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Isotopes du gadolinium

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Le gadolinium (Gd, numéro atomique 64) possède 36 isotopes connus, de nombre de nombre de masse variant de 134 à 169 ainsi que 10 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, six sont stables, 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd et 160Gd ; ils constituent avec le radioisotope primordial 152Gd la totalité du gadolinium naturel. Le plus abondant est 158Gd (24,84 %), l'isotope stable le moins abondant est 154Gd (2,18 %), et 152Gd constitue 0,2 % du gadolinium naturel. On attribue donc au gadolinium une masse atomique standard de 157,25(3) u.

Outre le radioisotope naturel 152G, le gadolinium possède de nombreux radioisotopes artificiels avec de longues ou moyennes demi-vies. Le plus stable d'entre eux est 150Gd (1,79 Ma), suivi de 148Gd (74,6 a), 153Gd (240,4 j), 151Gd (124 j), 146Gd (48,27 j), 149Gd (9,28 j), 147Gd (38,1 h), et 159Gd (18,5 h). Les autres radioisotopes ont tous une demi-vie inférieure à 23 minutes, et la plupart inférieure à trente secondes.

Les 10 isomères nucléaires ont en revanche des demi-vies courtes, toutes inférieures à deux minutes, le plus stable étant 143mGd (t1/2 de 110 secondes).

Les radioisotopes de nombre de masse strictement inférieur à 146 (ainsi que 147Gd et 149Gd) se désintègrent principalement par émission de positron (β+) en isotopes de l'europium. Les radioisotopes intermédiaires (146 ≤ A < 154) se désintègrent eux principalement, soit par capture électronique (146Gd, 151Gd et 153Gd), également en isotopes de l'europium, soit par radioactivité α (148Gd, 150Gd 152Gd) en isotopes du samarium. Les radioisotopes les plus lourds (A > 158) se désintègrent eux principalement par désintégration β− en isotopes du terbium.

Isotopes notables

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Gadolinium naturel

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Le gadolinium naturel est constitué des six isotopes stables 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd et 160Gd et du radioisotope primordial 152Gd (qui se désintègre par radioactivité α avec une demi-vie de 1,08 × 1014 années). 160Gd est techniquement capable de double désintégration bêta, mais elle n'a pour l'instant jamais été observée, seule une borne inférieure pour sa demi-vie, 1,3 × 1021 années (environ mille milliards de fois l'âge de l'univers), a été déterminée expérimentalement[1]. 154Gd et 155Gd sont également soupçonnés de se désintégrer par radioactivité α.

Isotope Abondance

(pourcentage molaire)

152Gd 0,20 (1) %
154Gd 2,18 (3) %
155Gd 14,80 (12) %
156Gd 20,47 (9) %
157Gd 15,65 (2) %
158Gd 24,84 (7) %
160Gd 21,86 (19) %

Gadolinium 150

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Avec une demi-vie de 1,80 Ma, le gadolinium 150 est une des radioactivités éteintes. Son isotope-fils, stable, est le samarium 146.

Gadolinium 153

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Le gadolinium 153 (153Gd) est l'isotope du gadolinium dont le noyau est constitué de 64 protons et de 89 neutrons. C'est un radioisotope artificiel se désintégrant par capture électronique en europium 153, avec une demi-vie de 240 jours, émettant une radiation gamma avec de forts pics à 41 et 102 keV dans le procédé. Il peut être utilisé comme source de rayons gamma en absorptiométrie par rayons X, pour le test de la densité osseuse dans la surveillance de l'ostéoporose, ainsi que pour le profilage radiométrique du système d'imagerie à rayons X portable Lixiscope (Lixi Profiler).

Table des isotopes

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Symbole
de l'isotope 		Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vie[n 1] Mode(s) de
désintégration[2],[n 2] 		Isotope(s)-fils[n 3] Spin

