Ізотопи кальцію

Кальцій (₂₀Ca) має 26 відомих ізотопів, від 35Ca до 60Ca. Існує п'ять стабільних ізотопів(інші мови) (40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca та 46Ca), а також один ізотоп (48Ca) з настільки довгим періодом напіврозпаду, що він є стабільним для всіх практичних цілей. Найпоширеніший ізотоп, 40Ca, а також рідкісний 46Ca, теоретично нестабільні з енергетичних міркувань, але їх розпад не спостерігався. Кальцій також має космогенний ізотоп 41Ca з періодом напіврозпаду 99 400 років. На відміну від космогенних ізотопів, які утворюються в повітрі, 41Ca утворюється шляхом нейтронної активації 40Ca в твердих гірських породах та ґрунті. Більша частина його утворення відбувається у верхніх шарах ґрунтового стовпа, де космогенний потік нейтронів все ще достатньо сильний. Найстабільнішими штучними ізотопами є 45Ca з періодом напіврозпаду 162,61 дня та 47Ca з періодом напіврозпаду 4,536 дня. Усі інші ізотопи кальцію мають період напіврозпаду хвилини або менше.

Стабільний 40Ca становить близько 97 % природного кальцію та в основному утворюється шляхом нуклеосинтезу в зірках (альфа-процес). Однак, подібно до 40Ar, деякі атоми 40Ca є радіогенними, утворюючись внаслідок радіоактивного розпаду 40K. Хоча K-Ar датування широко використовувалося в геологічних науках, поширеність 40Ca в природі спочатку перешкоджала поширенню K-Ca датування в ранніх дослідженнях, і лише кілька досліджень було проведено у 20 столітті. Однак сучасні методи, що використовують дедалі точніші методи термоіонізаційнної(інші мови) (TIMS) та мас-спектрометрії з індуктивно зв'язаною плазмою в комірках з колізійними комірками та кількома колекторами (CC-MC-ICP-MS(інші мови)), були використані для успішного K-Ca датування(інші мови)^[1][2], подібного за методом до Rb-Sr датування(інші мови), а також для визначення втрат K з нижньої континентальної кори^[3] та для відстеження джерел кальцієвого внеску з різних геологічних резервуарів^[4][5].

Варіації стабільних ізотопів варіації кальцію (найчастіше 44Ca / 40Ca або 44Ca / 42Ca, що позначаються як «δ44Ca» та «δ^44/42Ca» у дельта-нотації) також широко використовуються в природничих науках для низки застосувань, починаючи від раннього визначення остеопорозу^[6] і закінчуючи кількісною оцінкою часових шкал вивержень вулканів^[7]. Інші застосування включають: кількісну оцінку ефективності зв'язування вуглецю(інші мови) в місцях ін'єкцій CO₂^[8] та розуміння підкислення океану^[9], дослідження як повсюдних, так і рідкісних магматичних процесів, таких як формування гранітів^[10] та карбонатитів^[11], відстеження сучасних та стародавніх трофічних мереж, зокрема у динозаврів^[12][13][14], оцінку практики відлучення від грудей(інші мови) у стародавніх людей^[15].

