Protaktyn (Pa) nie ma trwałych izotopów, znanych jest natomiast jego 29 izotopów promieniotwórczych, z których najstabilniejsze to o okresie półtrwania (t1/2) 32 760 lat, t1/2 = 26,97 dni i t1/2 = 17,4 dni. Wszystkie pozostałe radioaktywne izotopy mają czas połowicznego zaniku mniejszy niż 1,6 dnia, a większość z nich ma czasy połowicznego zaniku mniejsze niż 1,8 sekundy.
Jedynymi naturalnie występującymi izotopami są: , który występuje jako produkt pośredni rozpadu i stanowi blisko 100% naturalnego protaktynu, oraz krótko żyjące i , występujące w śladowych ilościach jako produkty pośrednie w rozpadzie . Średnia masa atomowa naturalnego protaktynu wynosi 231,03588(2) u.
Głównym procesem rozpadu jądrowego dla izotopów protaktynu o Z ≤ 231 jest rozpad alfa, z wyjątkiem jąder o Z = 228–230, w których następuje wychwyt elektronu prowadzący do izotopów toru. Głównym procesem dla cięższych izotopów jest rozpad beta minus (β−). Głównymi produktami rozpadu i izotopów lżejszych (włączając w to ) są izotopy aktynu, a dla cięższych izotopów protaktynu produktami rozpadu są izotopy uranu.
Protaktyn-231 jest źródłem promieniowania α, o masie ustalonej na 231,03588 ± 0,00002, będący członkiem naturalnie występującego szeregu promieniotwórczego uranu-235 (4n+3). Jest produktem rozpadu , a dalej rozpada się na , od którego zaczerpnął swoją nazwę. Potwierdzone okresy półtrwania wynoszą od 32 000 lat ± 10% do 34 300 ± 300 lat. Ostatnie badania ustaliły okres półtrwania na ok. 35 530 ± 250 lat (z 95% pewnością). Dlatego też jest jedynym izotopem dostępnym w miligramowych ilościach. Przekrój czynny wychwytu neutronów termicznych wynosi 211 ± 2 barnów. Okres półtrwania samorzutnego rozszczepienia wynosi 1,1 lat.
może być wyizolowany z przetworzonych rud uranowych lub wytworzony na drodze dwóch reakcji jądrowych: (n,2n) lub (n,α). W zasadzie powinno to wyeliminować wszystkie problemy związane z otrzymywaniem . Jednakże napromieniowanie neutronami daje duże ilości i innych niepożądanych zanieczyszczeń, a względnie małe ilości .
Protaktyn-233 jest jedynym izotopem protaktynu, który otrzymywany jest w gramowych ilościach. Pierwszy gram został otrzymany w 1964 roku przez naukowców w National Reactor Testing Station w Idaho. Znaczenie tego izotopu wynika z faktu, że jest etapem pośrednim w produkcji rozszczepialnego . Reakcja została odkryta w 1938 roku przez Meitner:
wyparł izotop z zastosowań jako znacznik izotopowy ze względu na swój okres półtrwania, stosunkową łatwość otrzymywania oraz łatwe do wykrycia widmo gamma.
Protaktyn-234 Nuklid występuje naturalnie w dwóch postaciach izomerycznych: , odkryty przez Fajansa i Göhringa w 1913 roku oraz , odkryty przez Hahna w 1921 roku. Oba izotopy są źródłami promieniowania β−, rozpadając się do , ale jest metastabilny i w 0,13% rozpadów, w wyniku przejścia izomerycznego, rozpada się do swojego stanu podstawowego, .
Tabela izotopów Nuklid Nazwahistoryczna Z(p) N(n) Masa izotopu (u) t1/2 Proces rozpadu izotop pochodny spinjądrowy energia wzbudzenia 91 121 212,02320(8) 8(5) ms[5,1(+61−19) ms] 7+Wartość przynajmniej częściowo jest wynikiem obserwowanego trendu we właściwościach izotopów, a nie danych eksperymentalnych. Spiny o dużym potencjale błędu ujęte są w nawiasy. 91 122 213,02111(8) 7(3) ms[5,3(+40−16) ms] α 9/2− 91 123 214,02092(8) 17(3) ms α 91 124 215,01919(9) 14(2) ms α 9/2− 91 125 216,01911(8) 105(12) ms α (80%) β+ (20%) 91 126 217,01832(6) 3,48(9) ms α 9/2− 217mPa 1860(7) keV 1,08(3) ms α 29/2+ IT (rzadko) 91 127 218,020042(26) 0,113(1) ms α 91 128 219,01988(6) 53(10) ns α 9/2− β+ (5%) 91 129 220,02188(6) 780(160) ns α 1− 91 130 221,02188(6) 4,9(8) µs α 9/2− 91 131 222,02374(8) 3,2(3) ms α 91 132 223,02396(8) 5,1(6) ms α β+ (0,001%) 91 133 224,025626(17) 844(19) ms α (99,9%) 5− β+ (0,1%) 91 134 225,02613(8) 1,7(2) s α 5/2− 91 135 226,027948(12) 1,8(2) min α (74%) β+ (26%) 91 136 227,028805(8) 38,3(3) min α (85%) (5/2−) EC (15%) 91 137 228,031051(5) 22(1) h β+ (98,15%) 3+ α (1,85%) 91 138 229,0320968(30) 1,50(5) d EC (99,52%) (5/2+) α (0,48%) 11,6(3) keV 420(30) ns 3/2- 91 139 230,034541(4) 17,4(5) d β+ (91,6%) (2−) β− (8,4%) 230U α (0,00319%) Protoaktyn 91 140 231,0358840(24) 3,530(250) a α 3/2− CD (1,34%) SF (3%) (różne) CD (10−12%) 91 141 232,038592(8) 1,31(2) d β− (2−) EC (0,003%) 91 142 233,0402473(23) 26,975(13) d β− 3/2− Uranium Z 91 143 234,043308(5) 6,70(5) h β− 4+ SF (3%) (różne) Uranium X2Brevium 78(3) keV 1,17(3) min β− (99,83%) (0−) IT (0,16%) SF (10−10%) (różne) 91 144 235,04544(5) 24,44(11) min β− (3/2−) 91 145 236,04868(21) 9,1(1) min β− 1(−) β−, SF (6%) (różne) 91 146 237,05115(11) 8,7(2) min β− (1/2+) 91 147 238,05450(6) 2,27(9) min β− (3−) β−, SF (2,6%) (różne) 91 148 239,05726(21) 1,8(5) h β− (3/2)(− ) 91 149 240,06098(32) 2 min β−
Uwagi
Przypisy
Protaktynu, izotopy Kategoria:Protaktyn