鉛の同位体

鉛の同位体のうち、204Pb、206Pb、207Pb、208Pbの4種類は、一般に安定同位体とされている。長い間安定核種と信じられてきた209Biは、実は安定核種でなかったことが確認されたため、鉛は安定同位体を持つ既知の元素の中では最も重いとされるようになり、208Pbが最も重い安定核種とされている。しかし、ビスマスと同様に、実は鉛も安定核種を1つも持っていないのではないかという可能性が示唆されている。

1. 地球上に現存する鉛の同位体
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現在の地球上に存在する鉛の同位体の多くは、一般に安定同位体とされている、204Pb、206Pb、207Pb、208Pbの4種類である。ただし、地球には長い半減期を持つウランやトリウムが現存していて、それらの崩壊の過程で幾つかの鉛の同位体が生成されるため、ごく微量ながらこれ以外の同位体も存在している。まず、238Uを親核種とするウラン系列によって、半減期26分強の214Pb、半減期22年強の210Pbが生成され続けている。また、235Uを親核種とするアクチニウム系列によって、半減期36分強の211Pbが生成され続けている。なお、このアクチニウム系列によって生成され続けている223Raは、クラスタ崩壊を起こして209Pbとなることがあるので、半減期3時間強の209Pbも生成され続けている。さらに、232Thを親核種とするトリウム系列によって、半減期10時間強の212Pbが生成され続けている。これらのために、238U、235U、232Thが残っている限り、209Pb、210Pb、211Pb、212Pb、214Pbの5種類の放射性同位体も無くならない。なお、ウラン系列、アクチニウム系列、トリウム系列が存在するため、地球上のおける鉛の同位体の存在比率は変化し続けている。したがって標準原子量も不変ではないが、現在の鉛の標準原子量は207.2uである。

2. 鉛の同位体の別名
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鉛の同位体のうち、アクチニウム系列、ウラン系列、トリウム系列に属する同位体は以下の別名でも知られている。

//ラジウムB//  - 214Pbの別名。 ウラン系列に属している。
//ラジウムD//  - 210Pbの別名。 ウラン系列に属している。
//ラジウムG//  - 206Pbの別名。 一般に206Pbは、238Uからのウラン系列の最終生成物とされている。
//アクチニウムB//  - 211Pbの別名。 アクチニウム系列に属している。
//アクチニウムD//  - 207Pbの別名。 一般に207Pbは、235Uからのアクチニウム系列の最終生成物とされている。
//トリウムB//  - 212Pbの別名。 トリウム系列に属している。
//トリウムD//  - 208Pbの別名。 一般に208Pbは、232Thからのトリウム系列の最終生成物とされている。

3. 鉛に安定同位体が1つも存在しない可能性
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鉛よりも1つ陽子の数が多いビスマスの同位体のうち209Biは、長い間安定核種だと考えられていたものの、実際には半減期1.9×1019年の長い寿命を持つ放射性核種であったことが確認され、これによってビスマスは1つも安定核種を持たない元素であることが明らかとなった。それと同様に、まだ一般には安定核種であると説明されることの多い、204Pb、206Pb、207Pb、208Pbの4つも、実は全て長い寿命を持った放射性核種ではないかという可能性が指摘されている。まず、204Pbは、1.4×1017年以上の半減期を持った放射性核種だと見られていて、α崩壊を起こして200Hgになって安定すると考えられてきている。さらに、206Pbは、実はウラン系列の最終生成物ではなく、あくまでウラン系列に属する途中の生成物であって、実際はα崩壊して202Hgになって初めて安定するのではないかとの指摘がある。同様に、207Pbはアクチニウム系列の最終生成物ではなく、あくまでアクチニウム系列に属する途中の生成物であって、実際はα崩壊して半減期約46日強の203Hgとなり、これがβ崩壊して203Tlとなって初めて安定するのではないかとの指摘がある。同じく、208Pbはトリウム系列の最終生成物ではなく、あくまでトリウム系列に属する途中の生成物であって、実際は2×1019年以上の半減期を持った放射性核種だと見られていて、これはα崩壊して204Hgになって初めて安定すると考えられてきている。これらが全て正しいとすると、実は鉛も1つも安定同位体を持たない元素だということになり、既知の元素の中で最も陽子の数の多い安定な元素の座を譲ることとなる。ここまでの内容については、今後の研究が待たれる部分である。

なお、この他の鉛の同位体は一般にも全て放射性同位体であると認識されている。比較的半減期の長い核種としては、次のような核種がある。

205Pb - 半減期約1510万年。電子捕獲によって205Tlに変化して安定する。
202Pb - 半減期約52500年。主に電子捕獲によって202Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。ただし、1％程度はα崩壊によって198Hgに変化して安定する。
210Pb - 半減期約22.6年。主にβ崩壊によって210Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。ただし、ごくごく一部はα崩壊によって206Hgに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
203Pb - 半減期約51.87時間。電子捕獲によって203Tlに変化して安定する。
200Pb - 半減期約21.5時間。陽電子を放出して200Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
212Pb - 半減期約10.64時間。β崩壊によって212Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
201Pb - 半減期約9.33時間。陽電子を放出して201Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
209Pb - 半減期約3.25時間。β崩壊によって209Biに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
198Pb - 半減期約2.4時間。陽電子を放出して198Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。
199Pb - 半減期約90分で、陽電子を放出して199Tlに変化し、さらに崩壊を続けてゆく。残りの核種は全て半減期が1時間以内である。

4. 一覧
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5. 参考文献
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Isotope masses from [1] by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in //Nuclear Physics// A729 .
Isotopic compositions and standard atomic masses from [2]. //Pure Appl. Chem.// Vol. 75, No. 6, pp. 683-800,  and [3].
Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. [4], Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 .
National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the [5] .
David R. Lide , Norman E. Holden in //CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition//, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida . Section 11, Table of the Isotopes.