ネオジムの同位体

本稿では、ネオジム(Nd)の同位体について解説する。

 概要 
ネオジムの同位体のうち、安定同位体（安定核種）は142Ndであり、現在の地球における天然存在比も約27％と、ネオジムの同位体の中で142Ndが最も多い。この他、143Nd、145Nd、146Nd、148Ndも一般には安定同位体とされていて、これらも現在の地球で天然に存在している。したがって、一般的にはネオジムには142Ndも含めて5種類の安定核種があるとされている。しかし、142Nd以外の4核種は、実は放射性核種である可能性が示唆されている（後述）。

142Ndよりも軽い同位体は電子捕獲や陽電子崩壊を起こして、プラセオジムに変化することが一般的である。それらのうち、141Ndは141Prとなって安定するものの、さらに軽い140Ndなどはプラセオジムの同位体を経てさらに崩壊してゆく。また、131Nd、129Nd、128Nd、127Ndのような非常に軽い同位体は、まれに陽電子崩壊と共に陽子も1つ同時に放出してセリウムの同位体に変化する場合もあることが報告されている。これに対して、150Ndよりも重い同位体については、一般的にβ崩壊を起こしてプロメチウムの同位体に変化し、さらに崩壊する。なお、143Ndから150Ndまでについては後述する。

 地球上に現存するネオジムの同位体 
現在の地球で天然に存在しているネオジムの同位体は、安定同位体の142Ndと、一般的に安定同位体として扱われる、143Nd、145Nd、146Nd、148Ndの4種と、非常に長い半減期（寿命）を持つことが知られていた放射性同位体の144Nd、150Ndの2種の、合わせて7種類である。このため、長い目で見ると放射性同位体の存在度は減るので標準原子量も変化する。現在のネオジムの標準原子量は144.242uである。

なお、143Nd、144Nd、145Nd、146Nd、147Nd、148Nd、149Nd、150Ndの8つの同位体は、核分裂生成物として知られていて、これらの同位体も原子力発電所などで生成されている。

 長寿命放射性同位体 
ネオジムは、従来142Nd、143Nd、145Nd、146Nd、148Ndの5種類が安定核種とされてきたが、142Nd以外は安定核種ではなく長寿命放射性核種である可能性が指摘されている。143Ndは、139Ceへとα崩壊する可能性が指摘されており、145Ndも6×1016年以上の半減期で141Ceへとα崩壊する放射性核種だと見られている。そして、146Ndも、α崩壊を起こして142Ceとなって初めて安定する、長寿命放射性核種である可能性が指摘されており、148Ndも3.0×1018年以上の半減期で144Ceへとα崩壊すると考えられてきている。

一方、150Ndや144Ndは従来から放射性核種であることが知られていて、150Ndは約6.7×1018年の半減期で二重ベータ崩壊を起こして、150Smとなって安定するとされている。また、144Ndは2.29×1015年の半減期でα崩壊を起こして、140Ceとなって安定するとされている。その他の放射性核種の半減期は、全て11日以内で、そのほとんどは70秒以内である。なお、これらの他に核異性体も存在するが、それらももちろん安定な核種ではない。

以上のように、142Nd以外の全てのネオジムの同位体は、放射性同位体である可能性が指摘されている。

 一覧 
 同位体核種 Z(p) N(n) 同位体質量 (u)  半減期 核スピン数 天然存在比 天然存在比(範囲) 励起エネルギー 124Nd 60 64 123.95223(64)# 500# ms 0+ 125Nd 60 65 124.94888(43)# 600(150) ms 5/2(+#) 126Nd 60 66 125.94322(43)# 1# s [>200 ns] 0+ 127Nd 60 67 126.94050(43)# 1.8(4) s 5/2+# 128Nd 60 68 127.93539(21)# 5# s 0+ 129Nd 60 69 128.93319(22)# 4.9(2) s 5/2+# 130Nd 60 70 129.92851(3) 21(3) s 0+ 131Nd 60 71 130.92725(3) 33(3) s (5/2)(+#) 132Nd 60 72 131.923321(26) 1.56(10) min 0+ 133Nd 60 73 132.92235(5) 70(10) s (7/2+) 133m1Nd 127.97(11) keV ~70 s (1/2)+ 133m2Nd 176.10(10) keV ~300 ns (9/2-) 134Nd 60 74 133.918790(13) 8.5(15) min 0+ 134mNd 2293.1(4) keV 410(30) µs (8)- 135Nd 60 75 134.918181(21) 12.4(6) min 9/2(-) 135mNd 65.0(2) keV 5.5(5) min (1/2+) 136Nd 60 76 135.914976(13) 50.65(33) min 0+ 137Nd 60 77 136.914567(12) 38.5(15) min 1/2+ 137mNd 519.43(17) keV 1.60(15) s (11/2-) 138Nd 60 78 137.911950(13) 5.04(9) h 0+ 138mNd 3174.9(4) keV 410(50) ns (10+) 139Nd 60 79 138.911978(28) 29.7(5) min 3/2+ 139m1Nd 231.15(5) keV 5.50(20) h 11/2- 139m2Nd 2570.9+X keV >=141 ns 140Nd 60 80 139.90955(3) 3.37(2) d 0+ 140mNd 2221.4(1) keV 600(50) µs 7- 141Nd 60 81 140.909610(4) 2.49(3) h 3/2+ 141mNd 756.51(5) keV 62.0(8) s 11/2- 142Nd 60 82 141.9077233(25) STABLE 0+ 0.272(5) 0.2680-0.2730 143Nd 60 83 142.9098143(25) STABLE 7/2- 0.122(2) 0.1212-0.1232 144Nd 60 84 143.9100873(25) 2.29(16)E+15 a 0+ 0.238(3) 0.2379-0.2397 145Nd 60 85 144.9125736(25) STABLE 7/2- 0.083(1) 0.0823-0.0835 146Nd 60 86 145.9131169(25) STABLE 0+ 0.172(3) 0.1706-0.1735 147Nd 60 87 146.9161004(25) 10.98(1) d 5/2- 148Nd 60 88 147.916893(3) STABLE [>3.0E+18 a] 0+ 0.057(1) 0.0566-0.0578 149Nd 60 89 148.920149(3) 1.728(1) h 5/2- 150Nd 60 90 149.920891(3) 6.7(7)E+18 a 0+ 0.056(2) 0.0553-0.0569 151Nd 60 91 150.923829(3) 12.44(7) min 3/2+ 152Nd 60 92 151.924682(26) 11.4(2) min 0+ 153Nd 60 93 152.927698(29) 31.6(10) s (3/2)- 154Nd 60 94 153.92948(12) 25.9(2) s 0+ 154m1Nd 480(150)# keV 1.3(5) µs 154m2Nd 1349(10) keV >1 µs (5-) 155Nd 60 95 154.93293(16)# 8.9(2) s 3/2-# 156Nd 60 96 155.93502(22) 5.49(7) s 0+ 156mNd 1432(5) keV 135 ns 5- 157Nd 60 97 156.93903(21)# 2# s [>300 ns] 5/2-# 158Nd 60 98 157.94160(43)# 700# ms [>300 ns] 0+ 159Nd 60 99 158.94609(54)# 500# ms 7/2+# 160Nd 60 100 159.94909(64)# 300# ms 0+ 161Nd 60 101 160.95388(75)# 200# ms 1/2-#

 参考文献 
 Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
 Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
 Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
 Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
 National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
 David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.

ねおしむ
とういたい