氧的同位素

氧（原子量：15.9994）共有18個已知同位素，質量數介於11-28之間，其中有3個是穩定的，分別是¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，其中以¹⁶O占天然氧的絕大部分，豐度為99.76%。在氧的放射性同位素當中，¹⁵O半衰期最長，達122.266秒；而原子核滴線外的¹¹O半衰期最短，只有1.98×10^-22秒，但目前仍未測量同處原子核滴線外的²⁷O和²⁸O的半衰期。^[2]

主要的氧同位素

同位素 衰變 豐度 半衰期 (t1/2) 方式 能量 （MeV） 產物 15O 痕量 122.266 秒 β+ 1.732 15N 16O 99.757% 穩定，帶8粒中子 17O 0.038% 穩定，帶9粒中子 18O 0.205% 穩定，帶10粒中子
標準原子質量（英語：Standard atomic weight） (Ar, 標準)	[7001159990300000000♠15.99903, 7001159997700000000♠15.99977][1] 傳統: 15.999
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圖表

符號	Z	N	同位素質量（u） [n 1]	半衰期 [n 1]	衰變 方式[3]	衰變 產物 [n 2]	原子核 自旋[n 3]	相對豐度 （莫耳分率）[n 1]	相對豐度 的變化量 （莫耳分率）
11O[4]	8	3	11.05125(6)	6978198000000000000♠1.98(22)×10−22 s [6987370102768497000♠2.31±0.14 MeV]	2p	9C	(3/2−)
12O	8	4	12.034405(20)	580(30)×10−24 s [0.40(25) MeV]	2p (60.0%)	10C	0+
					p (40.0%)	11N
13O	8	5	13.024812(10)	8.58(5) ms	β+ (89.1%)	13 N	(3/2−)
					β+, p (10.9%)	12 C
14O	8	6	14.00859625(12)	70.598(18) s	β+	14 N	0+
15O	8	7	15.0030656(5)	122.24(16) s	β+	15N	1/2−
16O[n 4]	8	8	15.994914619257(319)	穩定			0+	0.99757(16)	0.99738–0.99776
17O[n 5]	8	9	16.999131755953(692)	穩定			5/2+	3.8(1)×10−4	3.7×10−4–4.0×10−4
18 O [n 4][n 6]	8	10	17.999159612136(690)	穩定			0+	2.05(14)×10−3	1.88×10−3–2.22×10−3
19O	8	11	19.003580(3)	26.464(9) s	β−	19F	5/2+
20O	8	12	20.0040767(12)	13.51(5) s	β−	20F	0+
21O	8	13	21.008656(13)	3.42(10) s	β−	21F	(5/2+)
22O	8	14	22.00997(6)	2.25(15) s	β− (78.0%)	22F	0+
					β−, n (22.0%)	21F
23O	8	15	23.01569(13)	82(37) ms	β−, n (57.99%)	22F	1/2+
					β− (42.0%)	23F
24O	8	16	24.02047(25)	77.4(45) ms	β−, n (57.99%)	23F	0+
					β− (42.01%)	24F
25O	8	17	7001250293400000000♠25.02934(18)	6979517999999999999♠5.18(35) zs	n	24O	3/2+#
26O	8	18	7001260372100000000♠26.03721(18)	6988420000000000000♠4.2(3.3) ps	2n	24O	0+
27O[2]	8	19			3n	24O
28O[2]	8	20			4n	24O	0+

1. 用括號括起來的數據代表不確定性。
2. 穩定的衰變產物以粗體表示。
3. 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
4. ¹⁶O和¹⁸O之間的比例用於測量δ¹⁸O
5. 可用於代謝途徑的NMR研究
6. 可用於研究某些代謝途徑

穩定同位素

在大質量恆星的老年期，¹⁶O於氧殼合成，¹⁷O於氫殼合成，¹⁸O於氦殼合成。

參見：核合成

氧的3種穩定同位素是¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O，其中¹⁶O最多，豐度為99.762 %^[5]。

¹⁶O的豐度最大可以由恆星演化論解釋。大爆炸產生宇宙時僅形成了氫和氦元素，其他元素都是透過後來的恆星中進行的核融合反應合成的^[6]。在恆星內，質子-質子鏈反應與碳氮氧循環首先進行，「燃燒」氫產生氦。隨著燒氫的進行，核在自身重力下收縮，中心溫度上昇，當溫度超過約1億K時，「燃燒」氦的3氦過程開始，由此產生¹²C，然後又與氦（⁴He）原子核反應生成¹⁶O。大部分的¹⁶O由此產生。

¹⁷O的豐度為0.037%，¹⁸O為0.204%，是微量的穩定同位素。¹⁷O主要是在恆星的碳氮氧循環中，氫燃燒產生氦時合成的^[6]。而¹⁸O是¹⁴N捕獲⁴He合成的（¹⁴N由碳氮氧循環產生）。因此，¹⁷O主要於恆星的氫殼富集，¹⁸O主要於恆星的氦殼富集。^[6]

放射性同位素

氧有十三種放射性同位素已獲得表徵，其中最穩定的是半衰期122.24秒的¹⁵O和半衰期70.606秒的¹⁴O。^[5]剩下的放射性同位素的半衰期都小於27秒，大部分甚至小於0.1秒。^[5]半衰期77.4毫秒的²⁴O和²⁸Ne都被用於研究中子星表面的核反應。^[7]對於輕於穩定同位素的氧同位素，它們最常見的衰變模式是β⁺衰變成氮，^[8][9][10]而較重的同位素則透過β⁻衰變衰變成氟。

氧-15

氧-15是氧的放射性同位素，常以氧-15水（英語：15O-water）的形式用於正電子斷層掃描（PET）的心肌灌注成像（英語：Myocardial perfusion imaging）和腦成像。^[11][12]它有8個質子和7個中子，原子量為15.0030654 amu，半衰期122.24秒。^[13]氧-15可以由在回旋加速器中用氘轟擊氮-14而成。^[14]

氧-15和氮-13分別由γ射線把大氣中的氧-16和氮-14的一個中子轟掉而成：^[15]

¹⁶O + γ → ¹⁵O + n

¹⁴N + γ → ¹³N + n

氧-15會以約兩分鐘的半衰期衰變成氮-15，並放出一個正電子。這個正電子迅速和一個電子湮滅，並產生兩個能量約為511 keV的γ射線。這些低能量的γ射線只能在空氣中移動90米。它和來自氮-13的正電子產生的γ射線一樣只能在一分鐘內左右檢測到，因為¹⁵O和¹³N的「雲」會隨風飄散。^[16]

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參考文獻

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  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
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