Изотопы фтора

Изото́пы фто́ра — разновидности химического элемента фтора, имеющие разное количество нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы фтора с массовыми числами от 14 до 31 (количество протонов 9, нейтронов от 5 до 22) и 2 ядерных изомера.

Единственным стабильным изотопом фтора является ¹⁹F, его природная изотопная распространённость равна 100 %^[1]. Таким образом, фтор — моноизотопный элемент. Самым долгоживущим радиоизотопом является ¹⁸F с периодом полураспада 110 минут.

Фтор-18

Скан тела человека после введения фтордезоксиглюкозы

Основная статья: Фтор-18

Изотоп ¹⁸F является источником позитронов. Используется в ядерной медицине в качестве маркера в диагностических фармпрепаратах фтора, таких как фтордезоксиглюкоза (ФДГ), фторид натрия, фторэтил-L-тирозин способом позитронно-эмиссионной томографии.^[2] Изотоп обладает оптимальным периодом полураспада и умеренной энергией излучения для минимизации ущерба пациенту. Короткий период полураспада (110 минут) требует высокой скорости синтеза и доставки препарата пациенту, поэтому ускоритель и фармацевтическая лаборатория строятся в непосредственной близости к медицинскому учреждению.

Активность 3,52⋅10¹⁸ Бк/грамм. ~97 % распадов идет по каналу позитронного распада, ~3 % по каналу захвата электрона. В обоих случаях дочерний изотоп ¹⁸O. При позитронном распаде максимальная энергия позитронов 0,63 МэВ, средняя 0,25 МэВ^[3][4]. При аннигиляции позитрона с электроном образуются два гамма-кванта с энергией 511 кэВ.

¹⁸F синтезируют на ускорителях, облучая мишень ¹⁸O протонами. Химически мишенью обычно является вода (природного изотопного состава или обогащённая по изотопу ¹⁸O). В медицинских учреждениях обычно используют циклотроны, реже линейные ускорители.

В России действует несколько медицинских центров, выполняющих синтез ¹⁸F и диагностику с использованием его препаратов^[2][5][6].

Радиоактивные свойства

Радиоактивные свойства некоторых изотопов фтора представлены в таблице:

Массовое число	Реакция получения[7]	Период полураспада[1]	Тип распада
17	9Be(14N,6He); 14N(14N,11B); 14N(α,n); 16O(d,n); 16O(p,γ), 16O(14N,13C); 19F(γ,2n)	64,49 с	β+
18	9Be(14N,5He); 14N(14N,10B); 16O(α,pn); 18O(p,n); 19F(n,2n); 19F(d,T)	109,771 мин	β+
20	19F(d,p); 19F(n,γ); 23Na(n,α)	11,163 с	β−, γ
21	F(T,p)	4,158 с	β−, γ

Таблица изотопов фтора

Символ нуклида	Z (p)	N (n)	Масса изотопа[8] (а. е. м.)	Период полураспада[9] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[9]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
13F[10]	9	4			p	12O
14F	9	5	14,03432(4)	500(60)⋅10−24 с [910 кэВ]	p	13O	2−
15F	9	6	15,017785(15)	1,1(0,3)⋅10−21 с [1,0(2) МэВ]	p	14O	1/2+
16F	9	7	16,011466(9)	11(6)⋅10−21 с [40(20) кэВ]	p	15O	0−
17F	9	8	17,00209524(27)	64,370(27) с	β+	17O	5/2+
18F	9	9	18,0009373(5)	109,739(9) мин	β+ (96,86 %)	18O	1+
					ЭЗ (3,14 %)	18O
18mF	1121,36(15) кэВ			162(7) нс	ИП	18F	5+
19F	9	10	18,9984031629(9)	стабилен			1/2+	1,0000
20F	9	11	19,99998125(3)	11,163(8) с	β−	20Ne	2+
21F	9	12	20,9999489(19)	4,158(20) с	β−	21Ne	5/2+
22F	9	13	22,002999(13)	4,23(4) с	β− (89 %)	22Ne	(4+)
					β−, n (11 %)	21Ne
23F	9	14	23,00353(4)	2,23(14) с	β− (86 %)	23Ne	5/2+
					β−, n (14 %)	22Ne
24F	9	15	24,00810(10)	384(16) мс	β− (94,1 %)	24Ne	3+
					β−, n (5,9 %)	23Ne
25F	9	16	25,01217(10)	80(9) мс	β− (76,9 %)	25Ne	(5/2+)
					β−, n (23,1 %)	24Ne
26F	9	17	26,02002(12)	8,2(9) мс	β− (86,5 %)	26Ne	1+
					β−, n (13,5 %)	25Ne
26mF	643,4(1) кэВ			2,2(1) мс	ИП (82 %)	26F	(4+)
					β−, n (12 %)	25Ne
					β− (6 %)	26Ne
27F	9	18	27,02732(42)	4,9(2) мс	β−, n (77 %)	26Ne	5/2+#
					β− (23 %)	27Ne
28F	9	19	28,03622(42)	46⋅10−21 с	n	27F
29F	9	20	29,04310(56)	2,5(3) мс	β−, n (60 %)	28Ne	5/2+#
					β− (40 %)	29Ne
31F	9	22	31,06027(59)#	1# мс [>260 нс]	β−	31Ne	5/2+#

Пояснения к таблице

• Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов.

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

• 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.

Литература

• Николаев Н. С., Суворова С. Н., Гурович Е. И., Пека И., Корчемная Е. К.,. Аналитическая химия фтора. — М.: Наука, 1970. — 196 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2750 экз.
• Fowler J. S. and Wolf A. P. (1982) The synthesis of carbon-11, fluorine-18 and nitrogen-13 labeled radiotracers for biomedical applications. Nucl. Sci. Ser. Natl Acad. Sci. Natl Res. Council Monogr. 1982.

Примечания

1. 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.
2. ФГБУ РНЦРХТ, Отделение циклотронных радиофармпрепаратов  (неопр.). Дата обращения: 23 мая 2018. Архивировано из оригинала 24 мая 2018 года.
3. Clinical Applications of Gallium-68  (неопр.). Дата обращения: 22 мая 2019. Архивировано 17 марта 2020 года.
4. Данные по ¹⁸F из Nuclear Data Services (International Atomic Energy Agency) (недоступная ссылка) (англ.)
5. В Москве построят циклотрон для медицинских целей  (неопр.). Дата обращения: 23 мая 2018. Архивировано 24 мая 2018 года.
6. Комплекс по производству РФП  (неопр.). Дата обращения: 23 мая 2018. Архивировано из оригинала 24 мая 2018 года.
7. Николаев Н.С., Суворова С.Н., Гурович Е.И., Пека И., Корчемная Е.К.,. Аналитическая химия фтора. — М.: Наука, 1970. — 196 с. — (Аналитическая химия элементов). — 2750 экз.
8. 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.
9. Данные приведены по Audi G., Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S. The Nubase2016 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2017. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030001-1—030001-138. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001. — Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A.
10. Charity R. J. et al. Observation of the Exotic Isotope ¹³F Located Four Neutrons beyond the Proton Drip Line (англ.) // Physical Review Letters. — 2021. — Vol. 126, iss. 13. — P. 2501. — doi:10.1103/PhysRevLett.126.132501. Архивировано 13 мая 2022 года.