نظائر الكالسيوم

للكالسيوم (Ca) أربعة وعشرون نظيراً معروفاً تتراوح أعداد الكتلة لها بين 34 و 57. هنالك خمسة نظائر مستقرة للكالسيوم وهي كالسيوم-40 ⁴⁰Ca وكالسيوم-42 ⁴²Ca وكالسيوم-43 ⁴³Ca وكالسيوم-44 ⁴⁴Ca وكالسيوم-46 ⁴⁶Ca وذلك بالإضافة إلى وجود نظير شبه مستقر وهو النظير كالسيوم-48، الذي لديه عمر نصف طويل نسبياً بحيث أنه يعد عملياً مستقر.

من أطول نظائر الكالسيوم المشعة عمراً بالإضافة إلى النظير كالسيوم-48 ⁴⁸Ca هو النظير كالسيوم-41 ⁴¹Ca. لباقي نظائر الكالسيوم المشعة نصف عمر أقل من 163 يوم، وأغلبها دون الدقيقة الواحدة. أقل نظائر الكالسيوم المشعة ثباتاً هو النظير كالسيوم-34 ³⁴Ca بعمر نصف أقل من 35 نانو ثانية. أكثر نظائر الكالسيوم المشعة المصطنعة ثباتاً هو النظير كالسيوم-45 بعمر نصف يبلغ 163 يوم.

كالسيوم-40

يعد النظير كالسيوم-40 ⁴⁰Ca أكثر نظائر الكالسيوم وفرة طبيعية، حيث يشكل 97% من عنصر الكالسيوم في الطبيعة. يتشكل هذا النظير كناتج اضمحلال للنظير بوتاسيوم-40 ⁴⁰K بالإضافة إلى أرغون-40.

كالسيوم-41

يعد النظير كالسيوم-41 ⁴¹Ca من أحد النظائر المشعة ذات الأصل الكوني، ولهذا النظير عمر نصف مقداره 102000 سنة. على العكس من أغب النظائر الكونية والتي تنتج في الغلاف الجوي للأرض فإن النظير كالسيوم-41 ينتج من تنشيط النيوترونات في النظير كالسيوم-40 ⁴⁰Ca في القشرة الأرضية. لكنه على الرغم من ذلك نادر الوجود في الطبيعة. يضمحل النظير كالسيوم-41 عن طريق اصطياد إلكترون إلى النظير المستقر بوتاسيوم-41.

كالسيوم-48

يعد النظير كالسيوم-48 من أحد نظائر الكالسيوم النادرة في الطبيعة، حيث يشكل 0.187% فقط من الوفرة الطبيعية للكالسيوم.^[1] يتكون هذا النظير من 20 بروتون و28 نيوترون. على الرغم من أن النواة غنية بالنيوترونات مقارنةً مع وزنها الخفيف، إلا أن طريق الاضمحلال الوحيد له هو عن طريق اضمحلال بيتا المضاعف نادر الحدوث. يبلغ نصف العمر لهذا النظير 4.3×10¹⁹ سنة،^[2] بحيث يمكن اعتباره عملياً نظيراً مستقراً. من أحد العوامل الذي يؤثر على ثبات هذا النظير كون العددين 20 و 28، وهما عدد البروتونات والنيوترونات على الترتيب، عددين سحريين، مما يجعل ⁴⁸Ca ذات نواة مضاعفة العدد السحري.

تعد نواة النظير كالسيوم-48 أخف نواة معروفة تخضع لعملية اضمحلال بيتا المضاعف، والوحيدة ذات البنية البسيطة نسبياً لتخضع لعملية تحليل باستخدام نموذج الغلاف النووي، كما أنها تطلق بهذه العملية طاقة مقدارها 4.27 ميغا إلكترون فولت، والتي أكبر طاقة مرسلة بهذه العملية.^[2]

بما أن النظير كالسيوم-48 مستقر وغني بالنيوترونات فذلك يجعله كأحد المواد القيّمة كمادة بادئة لإنتاج النوى في مسرّعات الجسيمات وذلك عن طريق التشظية ^[3] وعن طريق تفاعلات الاندماج مع النوى الأخرى، على سبيل المثال، استخدامه في إنتاج عنصر الأنون أوكتيوم.^[4]

