Изотопы свинца

Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов:^[1]

• ²⁰⁴Pb (изотопная распространённость 1,4 ± 0,6 %)
• ²⁰⁶Pb (изотопная распространённость 24,1 ± 3,0 %)
• ²⁰⁷Pb (изотопная распространённость 22,1 ± 5,0 %)
• ²⁰⁸Pb (изотопная распространённость 52,4 ± 7,0 %)

Большие разбросы изотопной распространённости вызваны не погрешностью измерений, а наблюдаемым разбросом в различных природных минералах ввиду разных цепочек радиогенного возникновения свинца. Изотопы ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb являются радиогенными, то есть образуются в результате радиоактивного распада соответственно ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. Поэтому многие минералы имеют иной изотопный состав свинца вследствие накопления продуктов распада урана и тория. Изотопный состав, который приведён выше, характерен преимущественно для галенитов, в которых урана и тория практически нет, и пород, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких как уранинит UO₂, настуран UO₂ (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп ²⁰⁶Pb_рад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация ²⁰⁶Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %^[2]. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO₄, существенно преобладает радиогенный изотоп ²⁰⁸Pb_рад. Так, в монаците из Казахстана концентрация ²⁰⁸Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %^[2]. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO₄], циркон ZrSiO₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Помимо стабильных изотопов, в природе в следовых количествах наблюдаются другие радиоактивные изотопы свинца, входящие в состав радиоактивных рядов урана-238 (²¹⁴Pb и ²¹⁰Pb), урана-235 (²¹¹Pb) и тория-232 (²¹²Pb). Эти изотопы имеют устаревшие, но ещё иногда встречающиеся исторические названия и обозначения: ²¹⁰Pb — радий D (RaD), ²¹⁴Pb — радий B (RaB), ²¹¹Pb — актиний B (AcB), ²¹²Pb — торий B (ThB). Их природное содержание крайне мало, в равновесии оно соответствует содержанию родительского изотопа ряда, умноженному на отношение периодов полураспада дочернего изотопа и родоначальника ряда. Например, для свинца-212 из ряда тория это отношение равно (10,64 часа)/(1,405·10¹⁰ лет) ≈ 9·10⁻¹⁴; иными словами, на 11 триллионов атомов тория-232 в природном равновесии приходится лишь один атом свинца-212.

Самыми долгоживущими радиоактивными изотопами свинца являются ²⁰⁵Pb (период полураспада — 17,3 млн лет), ²⁰²Pb (период полураспада — 52 500 лет) и ²¹⁰Pb (период полураспада — 22,2 года). Период полураспада остальных радиоизотопов не превышает 3 суток.

²¹²Pb^[3] является перспективным изотопом для терапии рака альфа-частицами^[англ.]. Период полураспада 10 часов, конечный изотоп ²⁰⁸Pb. Цепочка распада создает альфа- и бета-излучение. Изотоп вводится в состав фармацевтического препарата, который селективно поглощается поражёнными клетками. Альфа-частицы имеют очень небольшую длину свободного пробега в тканях, соизмеримую с размером клетки. Таким образом, разрушительное воздействие ионизирующего излучения концентрируется в поражённых тканях, а высокая разрушительная способность альфа-излучения эффективно убивает поражённые клетки^[4].

²¹²Pb входит в цепочку распада ²³²U, искусственного изотопа, получаемого путём облучения природного тория ²³²Th нейтронами в реакторе. Для медицинских целей создают мобильные генераторы ²¹²Pb, из которых наработанный свинец вымывается химическим способом.

²⁰⁸Pb обладает низким сечением захвата нейтронов, что делает этот изотоп пригодным в качестве теплоносителя для ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.

• Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

• Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

• Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

• Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

• Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.