nucléaire

Énergie d'excitation
134Gd 64 70 133,95537(43)# 0,4# s 0+
135Gd 64 71 134,95257(54)# 1,1(2) s 3/2-
136Gd 64 72 135,94734(43)# 1# s [>200 ns] β+ 136Eu
137Gd 64 73 136,94502(43)# 2,2(2) s β+ 137Eu 7/2+#
β+, p (rare) 136Sm
138Gd 64 74 137,94012(21)# 4,7(9) s β+ 138Eu 0+
138mGd 2232,7(11) keV 6(1) µs (8-)
139Gd 64 75 138,93824(21)# 5,7(3) s β+ 139Eu 9/2-#
β+, p (rare) 138Sm
139mGd 250(150)# keV 4,8(9) s 1/2+#
140Gd 64 76 139,93367(3) 15,8(4) s β+ 140Eu 0+
141Gd 64 77 140,932126(21) 14(4) s β+ (99,97 %) 141Eu (1/2+)
β+, p (0,03 %) 140Sm
141mGd 377,8(2) keV 24,5(5) s β+ (89 %) 141Eu (11/2-)
TI (11 %) 141Gd
142Gd 64 78 141,92812(3) 70,2(6) s β+ 142Eu 0+
143Gd 64 79 142,92675(22) 39(2) s β+ 143Eu (1/2)+
β+, α (rare) 139Pm
β+, p (rare) 142Sm
143mGd 152,6(5) keV 110,0(14) s β+ 143Eu (11/2-)
β+, α (rare) 139Pm
β+, p (rare) 142Sm
144Gd 64 80 143,92296(3) 4,47(6) min β+ 144Eu 0+
145Gd 64 81 144,921709(20) 23,0(4) min β+ 145Eu 1/2+
145mGd 749,1(2) keV 85(3) s TI (94,3 %) 145Gd 11/2-
β+ (5,7 %) 145Eu
146Gd 64 82 145,918311(5) 48,27(10) j CE 146Eu 0+
147Gd 64 83 146,919094(3) 38,06(12) h β+ 147Eu 7/2-
147mGd 8587,8(4) keV 510(20) ns (49/2+)
148Gd 64 84 147,918115(3) 86,9(39) a[3] α[n 4] 144Sm 0+
149Gd 64 85 148,919341(4) 9,28(10) j β+ 149Eu 7/2-
α (4,34×10−4%) 145Sm
150Gd 64 86 149,918659(7) 1,79(8)×106 a α[n 5] 146Sm 0+
151Gd 64 87 150,920348(4) 124(1) j CE 151Eu 7/2-
α (10−6%) 147Sm
152Gd[n 6] 64 88 151,9197910(27) 1,08(8)×1014 a α[n 7] 148Sm 0+
153Gd 64 89 152,9217495(27) 240,4(10) j CE 153Eu 3/2-
153m1Gd 95,1737(12) keV 3,5(4) µs (9/2+)
153m2Gd 171,189(5) keV 76,0(14) µs (11/2-)
154Gd 64 90 153,9208656(27) Observé stable[n 8] 0+
155Gd[n 9] 64 91 154,9226220(27) Observé stable[n 10] 3/2-
155mGd 121,05(19) keV 31,97(27) ms TI 155Gd 11/2-
156Gd[n 9] 64 92 155,9221227(27) Stable[n 11] 0+
156mGd 2137,60(5) keV 1,3(1) µs 7-
157Gd[n 9] 64 93 156,9239601(27) Stable[n 11] 3/2-
158Gd[n 9] 64 94 157,9241039(27) Stable[n 11] 0+
159Gd[n 9] 64 95 158,9263887(27) 18,479(4) h β− 159Tb 3/2-
160Gd[n 9] 64 96 159,9270541(27) Observé stable[n 12] 0+
161Gd 64 97 160,9296692(29) 3,646(3) min β− 161Tb 5/2-
162Gd 64 98 161,930985(5) 8,4(2) min β− 162Tb 0+
163Gd 64 99 162,93399(32)# 68(3) s β− 163Tb 7/2+#
164Gd 64 100 163,93586(43)# 45(3) s β− 164Tb 0+
165Gd 64 101 164,93938(54)# 10,3(16) s β− 165Tb 1/2-#
166Gd 64 102 165,94160(64)# 4,8(10) s β− 166Tb 0+
167Gd 64 103 166,94557(64)# 3# s β− 167Tb 5/2-#
168Gd 64 104 167,94836(75)# 300# ms β− 168Tb 0+
169Gd 64 105 168,95287(86)# 1# s β− 169Tb 7/2-#
  1. ↑ En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
  2. ↑ Abréviations :
    CE : capture électronique ;
    TI : transition isomérique.
  3. ↑ Isotopes stables en gras.
  4. ↑ Théoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 148Sm
  5. ↑ Théoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 150Sm
  6. ↑ Radionucléide primordial.
  7. ↑ Théoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 152Sm
  8. ↑ Théoriquement capable de désintégration α pour donner 150Sm.
  9. ↑ a b c d e et f Produit de fission.
  10. ↑ Théoriquement capable de désintégration α pour donner 151Sm.
  11. ↑ a b et c Théoriquement capable de fission spontanée.
  12. ↑ Théoriquement capable de double désintégration β−β− pour donner 160Dy avec une demi-vie supérieure à 1,3×1021 années.

Notes

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  • Des échantillons géologiques exceptionnels sont connus pour leur composition isotopique en dehors de la fourchette indiquée. L'incertitude de la masse atomique peut dépasser la valeur limite de ces spécimens.
  • Les valeurs précédées d'un # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec de faibles arguments d'affectation sont entre parenthèses.
  • Les incertitudes sont présentés sous forme concise entre parenthèses après les derniers chiffres correspondants. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard données par l'UICPA qui utilise des incertitudes élargies.

Notes et références

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  1. ↑ F. A. Danevich et al., « Quest for double beta decay of 160Gd and Ce isotopes », Nuclear Physics A, vol. 694,‎ , p. 375 (DOI 10.1016/S0375-9474(01)00983-6, Bibcode 2001NuPhA.694..375D, arXiv nucl-ex/0011020)
  2. ↑ (en) Universal Nuclide Chart
  3. ↑ (en) Nadine M. Chiera, Rugard Dressler, Peter Sprung, Zeynep Talip et Dorothea Schumann, « Determination of the half-life of gadolinium-148 », Applied Radiation and Isotopes, Elsevier BV, vol. 194,‎ , p. 110708 (ISSN 0969-8043, DOI 10.1016/j.apradiso.2023.110708)



1  H                                                             He
2  Li Be   B C N O F Ne
3  Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4  K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5  Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6  Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7  Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Tableau périodique des isotopes
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