氙的同位素

**氙**（Xe，原子量：131.293 (6)）的同位素，其中有 5 個穩定同位素和 2 個觀測上穩定的同位素，這 7 種同位素都可以在天然的氙元素中找到，是所有元素中，穩定元素第二多的元素。除這些穩定同位素之外，氙還有 40 多種不穩定同位素。其中壽命最長的為 124Xe，它會進行雙 β 衰變，半衰期為 2.11×1021 年。氙同位素的相對比例對研究太陽系早期歷史有重要的作用。

## 自然存在的氙同位素

在自然存在的氙元素中存在 9 種不同的氙同位素，其中有 5 個穩定同位素、2 個觀測上穩定的同位素和 2 個極微弱放射性同位素。由於 134Xe 根據預測能夠進行雙重 β 衰變，但這未經實驗證明，因此該同位素仍被認為是穩定的。氙是自然存在穩定同位素第二多的元素，最多的是錫，其共有 7 個穩定同位素和 3 個觀測上穩定的同位素。穩定同位素數量高於 7 個的元素只有錫。

在自然存在的氙同位素中，豐度最高的是氙 - 132，佔 26.9%、其次為氙 - 129，佔 26.4%、再來是氙 - 131，佔 21.2%、以及氙 - 134，佔 10.4%、還有氙 - 136，佔 8.86%，其餘豐度皆在 5% 以下，包括氙 - 130（豐度：4.07%）、氙 - 128（豐度：1.91%）、氙 - 124（豐度：0.095%）以及氙 - 126（豐度：0.089%），其中氙 - 136 和氙 - 124 有微弱的放射性，前者會經由雙重 β 衰變衰變成鋇 - 136，半衰期約 2×1021 年，後者會經由雙電子俘獲衰變成碲 - 124，半衰期約 1.8×1022 年。

能夠形成氙的自然過程包括：超新星爆炸，紅巨星用盡氫燃料進入漸近巨星分支後的慢中子捕獲過程（s - 過程），一般新星爆炸，以及碘、鈾和鈈等元素的放射性衰變。 

### 氙 - 124

氙 - 124 是一種自然存在的氙放射性同位素之一，在天然氙元素中第二少的同位素，豐度約為 0.095%。最少的是氙 - 126，豐度約只有 0.089%。124Xe 能夠進行雙電子俘獲衰變成碲 - 124，半衰期約 1.8×1022 年。

### 氙 - 129

氙 - 129 是氙的穩定同位素之一，豐度約為 26.4%，是天然氙元素中第二多的同位素。最多的是氙 - 132，豐度約為 26.9%。

氙 - 129 是碘 - 129 的衰變產物，半衰期約為 1.57×107 年，由於太陽系形成早期的碘 - 129 幾乎都衰變成氙 - 129 了，因此有時會稱碘 - 129 是一種已滅絕的天然放射性同位素，也因此，氙 - 129 的比例對研究太陽系早期歷史有重要的作用。

氙 - 129 有兩種核同質異能素，其中基態的氙 - 129 質量為 128.9047794，質量欠缺為 - 88.6960MeV，具有自旋 1/2，由於 129Xe 原子核的自旋為 1/2，所以其電四極矩為零，故 129Xe 核在與其他原子撞擊時，不會有任何四極相互作用。這使得它的超極化狀態能夠持續更長的時間，甚至在雷射束關閉及鹼氣體在室溫表面冷凝後，仍能保留該狀態。129Xe 的自旋極化在血液中能持續數秒，在氣態下持續數小時，並在深度冷凍的固態下持續數天。

另外一種核同質異能素為氙 - 129m，激發能量為 236.14 keV，但比基態的氙 - 129 還不穩定，半衰期只有 8 天 19 時，會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙 - 129，並釋放 γ 射綫光子。

在醫學上，超極化的 129Xe 同位素在磁共振成像儀中更易檢測，所以被用於研究包括肺在內的各種器官，例如肺內氣體的流動。

### 氙 - 131

氙 - 131 是一種自然存在的氙同位素之一，在天然氙元素中排第三位，豐度約為 21.2%，與前兩個同位素氙 - 132、氙 - 129 相當，約各佔三分之一。

氙 - 131 與氙 - 129 都具有非零的固有角動量（自旋，可用於核磁共振）。利用圓極化光和銣氣體，氙的核自旋對齊可以超越普通的極化。如此產生的自旋極化能夠超過其最高可能值的 50%，遠遠大於玻爾茲曼分佈的平衡值（在室溫下通常不超過最高值的 0.001%）。這種非平衡態的自旋對齊是短暫的，稱為超極化現象。對氙進行超極化的過程叫做光抽運（但不同於雷射抽運）。

氙 - 131 有一種核同質異能素激發能量為 163.930 keV，半衰期不到 12 天，會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙 - 131，並釋放 γ 射綫光子。

### 氙 - 134

氙 - 134 是一種自然存在的氙同位素之一，在天然氙元素中排第四位，豐度約為 10.4%，是一種觀測上穩定的同位素，即其根據預測能夠進行雙重 β 衰變，衰變成鋇 - 134，半衰期約為 11×1015 年，但這未經實驗證明，因此稱為觀測上穩定的同位素。

