Изотопы циркония

Изото́пы цирко́ния — разновидности химического элемента циркония с разным количеством нейтронов в ядре. Известны изотопы циркония с массовыми числами от 78 до 110 (количество протонов 40, нейтронов от 38 до 70) и 6 ядерных изомеров.

Природный цирконий представляет собой смесь пяти изотопов. Четырех стабильных:

• ⁹⁰Zr (изотопная распространённость 51,46 %)
• ⁹¹Zr (изотопная распространённость 11,23 %)
• ⁹²Zr (изотопная распространённость 17,11 %)
• ⁹⁴Zr (изотопная распространённость 17,4 %)

И одного нестабильного, но с очень большим периодом полураспада, много порядков больше возраста Вселенной (~1,38⋅10¹⁰ лет):

• ⁹⁶Zr (изотопная распространённость 2,8 %, период полураспада 2,34⋅10¹⁹ лет, схема двойной бета-распад).

Среди искусственных изотопов самый долгоживущий ⁹³Zr (период полураспада 1,61 млн лет), ⁸⁸Zr (период полураспада 83 суток), ⁹⁵Zr (период полураспада 64 суток), ⁸⁹Zr (период полураспада 78 часов). Изотопы легче ⁹²Zr преимущественно распадаются по схеме захвата электрона, тяжелее претерпевают бета-распад.

Цирконий-88

Изотоп примечателен очень большим сечением захвата тепловых нейтронов, ~860 тыс. барн^[1]. Является вторым после ксенона-135 по этой величине. В отличие от изотопа ксенона-135 в продуктах деления урана и плутония^[англ.] почти не встречается и потому не имеет такой же значимости в управлении ядерными реакторами.

Цирконий-93

Изотоп присутствует в продуктах деления урана и плутония^[англ.] с выходом более 6 %. Его период полураспада достигает 1,61 млн лет, что делает его одним из значимых долгоживущих продуктов распада^[англ.] в отработавшем ядерном топливе, усложняющем его утилизацию.

Таблица изотопов циркония

Символ нуклида	Z(p)	N(n)	Масса изотопа[2] (а. е. м.)	Период полураспада[3] (T1/2)	Канал распада	Продукт распада	Спин и чётность ядра[3]	Распространённость изотопа в природе	Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
	Энергия возбуждения
78Zr	40	38	77,95523(54)#	50# мс [>170 нс]			0+
79Zr	40	39	78,94916(43)#	56(30) мс	β+, p	78Sr	5/2+#
					β+	79Y
80Zr	40	40	79,9404(16)	4,6(6) с	β+	80Y	0+
81Zr	40	41	80,93721(18)	5,5(4) с	β+ (>99,9%)	81Y	(3/2−)#
					β+, p (<0,1%)	80Sr
82Zr	40	42	81,93109(24)#	32(5) с	β+	82Y	0+
83Zr	40	43	82,92865(10)	41,6(24) с	β+ (>99,9%)	83Y	(1/2−)#
					β+, p (<0,1%)	82Sr
84Zr	40	44	83,92325(21)#	25,9(7) мин	β+	84Y	0+
85Zr	40	45	84,92147(11)	7,86(4) мин	β+	85Y	7/2+
85mZr	292,2(3) кэВ			10,9(3) с	ИП (92%)	85Zr	(1/2−)
					β+ (8%)	85Y
86Zr	40	46	85,91647(3)	16,5(1) ч	β+	86Y	0+
87Zr	40	47	86,914816(9)	1,68(1) ч	β+	87Y	(9/2)+
87mZr	335,84(19) кэВ			14,0(2) с	ИП	87Zr	(1/2)−
88Zr	40	48	87,910227(11)	83,4(3) сут	ЭЗ	88Y	0+
89Zr	40	49	88,908890(4)	78,41(12) ч	β+	89Y	9/2+
89mZr	587,82(10) кэВ			4,161(17) мин	ИП (93,77%)	89Zr	1/2−
					β+ (6,23%)	89Y
90Zr	40	50	89,9047044(25)	стабилен			0+	0,5145(40)
90m1Zr	2319,000(10) кэВ			809,2(20) мс	ИП	90Zr	5-
90m2Zr	3589,419(16) кэВ			131(4) нс			8+
91Zr	40	51	90,9056458(25)	стабилен			5/2+	0,1122(5)
91mZr	3167,3(4) кэВ			4,35(14) мкс			(21/2+)
92Zr	40	52	91,9050408(25)	стабилен			0+	0,1715(8)
93Zr	40	53	92,9064760(25)	1,61(5)⋅106 лет[4]	β− (73%)	93mNb	5/2+
					β− (27%)	93Nb
94Zr	40	54	93,9063152(26)	стабилен (>1,1⋅1017лет)[n 1][4]			0+	0,1738(28)
95Zr	40	55	94,9080426(26)	64,032(6) сут	β−	95Nb	5/2+
96Zr	40	56	95,9082734(30)	2.34(17)⋅1018 лет[4]	β−β−[n 2][5]	96Mo	0+	0,0280(9)
97Zr	40	57	96,9109531(30)	16,744(11) ч	β−	97mNb	1/2+
98Zr	40	58	97,912735(21)	30,7(4) с	β−	98Nb	0+
99Zr	40	59	98,916512(22)	2,1(1) с	β−	99mNb	1/2+
100Zr	40	60	99,91776(4)	7,1(4) с	β−	100Nb	0+
101Zr	40	61	100,92114(3)	2,3(1) с	β−	101Nb	3/2+
102Zr	40	62	101,92298(5)	2,9(2) с	β−	102Nb	0+
103Zr	40	63	102,92660(12)	1,3(1) с	β−	103Nb	(5/2−)
104Zr	40	64	103,92878(43)#	1,2(3) с	β−	104Nb	0+
105Zr	40	65	104,93305(43)#	0,6(1) с	β− (>99,9%)	105Nb
					β−, n (<.1%)	104Nb
106Zr	40	66	105,93591(54)#	200# мс [>300 нс]	β−	106Nb	0+
107Zr	40	67	106,94075(32)#	150# мс [>300 нс]	β−	107Nb
108Zr	40	68	107,94396(64)#	80# мс [>300 нс]	β−	108Nb	0+
109Zr	40	69	108,94924(54)#	60# мс [>300 нс]
110Zr	40	70	109,95287(86)#	30# мс [>300 нс]			0+
111Zr[6]	40	71
112Zr[6]	40	72					0+
113Zr[7]	40	73
114Zr[8]	40	74					0+

1. Теоретически может претерпевать двойной бета-распад в ⁹⁴Mo
2. Теоретически может претерпевать β⁻ распад в ⁹⁶Nb с парциальным периодом полураспада более 2,4⋅10¹⁹ лет

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.