Isotopes du gadolinium

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 ¹⁵²Gd, 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 (86,9 a^[1]), 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 (t_1/2 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

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 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^[2]. 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

Avec une demi-vie de 1,79 Ma, 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 92,0 Ma^[3] 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 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

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[4],[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[1]	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. Produit de fission.
10. Théoriquement capable de désintégration α pour donner ¹⁵¹Sm.
11. 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

• 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.