Стабильный изотоп

Стабильные нуклиды — это изотопы химических элементов, ядра которых находятся в конфигурации, не позволяющей им обладать избыточной энергией для испускания радиоактивных частиц. В отличие от радионуклидов, такие ядра не являются радиоактивными и не подвергаются спонтанному радиоактивному распаду.^[1] Применительно к конкретным элементам их обычно называют «стабильными изотопами».

80 элементов, имеющих один или более стабильных изотопов, включают в общей сложности 251 нуклид, для которых распад не наблюдался. Из этих 80 элементов 26 имеют только один стабильный изотоп и называются моноизотопными. Остальные 56 элементов имеют более одного стабильного изотопа. Олово обладает десятью стабильными изотопами — наибольшим числом среди всех элементов.

Определение стабильности и природные нуклиды

График стабильности нуклидов. Оранжевые и синие нуклиды нестабильны, чёрные квадраты между ними — стабильные. Линия, проходящая ниже большинства нуклидов, отражает гипотетические ядра с равным числом протонов и нейтронов. Видно, что элементы тяжелее кальция требуют избытка нейтронов для стабильности.

Большинство природных нуклидов стабильны (около 251; см. список в конце статьи), ещё около 35 (всего 286) известны как радиоактивные с достаточно большими периодами полураспада, чтобы существовать с момента образования Солнечной системы^[2]. Если период полураспада сопоставим с возрастом Земли (4.5 млрд лет), значительное количество таких нуклидов сохранилось до наших дней. Примеры: ²³⁵U с периодом полураспада ~700 млн лет. Более короткоживущие нуклиды в природе не обнаружены, за исключением продуктов распада или космогенных процессов.

Многие природные радионуклиды (около 53) имеют меньшие периоды полураспада и образуются как продукты распада первичных нуклидов (например, радий из урана) или под действием космических лучей (например, ¹⁴C из азота).

Некоторые изотопы, классифицируемые как стабильные, теоретически могут иметь крайне длительные периоды полураспада (иногда >10¹⁸ лет).^[3] Например, ²⁰⁹Bi и ¹⁸⁰W ранее считались стабильными, но в 2003 году был обнаружен их альфа-распад.

Большинство стабильных изотопов образовались в процессах нуклеосинтеза во время Большого взрыва или в звёздах. Однако некоторые стабильные изотопы имеют вариации обилия из-за распада долгоживущих радионуклидов (радиогенные изотопы).

Изотопы по элементам

См. также: Список изотопов с собственными названиями

Из 80 элементов со стабильными нуклидами:

• 1 элемент (олово) — 10 стабильных изотопов
• 5 элементов — по 7 изотопов
• 7 элементов — по 6 изотопов
• 11 элементов — по 5 изотопов
• 9 элементов — по 4 изотопа
• 16 элементов — по 2 изотопа
• 26 элементов — 1 изотоп (моноизотопные элементы).^[4]

Магические числа и чётность числа протонов/нейтронов

См. также: Чётность атомного ядра

Стабильность зависит от соотношения протонов/нейтронов и магических чисел. Чётные числа нуклонов повышают стабильность. Только 5 стабильных нуклидов имеют нечётное число протонов и нейтронов: дейтерий, литий-6, бор-10, азот-14, тантал-180m.

Ядерные изомеры

Среди 251 стабильного нуклида тантал-180m^[5] является возбуждённым состоянием с периодом полураспада >10¹⁵ лет. Его основное состояние (тантал-180) распадается за 8 часов.

Ненаблюдаемые распады

Подробное рассмотрение темы: Список изотопов с собственными названиями

105 «стабильных» изотопов теоретически нестабильны. Например, аргон-36^[6] — самый лёгкий «стабильный» нуклид с предсказанным распадом.

Сводная таблица

Тип нуклида	Число нуклидов	Примечания
Теоретически стабильные	146	Элементы 1–66 (кроме Tc, Pm, Sm, Eu)
Наблюдательно стабильные	105	Все элементы до свинца (кроме Tc, Pm)
Первичные радионуклиды	35	Включая Bi, Th, U
Природные радионуклиды	~61	Космогенные и продукты распада

Список стабильных нуклидов

1. Водород-1
2. Дейтерий
3. Гелий-3
4. Гелий-4
5. Литий-6
6. Литий-7
7. Бор-10
8. Бор-11

См. также

• Таблица нуклидов
• Остров стабильности
• Нестабильные нуклиды