### 氙 - 136

氙 - 136 是一種自然存在的氙放射性同位素之一，在天然氙元素中第五多的同位素，豐度約為 8.86%，具有微弱的放射性，會經由雙重 β 衰變，衰變成鋇 - 136。氙 - 136 具有極長的半衰期 2.165×1021 年，其壽命已超過宇宙年齡。

## 氙的放射性同位素

氙有 40 多種不穩定的放射性同位素，其中壽命最長的為 124Xe，它會進行雙電子俘獲衰變，半衰期為 1.8×1022 年。129I 在 β 衰變後，會產生 129Xe 同位素。該反應的半衰期為 1600 萬年。另外 131mXe、133Xe、133mXe 和 135Xe 都是 235U 和 239Pu 的核分裂產物，因此被用作探測核爆炸的發生。

### 氙 - 109

氙 - 109 是目前已發現最輕的氙同位素，雖然有些文獻會提供氙 - 108 的資料，但多半只有關於其質量欠缺或自旋的理論值。

氙 - 109 的質量欠缺約為 - 45.92 MeV，半衰期約為 13 毫秒，會經由 α 衰變，衰變成碲 - 105，碲 - 105 同樣會經由 α 衰變，衰變成錫 - 101，但半衰期短得多，僅有 0.62 微秒。

### 氙 - 113

氙 - 113 是氙的放射性同位素之一，是氙的同位素中衰變時會有最多衰變方式的核素。氙 - 113 的質量欠缺約為 - 62.2036 MeV，半衰期有 2.74 秒，其衰變時 92.98% 的氙 - 113 經過正電子發射衰變成碘 - 113、7% 的氙 - 113 會釋放出一個正電子和一個電微中子和一個質子衰變成碲 - 112、有 0.011% 的氙 - 113 會發生 α 衰變，衰變成碲 - 109，其餘的氙 - 113 則會同時釋放正電子及 α 粒子。

### 氙 - 123

氙 - 123 是氙的同位素中，唯一兩種會進行電子俘獲衰變的同位素之一，半衰期約為兩小時，另外一種會進行電子俘獲衰變的同位素是氙 - 127。

### 氙 - 127

氙 - 127 是氙的同位素中，唯一兩種會進行電子俘獲衰變的同位素中，穩定性最佳的同位素，比另外一種會進行電子俘獲衰變的氙 - 123 半衰期長，氙 - 127 的半衰期超過一個月，約為 36 天，而氙 - 123 半衰期約只有兩小時。氙 - 127 和氙 - 123 同樣擁有一種核同質異能素，同樣是以氙 - 127 較為穩定：127m 
Xe 
半衰期為 69 秒，而 123m 
Xe 
僅有 5 微秒。

### 氙 - 133

氙 - 133 是氙的放射性同位素之一，會經由 β 衰變衰變成銫 - 133，半衰期約 5 天 6 小時，可以用於醫療用途中，在醫療藥品中稱為 Xeneisol，解剖學治療學及化學分類系統代碼為 V09EX03。氙 - 133 是可以進行肺部成像的吸入評估肺功能的放射性同位素，它還可用於將血液流動成像，尤其是在大腦中，放射性同位素 133Xe 的伽馬射線也可用來對心、肺和腦進行成像，例如單光子發射電腦攝影。133Xe 也被用於測量血流。。此外，氙 - 133 也是一種裂變產物。

### 氙 - 135

氙 - 135 是氙的放射性同位素之一，會經由 β 衰變衰變成銫 - 135，半衰期約 9 小時 8 分鐘，可在核反應爐中對可以裂變物質進行中子照射產生。135Xe 在核分裂反應爐中具有重要的作用。135Xe 的熱中子截面很高（2.6×106 靶恩），因此可用作中子吸收劑或中子毒物，從而減慢或停止連鎖反應。美國曼哈頓計劃中用來產生鈈元素的最早期反應爐就用到了氙的這一作用。135Xe 在反應爐中作為中子毒物，對切爾諾貝爾核事故有著重要的影響。反應爐的關閉或功率的降低可以造成 135Xe 的積聚，使反應爐進入所謂的碘坑（或稱氙坑）狀態。氙 - 135 是核反應爐中最重要的中子吸收劑，可通過碘 - 135 的衰變產生。

氙 - 135 有一種核同質異能素，135m 
Xe 
，激發能量約為 526.551 keV，但半衰期比基態的氙 - 135 短得多，只有約 15 分鐘。大部分的 135m 
Xe 
會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙 - 135，只有少數的 135m 
Xe 
，約 2 萬 5 千個 135m 
Xe 
中，只有 1 個 135m 
Xe 
會發生貝他衰變衰變成銫 - 135。

### 氙 - 148

氙 - 148 是目前已發現最重的氙同位素，半衰期約為 408 奈秒，會經由 β 衰變，衰變成銫 - 148，或發射一個中子跟電子，衰變成銫 - 147。

## 圖表

**備註：**畫上 #號的數據代表沒有經過實驗的証明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

## 註釋

## 參考文獻