ускорителе по реакциям^[4]

⁶⁷Zn(p,n)⁶⁷Ga,

⁶⁸Zn(p,2n)⁶⁷Ga.

Таблица изотопов галлия

Символ нуклида	Z (p)	N (n)	Масса изотопа[5] (а. е. м.)	Период полураспада[6] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
56Ga	31	25	55,99491(28)#		p	55Zn	3+#
57Ga	31	26	56,98293(28)#		p	56Zn	1/2−#
58Ga	31	27	57,97425(23)#		p	57Zn	2+#
59Ga	31	28	58,96337(18)#		p	58Zn	3/2−#
60Ga	31	29	59,95706(12)#	70(10) мс	β+	60Zn	(2+)
61Ga	31	30	60,94945(6)	168(3) мс	β+	61Zn	3/2−
62Ga	31	31	61,944175(30)	116,18(4) мс	β+	62Zn	0+
63Ga	31	32	62,9392942(14)	32,4(5) с	β+	63Zn	(3/2−)
64Ga	31	33	63,9368387(22)	2,627(12) мин	β+	64Zn	0(+#)
64mGa	42,85(8) кэВ			21,9(7) мкс			2+
65Ga	31	34	64,9327348(9)	15,2(2) мин	β+	65Zn	3/2−
66Ga	31	35	65,931589(3)	9,49(7) ч	β+	66Zn	0+
67Ga	31	36	66,9282017(14)	3,2612(6) сут	ЭЗ	67Zn	3/2−
68Ga	31	37	67,9279801(16)	67,71(9) мин	β+	68Zn	1+
69Ga	31	38	68,9255736(13)	стабилен			3/2−	0,60108(9)
70Ga	31	39	69,9260220(13)	21,14(3) мин	β− (99,59 %)	70Ge	1+
					ЭЗ (0,41 %)	70Zn
71Ga	31	40	70,9247013(11)	стабилен			3/2−	0,39892(9)
72Ga	31	41	71,9263663(11)	14,095(3) ч	β−	72Ge	3-
72mGa	119,66(5) кэВ			39,68(13) мс	ИП	72Ga	(0+)
73Ga	31	42	72,9251747(18)	4,86(3) ч	β−	73Ge	3/2−
74Ga	31	43	73,926946(4)	8,12(12) мин	β−	74Ge	(3-)
74mGa	59,571(14) кэВ			9,5(10) с			(0)
75Ga	31	44	74,9265002(26)	126(2) с	β−	75Ge	(3/2)−
76Ga	31	45	75,9288276(21)	32,6(6) с	β−	76Ge	(2+,3+)
77Ga	31	46	76,9291543(26)	13,2(2) с	β−	77Ge	(3/2−)
78Ga	31	47	77,9316082(26)	5,09(5) с	β−	78Ge	(3+)
79Ga	31	48	78,93289(11)	2,847(3) с	β− (99,911 %)	79mGe	(3/2−)#
					β−, n (0,089 %)	78Ge
80Ga	31	49	79,93652(13)	1,697(11) с	β− (99,11 %)	80Ge	(3)
					β−, n (0,89 %)	79Ge
81Ga	31	50	80,93775(21)	1,217(5) с	β− (88,11 %)	81mGe	(5/2−)
					β−, n (11,89 %)	80Ge
82Ga	31	51	81,94299(32)#	0,599(2) с	β− (78,5 %)	82Ge	(123)
					β−, n (21,5 %)	81Ge
83Ga	31	52	82,94698(32)#	308(1) мс	β− (60 %)	83Ge	3/2−#
					β−, n (40 %)	82Ge
84Ga	31	53	83,95265(43)#	0,085(10) с	β−, n (70 %)	83Ge
					β− (30 %)	84Ge
85Ga	31	54	84,95700(54)#	50# мс [>300 нс]			3/2−#
86Ga	31	55	85,96312(86)#	30# мс [>300 нс]

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.

Примечания

1. Clinical Applications of Gallium-68  (неопр.). Дата обращения: 22 мая 2019. Архивировано 17 марта 2020 года.
2. Генератор Галлия-68  (неопр.). Дата обращения: 22 мая 2019. Архивировано 23 мая 2019 года.
3. АО "В/О «Изотоп»  (неопр.). Дата обращения: 22 мая 2019. Архивировано 23 мая 2019 года.
4. Галлий-67  (неопр.). Дата обращения: 23 мая 2019. Архивировано 3 июня 2019 года.
5. Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
6. Данные приведены по Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — Bibcode: 2003NuPhA.729....3A.