Изотопы тантала

Изотопы тантала — разновидности химического элемента тантала, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы тантала с массовыми числами от 155 до 190 (количество протонов 73, нейтронов от 82 до 117), и более 30 ядерных изомеров.

Природный тантал состоит из смеси стабильного изотопа и стабильного изомера:

• ^180mTa (изотопная распространенность 0,012 %)
• ¹⁸¹Ta (изотопная распространенность 99,988 %)

Самым долгоживущим из искусственных изотопов является ¹⁷⁹Ta с периодом полураспада 1,82 года.

180mTa

^180mTa — единственный стабильный (в пределах чувствительности современных методик) изомер. В отличие от радио- или космогенных короткоживущих радионуклидов, он существует в земной коре с момента её формирования, встречаясь в естественном тантале в соотношении 1 к 8300. Хотя ^180mTa теоретически может распадаться как минимум тремя путями (изомерный переход, бета-минус-распад, электронный захват), ни один из них экспериментально не был обнаружен; нижнее ограничение на его период полураспада — 4,5⋅10¹⁶ лет^[1]. В то же время основное состояние ¹⁸⁰Ta бета-активно с периодом полураспада 8,154(6) часа^[1]. Спин и чётность основного состояния равны 1⁺, изомера — 9^−[1]. Ввиду высокой разности спинов состояний и близости их энергий (изомерный уровень лежит выше основного состояния на 75,3(14) кэВ^[1]) изомерный переход чрезвычайно сильно подавлен. Ожидается, что ^180mTa, как и любой другой ядерный изомер, может быть искусственно переведен в основное состояние посредством вынужденного излучения, при облучении гамма-квантами с энергией, в точности равной разности энергий возбуждённого и основного состояний.

