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)
同位体核種	励起エネルギー			半減期	核スピン数	天然存在比	天然存在比 (範囲)
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.