Изотопы галлия

Изотопы галлия — разновидности химического элемента галлия, отличающиеся разным количеством нейтронов в атомном ядре. Известны изотопы галлия с массовыми числами от 56 до 86 (количество протонов 31, нейтронов от 25 до 55) и 3 ядерных изомеров.

Природный галлий представляет собой смесь двух стабильных изотопов:

• ⁶⁹Ga (изотопная распространённость 60,11 %)
• ⁷¹Ga (изотопная распространённость 39,89 %).

Самым долгоживущим радиоизотопом галлия является ⁶⁷Ga с периодом полураспада 78 часов.

Галлий-68

См. также Gallium scan^[англ.]

Изотоп ⁶⁸Ga является источником позитронов. Используется в ядерной диагностической медицине методом позитронно-эмиссионной томографии^[1]. ⁶⁸Ga был одним из первых радиофармацевтических маркеров. Первые эксперименты датируются 1963 годом^[1]. Однако несовершенство методов получения изотопа затормозило его распространение в пользу фтора-18 и технеция-99m. В начале XXI века генераторы были усовершенствованы и ⁶⁸Ga начал набирать популярность. Препараты: Gallium Ga 68 dotatate.

Период полураспада ⁶⁸Ga 68 минут, каналы распада — позитронный распад (вероятность 87 %) и электронный захват (вероятность 13 %), дочерний изотоп стабильный цинк-68. Максимальная энергия позитрона 1,92 МэВ, средняя 0,89 МэВ^[1]. При аннигиляции остановившегося позитрона с электроном образуются два гамма-кванта с энергией 511 кэВ.

Короткий период полураспада (68 минут) требует получения изотопа на месте применения. Для этого разработаны специальные изотопные генераторы галлия-68^[англ.]. Генератор содержит ампулу с препаратом изотопа германия-68, продуктом распада которого является ⁶⁸Ga. По мере накопления продукта распада через ампулу прокачивают сорбирующий раствор, который селективно растворяет только химическое соединение образовавшегося галлия, а нерастворимое соединение германия остается в ампуле. Значительный период полураспада германия-68 (271 день) делает удобной логистику таких генераторов.

В России генераторы ⁶⁸Ga выпускают в Обнинске^[2][3].

Галлий-67

См. также Gallium scan^[англ.]

Источник гамма-излучения. Используется в ядерной диагностической медицине методом однофотонной эмиссионной компьютерной томографии. Химия и фармакология аналогичны галлию-68.

Период полураспада 78 часов, канал распада — электронный захват (вероятность 100 %), дочерний изотоп стабильный цинк-67^[4]. В спектре излучения — рентген 8,7 кэВ, гамма-линии 93, 184 и 300 кэВ.

В России синтез ведется в Обнинске путем облучения цинковых мишеней протонами в ускорителе по реакциям^[4]

⁶⁷Zn(p,n)⁶⁷Ga,

⁶⁸Zn(p,2n)⁶⁷Ga.

Таблица изотопов галлия

Символ нуклида	Z (p)	N (n)	Масса изотопа[5] (а. е. м.)	Период полураспада[6] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[6]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
56Ga	31	25	55,99491(28)#		p	55Zn	3+#
57Ga	31	26	56,98293(28)#		p	56Zn	1/2−#
58Ga	31	27	57,97425(23)#		p	57Zn	2+#
59Ga	31	28	58,96337(18)#		p	58Zn	3/2−#
60Ga	31	29	59,95706(12)#	70(10) мс	β+	60Zn	(2+)
61Ga	31	30	60,94945(6)	168(3) мс	β+	61Zn	3/2−
62Ga	31	31	61,944175(30)	116,18(4) мс	β+	62Zn	0+
63Ga	31	32	62,9392942(14)	32,4(5) с	β+	63Zn	(3/2−)
64Ga	31	33	63,9368387(22)	2,627(12) мин	β+	64Zn	0(+#)
64mGa	42,85(8) кэВ			21,9(7) мкс			2+
65Ga	31	34	64,9327348(9)	15,2(2) мин	β+	65Zn	3/2−
66Ga	31	35	65,931589(3)	9,49(7) ч	β+	66Zn	0+
67Ga	31	36	66,9282017(14)	3,2612(6) сут	ЭЗ	67Zn	3/2−
68Ga	31	37	67,9279801(16)	67,71(9) мин	β+	68Zn	1+
69Ga	31	38	68,9255736(13)	стабилен			3/2−	0,60108(9)
70Ga	31	39	69,9260220(13)	21,14(3) мин	β− (99,59 %)	70Ge	1+
					ЭЗ (0,41 %)	70Zn
71Ga	31	40	70,9247013(11)	стабилен			3/2−	0,39892(9)
72Ga	31	41	71,9263663(11)	14,095(3) ч	β−	72Ge	3-
72mGa	119,66(5) кэВ			39,68(13) мс	ИП	72Ga	(0+)
73Ga	31	42	72,9251747(18)	4,86(3) ч	β−	73Ge	3/2−
74Ga	31	43	73,926946(4)	8,12(12) мин	β−	74Ge	(3-)
74mGa	59,571(14) кэВ			9,5(10) с			(0)
75Ga	31	44	74,9265002(26)	126(2) с	β−	75Ge	(3/2)−
76Ga	31	45	75,9288276(21)	32,6(6) с	β−	76Ge	(2+,3+)
77Ga	31	46	76,9291543(26)	13,2(2) с	β−	77Ge	(3/2−)
78Ga	31	47	77,9316082(26)	5,09(5) с	β−	78Ge	(3+)
79Ga	31	48	78,93289(11)	2,847(3) с	β− (99,911 %)	79mGe	(3/2−)#
					β−, n (0,089 %)	78Ge
80Ga	31	49	79,93652(13)	1,697(11) с	β− (99,11 %)	80Ge	(3)
					β−, n (0,89 %)	79Ge
81Ga	31	50	80,93775(21)	1,217(5) с	β− (88,11 %)	81mGe	(5/2−)
					β−, n (11,89 %)	80Ge
82Ga	31	51	81,94299(32)#	0,599(2) с	β− (78,5 %)	82Ge	(123)
					β−, n (21,5 %)	81Ge
83Ga	31	52	82,94698(32)#	308(1) мс	β− (60 %)	83Ge	3/2−#
					β−, n (40 %)	82Ge
84Ga	31	53	83,95265(43)#	0,085(10) с	β−, n (70 %)	83Ge
					β− (30 %)	84Ge
85Ga	31	54	84,95700(54)#	50# мс [>300 нс]			3/2−#
86Ga	31	55	85,96312(86)#	30# мс [>300 нс]

Пояснения к таблице

• Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.

• Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.

• Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада. Символами, выделенными жирным курсивом, обозначены радиоактивные продукты распада, имеющие периоды полураспада, сравнимые с возрастом Земли или превосходящие его и вследствие этого присутствующие в природной смеси.

• Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.

• Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.