Изотопы Свинца

Известны изотопы свинца с массовыми числами от 178 до 220 (количество протонов 82, нейтронов от 96 до 138) и 48 ядерных изомеров.

Свинец — последний элемент в периодической таблице, у которого существуют стабильные изотопы. Элементы после свинца стабильных изотопов не имеют. Ядра свинца имеют замкнутую протонную оболочку Z = 82 (магическое число), что объясняет устойчивость изотопов этого элемента; ядро ²⁰⁸Pb является дважды магическим (Z = 82, N = 126), это один из пяти существующих в природе дважды магических нуклидов.

Природный свинец состоит из 4 стабильных изотопов:

• ²⁰⁴Pb (изотопная распространённость 1,4 ± 0,6 %)
• ²⁰⁶Pb (изотопная распространённость 24,1 ± 3,0 %)
• ²⁰⁷Pb (изотопная распространённость 22,1 ± 5,0 %)
• ²⁰⁸Pb (изотопная распространённость 52,4 ± 7,0 %)

Большие разбросы изотопной распространённости вызваны не погрешностью измерений, а наблюдаемым разбросом в различных природных минералах ввиду разных цепочек радиогенного возникновения свинца. Изотопы ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb являются радиогенными, то есть образуются в результате радиоактивного распада соответственно ²³⁸U, ²³⁵U и ²³²Th. Поэтому многие минералы имеют иной изотопный состав свинца вследствие накопления продуктов распада урана и тория. Изотопный состав, который приведён выше, характерен преимущественно для галенитов, в которых урана и тория практически нет, и пород, преимущественно осадочных, в которых количество урана находится в кларковых пределах. В радиоактивных минералах этот состав существенно отличается и зависит от вида радиоактивного элемента, слагающего минерал. В урановых минералах, таких как уранинит UO₂, настуран UO₂ (урановая смолка), урановые черни, в которых существенно преобладает уран, радиогенный изотоп ²⁰⁶Pb_рад существенно преобладает над другими изотопами свинца, и его концентрации могут достигать 90 %. Например, в урановой смолке (Сан-Сильвер, Франция) концентрация ²⁰⁶Pb равна 92,9 %, в урановой смолке из Шинколобве (Киншаса) — 94,25 %. В ториевых минералах, например, в торите ThSiO₄, существенно преобладает радиогенный изотоп ²⁰⁸Pb_рад. Так, в монаците из Казахстана концентрация ²⁰⁸Pb равна 94,02 %, в монаците из пегматита Бекета (Зимбабве) — 88,8 %. Имеется комплекс минералов, например, монацит (Ce, La, Nd)[PO₄], циркон ZrSiO₄ и др., в которых в переменных соотношениях находятся уран и торий и соответственно в разных соотношениях присутствуют все или большинство изотопов свинца. Следует отметить, что в цирконах содержание нерадиогенного свинца крайне мало, что делает их удобным объектом для уран-торий-свинцового метода датирования (цирконометрия).

Помимо стабильных изотопов, в природе в следовых количествах наблюдаются другие радиоактивные изотопы свинца, входящие в состав радиоактивных рядов урана-238 (²¹⁴Pb и ²¹⁰Pb), урана-235 (²¹¹Pb) и тория-232 (²¹²Pb). Эти изотопы имеют устаревшие, но ещё иногда встречающиеся исторические названия и обозначения: ²¹⁰Pb — радий D (RaD), ²¹⁴Pb — радий B (RaB), ²¹¹Pb — актиний B (AcB), ²¹²Pb — торий B (ThB). Их природное содержание крайне мало, в равновесии оно соответствует содержанию родительского изотопа ряда, умноженному на отношение периодов полураспада дочернего изотопа и родоначальника ряда. Например, для свинца-212 из ряда тория это отношение равно (10,64 часа)/(1,405·10¹⁰ лет) ≈ 9·10⁻¹⁴; иными словами, на 11 триллионов атомов тория-232 в природном равновесии приходится лишь один атом свинца-212.

Самыми долгоживущими радиоактивными изотопами свинца являются ²⁰⁵Pb (период полураспада — 17,3 млн лет), ²⁰²Pb (период полураспада — 52 500 лет) и ²¹⁰Pb (период полураспада — 22,2 года). Период полураспада остальных радиоизотопов не превышает 3 суток.

Свинец-212

²¹²Pb является перспективным изотопом для терапии рака альфа-частицами  (англ.) (рус.. Период полураспада 10 часов, конечный изотоп ²⁰⁸Pb. Цепочка распада создает альфа- и бета-излучение. Изотоп вводится в состав фармацевтического препарата, который селективно поглощается поражёнными клетками. Альфа-частицы имеют очень небольшую длину свободного пробега в тканях, соизмеримую с размером клетки. Таким образом, разрушительное воздействие ионизирующего излучения концентрируется в поражённых тканях, а высокая разрушительная способность альфа-излучения эффективно убивает поражённые клетки.

²¹²Pb входит в цепочку распада ²³²U, искусственного изотопа, получаемого путём облучения природного тория ²³²Th нейтронами в реакторе. Для медицинских целей создают мобильные генераторы ²¹²Pb, из которых наработанный свинец вымывается химическим способом.

Свинец-208

²⁰⁸Pb обладает низким сечением захвата нейтронов, что делает этот изотоп пригодным в качестве теплоносителя для ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.