جدول النظائر

الرمز	Z(ب)	N(ن)	كتلة النظير (u)	عمر النصف	نمط الاضمحلال[5][n 1]	ناتج الاضمحلال[n 2]	لف مغزلي	تركيب النظائر التمثيلي (كسر مولي)	مجال التفاوت الطبيعي (كسر مولي)
34Ca	20	14	34.01412	<35 نانو ثانية	p	33K	0+
35Ca	20	15	35.00494	25.7 ميلي ثانية	β+ >99.9%	35K	1/2+#
					β+, p <0.1%	34Ar
36Ca	20	16	35.99309	102 ميلي ثانية	β+, p 56.8%	35Ar	0+
					β+ 43.2%	36K
37Ca	20	17	36.985870	181.1 ميلي ثانية	β+, p 74.5%	36Ar	(3/2+)
					β+ 25.5%	37K
38Ca	20	18	37.976318	440 ميلي ثانية	β+	38K	0+
39Ca	20	19	38.9707197	859.6 ميلي ثانية	β+	39K	3/2+
40Ca [n 3]	20	20	39.96259098	مستقر			0+	0.96941	0.96933- 0.96947
41Ca	20	21	40.96227806	1.02×105 سنة	EC	41K	7/2-	نادر [n 4]
42Ca	20	22	41.95861801	مستقر			0+	0.00647	0.00646- 0.00648
43Ca	20	23	42.9587666	مستقر			7/2-	0.00135	0.00135- 0.00135
44Ca	20	24	43.9554818	مستقر			0+	0.02086	0.02082- 0.02092
45Ca	20	25	44.9561866	162.67 يوم	β-	45Sc	7/2-
46Ca	20	26	45.9536926	مستقر			0+	4×10−5	4×10−5- 4×10−5
47Ca	20	27	46.9545460	4.536 يوم	β-	47Sc	7/2-
48Ca [n 5]	20	28	47.952534	43×1018 سنة	β-β- [n 6]	48Ti	0+	0.00187	0.00186- 0.00188
49Ca	20	29	48.955674	8.718 دقيقة	β-	49Sc	3/2-
50Ca	20	30	49.957519	13.9 ثانية	β-	50Sc	0+
51Ca	20	31	50.9615	10.0 ثانية	β- >99.9%	51Sc	(3/2-)#
					β-, n <0.1%	50Sc
52Ca	20	32	51.96510	4.6 ثانية	β- 98%	52Sc	0+
					β-, n 2%	51Sc
53Ca	20	33	52.97005	90 ميلي ثانية	β- 70%	53Sc	3/2-#
					β-, n 30%	52Sc
54Ca	20	34	53.97435	50# ميلي ثانية [>300 نانو ثانية]	β-, n	53Sc	0+
					β-	54Sc
55Ca	20	35	54.98055	30# ميلي ثانية [>300 نانو ثانية]	β-	55Sc	5/2-#
56Ca	20	36	55.98557	10# ميلي ثانية [>300 نانو ثانية]	β-	56Sc	0+
57Ca	20	37	56.99236	5# ميلي ثانية	β-	57Sc	5/2-#
					β-, n	56Sc

1. الاختصارات:
   EC: اصطياد إلكترون
2. النظائر المستقرة بالخط الغليظ
3. أثقل نويدة بعدد متساوي من البروتونات والنيوترونات دون حدوث اضمحلال
4. نويدة كونية
5. نظير مشع ذو عمر نصف طويل نسبياً بشكل أكبر من عمر الكون، لذلك يعد عملياً نظيراً مستقراً
6. أخف نويدة تخضع لعملية اضمحلال بيتا المضاعف

المصادر

• كتل النظائر من:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. ج. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-05-19.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
• تركيب النظائر والكتل الذرية القياسية من:
  • J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman and P. D. P. Taylor (2003). "Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 75 ع. 6: 683–800. DOI:10.1351/pac200375060683. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • M. E. Wieser (2006). "Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. ج. 78 ع. 11: 2051–2066. DOI:10.1351/pac200678112051. مؤرشف من الأصل في 2019-01-04. {{استشهاد بدورية محكمة}}: تجاهل المحلل الوسيط |laysummary= لأنه غير معروف (مساعدة)
• بيانات أعمار النصف واللف المغزلي والمتماكبات منتقاة من:
  • G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon (2003). "The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties" (PDF). Nuclear Physics A. ج. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2021-05-19.{{استشهاد بدورية محكمة}}: صيانة الاستشهاد: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين (link)
  • National Nuclear Data Center. "NuDat 2.1 database". Brookhaven National Laboratory. مؤرشف من الأصل في 2019-10-14. اطلع عليه بتاريخ September 2005. {{استشهاد ويب}}: تحقق من التاريخ في: |تاريخ الوصول= (مساعدة)
  • N. E. Holden (2004). "Table of the Isotopes". في D. R. Lide (المحرر). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ط. 85th). CRC Press. Section 11. ISBN:978-0-8493-0485-9.