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氧的同位素
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氧(原子量:15.9994)共有18個已知同位素,質量數介於11-28之間,其中有3個是穩定的,分別是16O、17O、18O,其中以16O占天然氧的絕大部分,豐度為99.76%。在氧的放射性同位素当中,15O半衰期最长,达122.266秒;而原子核滴线外的11O半衰期最短,只有1.98×10-22秒,但目前仍未测量同处原子核滴线外的27O和28O的半衰期。[2]
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圖表
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穩定同位素

氧的3種穩定同位素是16O、17O、18O,其中16O最多,豐度為99.762 %[5]。
16O的豐度最大可以由恒星演化論解釋。大爆炸產生宇宙時僅形成了氫和氦元素,其他元素都是透過後來的恒星中進行的核聚變反應合成的[6]。在恒星内,質子-質子鏈反應與碳氮氧循環首先進行,「燃燒」氫產生氦。隨着燒氫的進行,核在自身重力下收縮,中心温度上昇,當温度超過約1億K時,「燃燒」氦的3氦過程開始,由此產生12C,然後又與氦(4He)原子核反應生成16O。大部分的16O由此產生。
17O的豐度為0.037%,18O為0.204%,是微量的穩定同位素。17O主要是在恆星的碳氮氧循環中,氫燃燒產生氦時合成的[6]。而18O是14N捕獲4He合成的(14N由碳氮氧循環產生)。因此,17O主要於恒星的氫殼富集,18O主要於恒星的氦殼富集。[6]
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放射性同位素
氧有十三种放射性同位素已获得表征,其中最稳定的是半衰期122.24秒的15O和半衰期70.606秒的14O。[5]剩下的放射性同位素的半衰期都小于27秒,大部分甚至小于0.1秒。[5]半衰期77.4毫秒的24O和28Ne都被用于研究中子星表面的核反应。[7]对于轻于稳定同位素的氧同位素,它们最常见的衰变模式是β+衰变成氮,[8][9][10]而较重的同位素则通过β−衰变衰变成氟。
氧-15是氧的放射性同位素,常以氧-15水的形式用于正电子断层扫描(PET)的心肌灌注成像和脑成像。[11][12]它有8个质子和7个中子,原子量为15.0030654 amu,半衰期122.24秒。[13]氧-15可以由在回旋加速器中用氘轰击氮-14而成。[14]
氧-15和氮-13分别由γ射线把大气中的氧-16和氮-14的一个中子轰掉而成:[15]
- 16O + γ → 15O + n
- 14N + γ → 13N + n
氧-15会以约两分钟的半衰期衰变成氮-15,并放出一个正电子。这个正电子迅速和一个电子湮灭,并产生两个能量约为511 keV的γ射线。这些低能量的γ射线只能在空气中移动90米。它和来自氮-13的正电子产生的γ射线一样只能在一分钟内左右检测到,因为15O和13N的“云”会随风飘散。[16]
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参考文献
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