Список ізотопів

Символ ізотопу	Z(p)	N(n)	Маса ізотопу (u)[16]	Період напіврозпаду[17]	Типи розпаду[n 1][17]	Дочірні ізотопи[n 2]	Спін і парність ядра[n 3][17]	Поширеність ізотопу в природі [17]
								мольна частка	відхилення
35Ca	20	15	35,00557(22)#	25,7(2) мс	β+, p (95,8 %)	34Ar	1/2+#
					β+, 2p (4,2 %)	33Cl
					β+ (rare)	35K
36Ca	20	16	35,993074(43)	100,9(13) мс	β+, p (51,2 %)	35Ar	0+
					β+ (48,8 %)	36K
37Ca	20	17	36,98589785(68)	181,0(9) мс	β+, p (76,8 %)	36Ar	3/2+
					β+ (23,2 %)	37K
38Ca	20	18	37,97631922(21)	443,70(25) мс	β+	38K	0+
39Ca	20	19	38,97071081(64)	860,3(8) мс	β+	39K	3/2+
40Ca[n 4]	20	20	39,962590850(22)	Спостережно стабільний[en][n 5]			0+	0,9694(16)	0,96933–0,96947
41Ca	20	21	40,96227791(15)	9,94(15)×104 р	ЕЗ	41K	7/2−	Сліди[n 6]
42Ca	20	22	41,95861778(16)	Стабільний			0+	0,00647(23)	0,00646–0,00648
43Ca	20	23	42,95876638(24)	Стабільний			7/2−	0,00135(10)	0,00135–0,00135
44Ca	20	24	43,95548149(35)	Стабільний			0+	0,0209(11)	0,02082–0,02092
45Ca	20	25	44,95618627(39)	162,61(9) д	β−	45Sc	7/2−
46Ca	20	26	45,9536877(24)	Спостережно стабільний[n 7]			0+	4×10−5	4×10−5–4×10−5
47Ca	20	27	46,9545411(24)	4,536(3) д	β−	47Sc	7/2−
48Ca[n 8][n 9]	20	28	47,952522654(18)	5,6(10)×1019 р	β−β−[n 10][n 11]	48Ti	0+	0,00187(21)	0,00186–0,00188
49Ca	20	29	48,95566263(19)	8,718(6) хв	β−	49Sc	3/2−
50Ca	20	30	49,9574992(17)	13,45(5) с	β−	50Sc	0+
51Ca	20	31	50,96099566(56)	10,0(8) с	β−	51Sc	3/2−
					β−, n?	50Sc
52Ca	20	32	51,96321365(72)	4,6(3) с	β− (>98 %)	52Sc	0+
					β−, n (<2 %)	51Sc
53Ca	20	33	52,968451(47)	461(90) мс	β− (60 %)	53Sc	1/2−#
					β−, n (40 %)	52Sc
54Ca	20	34	53,972989(52)	90(6) мс	β−	54Sc	0+
					β−, n?	53Sc
					β−, 2n?	52Sc
55Ca	20	35	54,97998(17)	22(2) мс	β−	55Sc	5/2−#
					β−, n?	54Sc
					β−, 2n?	53Sc
56Ca	20	36	55,98550(27)	11(2) мс	β−	56Sc	0+
					β−, n?	55Sc
					β−, 2n?	54Sc
57Ca	20	37	56,99296(43)#	8# мс [>620 нс]	β−?	57Sc	5/2−#
					β−, n?	56Sc
					β−, 2n?	55Sc
58Ca	20	38	57,99836(54)#	4# мс [>620 нс]	β−?	58Sc	0+
					β−, n?	57Sc
					β−, 2n?	56Sc
59Ca	20	39	59,00624(64)#	5# мс [>400 нс]	β−?	59Sc	5/2−#
					β−, n?	58Sc
					β−, 2n?	57Sc
60Ca	20	40	60,01181(75)#	2# мс [>400 нс]	β−?	60Sc	0+
					β−, n?	59Sc
					β−, 2n?	58Sc

1. Скорочення:
   ЕЗ: електронне захоплення
   ІП: ізомерний перехід
2. Жирним для стабільних ізотопів
3. Спіни зі слабким оцінковим обґрунтуванням взяті в дужки.
4. Найважчий спостережувано стабільний нуклід з однаковою кількістю протонів і нейтронів
5. Вважається здатним до подвійного електронного захоплення з утворенням ⁴⁰Ar з періодом напіврозпаду не менше 9,9×10²¹ р
6. Космогенний нуклід
7. Вважається здатним до β⁻β⁻ з утворенням ⁴⁶Ti
8. Первинний радіонуклід
9. Вважається здатним до потрійного бета-розпаду з дуже довгм періодом напіврозпаду
10. Найлегший ізотоп з відомою здатністю до подвійного бета-розпаду
11. Theorized to also undergo β⁻ decay to ⁴⁸Sc with a partial half-life exceeding 1.1^+0.8
    _−0.6×10²¹ years^[18]

Кальцій-48

Близько 2 г кальцію-48

Кальцій-48 — це подвійно магічне ядро з 28 нейтронами; надзвичайно багате на нейтрони як для легкого первинного ядра. Він розпадається шляхом подвійного бета-розпаду з надзвичайно довгим періодом напіврозпаду близько 5,6×10¹⁹ років, хоча теоретично можливий також одиночний бета-розпад. Цей розпад можна проаналізувати за допомогою моделі ядерної оболонки sd, і він має більшу енергію (4,27 МеВ), ніж будь-який інший подвійний бета-розпад^[19]. Він використовується як попередник для багатих нейтронами^[20] та надважких^[21] ізотопів.

Кальцій-60

Кальцій-60 станом на 2020 є найважчим відомим ізотопом^[22] Вперше спостерігався у 2018 році в RIKEN(інші мови) разом із 59Ca та сімома ізотопами інших елементів^[23], його існування свідчить про наявність додаткових парних ізотопів кальцію щонайменше до 70Ca, тоді як 59Ca, ймовірно, є останнім зв'язаним ізотопом з непарним N^[24]. Попередні прогнози оцінювали, що найважчий парний ізотоп 60Ca, а 59Ca — не зв'язаний^[23].

У збагаченій нейтронами області N = 40 стає магічним числом, тому 60Ca на початку вважався можливим подвійним магічним ядром, як це спостерігається для ізотону 68Ni^[25][26]. Однак подальші спектроскопічні вимірювання сусідніх нуклідів 56Ca, 58Ca та 62Ti натомість передбачають, що воно має знаходитися на острові інверсії(інші мови), який, як відомо, існує навколо 64Cr^[26][27].