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 .
Outre le radioisotope naturel 152Gd, le gadolinium possède de nombreux radioisotopes artificiels avec de longues ou moyennes demi-vies. Le plus stable d'entre eux est 150Gd (), suivi de 148Gd (), 153Gd (), 151Gd (), 146Gd (), 149Gd (), 147Gd (), et 159Gd (). 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 () 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 () se désintègrent eux principalement par désintégration β− en isotopes du terbium.
Isotopes notables
Gadolinium naturel 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 ). 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, (environ mille milliards de fois l'âge de l'univers), a été déterminée expérimentalement. 154Gd et 155Gd sont également soupçonnés de se désintégrer par radioactivité α. IsotopeAbondance (pourcentage molaire)152Gd0,20 (1) %154Gd2,18 (3) %155Gd14,80 (12) %156Gd20,47 (9) %157Gd15,65 (2) %158Gd24,84 (7) %160Gd21,86 (19) %
Gadolinium 150 Avec une demi-vie de , le gadolinium 150 est une des radioactivités éteintes. Son isotope-fils est le samarium 146 qui est également une radioactivité éteinte avec une demi-vie de et qui se décompose en néodyme 142, stable.
Gadolinium 153 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 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 Symbolede l'isotope Z (p) N (n) Masse isotopique (u) Demi-vieEn gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables). Mode(s) dedésintégration Universal Nuclide ChartAbréviations :CE : capture électronique ;TI : transition isomérique. Isotope(s)-filsIsotopes stables en gras. 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+ 136Eu137Gd 64 73136,94502(43)#2,2(2) s β+ 137Eu7/2+# 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 75138,93824(21)#5,7(3) s β+ 139Eu9/2-# 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 77140,932126(21)14(4) s β+ (99,97 %) 141Eu(1/2+) β+, p (0,03 %) 140Sm 141mGd 377,8(2) keV24,5(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 79142,92675(22)39(2) s β+ 143Eu(1/2)+ β+, α (rare) 139Pm β+, p (rare) 142Sm 143mGd 152,6(5) keV110,0(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) keV85(3) s TI (94,3 %) 145Gd11/2- 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 αThéoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 148Sm 144Sm 0+149Gd 64 85148,919341(4)9,28(10) j β+ 149Eu7/2- α (4,34×10−4%) 145Sm 150Gd 64 86 149,918659(7) 1,79(8)×106 a αThéoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 150Sm 146Sm 0+151Gd 64 87150,920348(4)124(1) j CE 151Eu7/2- α (10−6%) 147Sm 152GdRadionucléide primordial. 64 88 151,9197910(27) 1,08(8)×1014 a αThéoriquement capable aussi de double désintégration β+β+ pour donner 152Sm 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 stableThéoriquement capable de désintégration α pour donner 150Sm. 0+ 155GdProduit de fission. 64 91 154,9226220(27)Observé stableThéoriquement capable de désintégration α pour donner 151Sm. 3/2- 155mGd 121,05(19) keV 31,97(27) ms TI 155Gd 11/2- 156Gd 64 92 155,9221227(27)StableThéoriquement capable de fission spontanée. 0+ 156mGd 2137,60(5) keV 1,3(1) µs 7- 157Gd 64 93 156,9239601(27)Stable 3/2- 158Gd 64 94 157,9241039(27)Stable 0+ 159Gd 64 95 158,9263887(27) 18,479(4) h β− 159Tb 3/2- 160Gd 64 96 159,9270541(27)Observé stableThéoriquement capable de double désintégration β−β− pour donner 160Dy avec une demi-vie supérieure à 1,3×1021 années. 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-#
Notes 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
Masse des isotopes depuis :
Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
, résumé Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
Catégorie:Gadolinium Gadolinium