Таблица изотопов тантала

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа[2] (а. е. м.)	Период полураспада[1] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[1]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
155Ta	73	82	154,97459(54)#	13(4) мкс [12(+4−3) мкс]			(11/2−)
156Ta	73	83	155,97230(43)#	144(24) мс	β+ (95,8%)	156Hf	(2−)
					p (4,2%)	155Hf
156mTa	102(7) кэВ			0,36(4) с	p	155Hf	9+
157Ta	73	84	156,96819(22)	10,1(4) мс	α (91%)	153Lu	1/2+
					β+ (9%)	157Hf
157m1Ta	22(5) кэВ			4,3(1) мс			11/2−
157m2Ta	1593(9) кэВ			1,7(1) мс	α	153Lu	(25/2−)
158Ta	73	85	157,96670(22)#	49(8) мс	α (96%)	154Lu	(2−)
					β+ (4%)	158Hf
158mTa	141(9) кэВ			36,0(8) мс	α (93%)	154Lu	(9+)
					ИП	158Ta
					β+	158Hf
159Ta	73	86	158,963018(22)	1,04(9) с	β+ (66%)	159Hf	(1/2+)
					α (34%)	155Lu
159mTa	64(5) кэВ			514(9) мс	α (56%)	155Lu	(11/2−)
					β+ (44%)	159Hf
160Ta	73	87	159,96149(10)	1,70(20) с	α	156Lu	(2#)−
					β+	160Hf
160mTa	310(90)# кэВ			1,55(4) с	β+ (66%)	160Hf	(9)+
					α (34%)	156Lu
161Ta	73	88	160,95842(6)#	3# с	β+ (95%)	161Hf	1/2+#
					α (5%)	157Lu
161mTa	50(50)# кэВ			2,89(12) с			11/2−#
162Ta	73	89	161,95729(6)	3,57(12) с	β+ (99,92%)	162Hf	3+#
					α (0,073%)	158Lu
163Ta	73	90	162,95433(4)	10,6(18) с	β+ (99,8%)	163Hf	1/2+#
					α (0,2%)	159Lu
164Ta	73	91	163,95353(3)	14,2(3) с	β+	164Hf	(3+)
165Ta	73	92	164,950773(19)	31,0(15) с	β+	165Hf	5/2−#
165mTa	60(30) кэВ						9/2−#
166Ta	73	93	165,95051(3)	34,4(5) с	β+	166Hf	(2)+
167Ta	73	94	166,94809(3)	1,33(7) мин	β+	167Hf	(3/2+)
168Ta	73	95	167,94805(3)	2,0(1) мин	β+	168Hf	(2−,3+)
169Ta	73	96	168,94601(3)	4,9(4) мин	β+	169Hf	(5/2+)
170Ta	73	97	169,94618(3)	6,76(6) мин	β+	170Hf	(3)(+#)
171Ta	73	98	170,94448(3)	23,3(3) мин	β+	171Hf	(5/2−)
172Ta	73	99	171,94490(3)	36,8(3) мин	β+	172Hf	(3+)
173Ta	73	100	172,94375(3)	3,14(13) ч	β+	173Hf	5/2−
174Ta	73	101	173,94445(3)	1,14(8) ч	β+	174Hf	3+
175Ta	73	102	174,94374(3)	10,5(2) ч	β+	175Hf	7/2+
176Ta	73	103	175,94486(3)	8,09(5) ч	β+	176Hf	(1)−
176m1Ta	103,0(10) кэВ			1,1(1) мс	ИП	176Ta	(+)
176m2Ta	1372,6(11)+X кэВ			3,8(4) мкс			(14−)
176m3Ta	2820(50) кэВ			0,97(7) мс			(20−)
177Ta	73	104	176,944472(4)	56,56(6) ч	β+	177Hf	7/2+
177m1Ta	73,36(15) кэВ			410(7) нс			9/2−
177m2Ta	186,15(6) кэВ			3,62(10) мкс			5/2−
177m3Ta	1355,01(19) кэВ			5,31(25) мкс			21/2−
177m4Ta	4656,3(5) кэВ			133(4) мкс			49/2−
178Ta	73	105	177,945778(16)	9,31(3) мин	β+	178Hf	1+
178m1Ta	100(50)# кэВ			2,36(8) ч	β+	178Hf	(7)−
178m2Ta	1570(50)# кэВ			59(3) мс			(15−)
178m3Ta	3000(50)# кэВ			290(12) мс			(21−)
179Ta	73	106	178,9459295(23)	1,82(3) лет	ЭЗ	179Hf	7/2+
179m1Ta	30,7(1) кэВ			1,42(8) мкс			(9/2)−
179m2Ta	520,23(18) кэВ			335(45) нс			(1/2)+
179m3Ta	1252,61(23) кэВ			322(16) нс			(21/2−)
179m4Ta	1317,3(4) кэВ			9,0(2) мс	ИП	179Ta	(25/2+)
179m5Ta	1327,9(4) кэВ			1,6(4) мкс			(23/2−)
179m6Ta	2639,3(5) кэВ			54,1(17) мс			(37/2+)
180Ta	73	107	179,9474648(24)	8,154(6) ч	ЭЗ (86%)	180Hf	1+
					β− (14%)	180W
180m1Ta	75,3(14) кэВ			стабилен (>4,5⋅1016 лет)[1][прим. 1]			9−	1,2(2)⋅10−4
180m2Ta	1452,40(18) кэВ			31,2(14) мкс			15−
180m3Ta	3679,0(11) кэВ			2,0(5) мкс			(22−)
180m4Ta	4171,0+X кэВ			17(5) мкс			(23 24 25)
181Ta	73	108	180,9479958(20)	стабилен			7/2+	0,99988(2)
181m1Ta	6,238(20) кэВ			6,05(12) мкс			9/2−
181m2Ta	615,21(3) кэВ			18(1) мкс			1/2+
181m3Ta	1485(3) кэВ			25(2) мкс			21/2−
181m4Ta	2230(3) кэВ			210(20) мкс			29/2−
182Ta	73	109	181,9501518(19)	114,43(3) сут	β−	182W	3−
182m1Ta	16,263(3) кэВ			283(3) мс	ИП	182Ta	5+
182m2Ta	519,572(18) кэВ			15,84(10) мин			10−
183Ta	73	110	182,9513726(19)	5,1(1) сут	β−	183W	7/2+
183mTa	73,174(12) кэВ			107(11) нс			9/2−
184Ta	73	111	183,954008(28)	8,7(1) ч	β−	184W	(5−)
185Ta	73	112	184,955559(15)	49,4(15) мин	β−	185W	(7/2+)#
185mTa	1308(29) кэВ			>1 мс			(21/2−)
186Ta	73	113	185,95855(6)	10,5(3) мин	β−	186W	(2−,3−)
186mTa				1,54(5) мин
187Ta	73	114	186,96053(21)#	2# мин [>300 нс]	β−	187W	7/2+#
188Ta	73	115	187,96370(21)#	20# с [>300 нс]	β−	188W
189Ta	73	116	188,96583(32)#	3# с [>300 нс]			7/2+#
190Ta	73	117	189,96923(43)#	0,3# с

1. Единственный изомер, распад которого никогда не был экспериментально обнаружен. Теоретически может претерпевать изомерный переход в ¹⁸⁰Ta, β⁻ распад в ¹⁸⁰W или электронный захват в ¹⁸⁰Hf.

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. Данные приведены по Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.
2. 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.