Isotopes du gadolinium

Le gadolinium (Gd, numéro atomique 64) possède 36 isotopes connus, de nombre de nombre de masse variant de 134 à 169 ainsi que 10 isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, six sont stables, ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁵Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd, ¹⁵⁸Gd et ¹⁶⁰Gd ; ils constituent avec le radioisotope primordial ¹⁵²Gd la totalité du gadolinium naturel. Le plus abondant est ¹⁵⁸Gd (24,84 %), l'isotope stable le moins abondant est ¹⁵⁴Gd (2,18 %), et ¹⁵²Gd constitue 0,2 % du gadolinium naturel. On attribue donc au gadolinium une masse atomique standard de 157,25(3) u.

Outre le radioisotope naturel ¹⁵²G, le gadolinium possède de nombreux radioisotopes artificiels avec de longues ou moyennes demi-vies. Le plus stable d'entre eux est ¹⁵⁰Gd (1,79 Ma), suivi de ¹⁴⁸Gd (74,6 a), ¹⁵³Gd (240,4 j), ¹⁵¹Gd (124 j), ¹⁴⁶Gd (48,27 j), ¹⁴⁹Gd (9,28 j), ¹⁴⁷Gd (38,1 h), et ¹⁵⁹Gd (18,5 h). Les autres radioisotopes ont tous une demi-vie inférieure à 23 minutes, et la plupart inférieure à trente secondes.

Les 10 isomères nucléaires ont en revanche des demi-vies courtes, toutes inférieures à deux minutes, le plus stable étant ^143mGd (t_1/2 de 110 secondes).

Les radioisotopes de nombre de masse strictement inférieur à 146 (ainsi que ¹⁴⁷Gd et ¹⁴⁹Gd) se désintègrent principalement par émission de positron (β⁺) en isotopes de l'europium. Les radioisotopes intermédiaires (146 ≤ A < 154) se désintègrent eux principalement, soit par capture électronique (¹⁴⁶Gd, ¹⁵¹Gd et ¹⁵³Gd), également en isotopes de l'europium, soit par radioactivité α (¹⁴⁸Gd, ¹⁵⁰Gd ¹⁵²Gd) en isotopes du samarium. Les radioisotopes les plus lourds (A > 158) se désintègrent eux principalement par désintégration β⁻ en isotopes du terbium.

Isotopes notables

Gadolinium naturel

Le gadolinium naturel est constitué des six isotopes stables ¹⁵⁴Gd, ¹⁵⁵Gd, ¹⁵⁶Gd, ¹⁵⁷Gd, ¹⁵⁸Gd et ¹⁶⁰Gd et du radioisotope primordial ¹⁵²Gd (qui se désintègre par radioactivité α avec une demi-vie de 1,08 × 10¹⁴ années). ¹⁶⁰Gd est techniquement capable de double désintégration bêta, mais elle n'a pour l'instant jamais été observée, seule une borne inférieure pour sa demi-vie, 1,3 × 10²¹ années (environ mille milliards de fois l'âge de l'univers), a été déterminée expérimentalement[1]. ¹⁵⁴Gd et ¹⁵⁵Gd sont également soupçonnés de se désintégrer par radioactivité α.

Isotope	Abondance (pourcentage molaire)
¹⁵²Gd	0,20 (1) %
¹⁵⁴Gd	2,18 (3) %
¹⁵⁵Gd	14,80 (12) %
¹⁵⁶Gd	20,47 (9) %
¹⁵⁷Gd	15,65 (2) %
¹⁵⁸Gd	24,84 (7) %
¹⁶⁰Gd	21,86 (19) %

Gadolinium 150

Avec une demi-vie de 1,80 Ma, le gadolinium 150 est une des radioactivités éteintes. Son isotope-fils, stable, est le samarium 146.

Gadolinium 153

Le gadolinium 153 (¹⁵³Gd) est l'isotope du gadolinium dont le noyau est constitué de 64 protons et de 89 neutrons. C'est un radioisotope artificiel se désintégrant par capture électronique en europium 153, avec une demi-vie de 240 jours, émettant une radiation gamma avec de forts pics à 41 et 102 keV dans le procédé. Il peut être utilisé comme source de rayons gamma en absorptiométrie par rayons X, pour le test de la densité osseuse dans la surveillance de l'ostéoporose, ainsi que pour le profilage radiométrique du système d'imagerie à rayons X portable Lixiscope (Lixi Profiler).

Table des isotopes

Symbole de l'isotope	Z (p)	N (n)	Masse isotopique (u)	Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[2] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
Symbole de l'isotope	Énergie d'excitation			Demi-vie[n 1]	Mode(s) de désintégration[2] - [n 2]	Isotope(s)-fils[n 3]	Spin nucléaire
¹³⁴Gd	64	70	133,95537(43)#	0,4# s			0+
¹³⁵Gd	64	71	134,95257(54)#	1,1(2) s			3/2-
¹³⁶Gd	64	72	135,94734(43)#	1# s [>200 ns]	β⁺	¹³⁶Eu
¹³⁷Gd	64	73	136,94502(43)#	2,2(2) s	β⁺	¹³⁷Eu	7/2+#
¹³⁷Gd	64	73	136,94502(43)#	2,2(2) s	β⁺, p (rare)	¹³⁶Sm	7/2+#
¹³⁸Gd	64	74	137,94012(21)#	4,7(9) s	β⁺	¹³⁸Eu	0+
^138mGd	2232,7(11) keV			6(1) µs			(8-)
¹³⁹Gd	64	75	138,93824(21)#	5,7(3) s	β⁺	¹³⁹Eu	9/2-#
¹³⁹Gd	64	75	138,93824(21)#	5,7(3) s	β⁺, p (rare)	¹³⁸Sm	9/2-#
^139mGd	250(150)# keV			4,8(9) s			1/2+#
¹⁴⁰Gd	64	76	139,93367(3)	15,8(4) s	β⁺	¹⁴⁰Eu	0+
¹⁴¹Gd	64	77	140,932126(21)	14(4) s	β⁺ (99,97 %)	¹⁴¹Eu	(1/2+)
¹⁴¹Gd	64	77	140,932126(21)	14(4) s	β⁺, p (0,03 %)	¹⁴⁰Sm	(1/2+)
^141mGd	377,8(2) keV			24,5(5) s	β⁺ (89 %)	¹⁴¹Eu	(11/2-)
^141mGd	377,8(2) keV			24,5(5) s	TI (11 %)	¹⁴¹Gd	(11/2-)
¹⁴²Gd	64	78	141,92812(3)	70,2(6) s	β⁺	¹⁴²Eu	0+
¹⁴³Gd	64	79	142,92675(22)	39(2) s	β⁺	¹⁴³Eu	(1/2)+
					β⁺, α (rare)	¹³⁹Pm
					β⁺, p (rare)	¹⁴²Sm
^143mGd	152,6(5) keV			110,0(14) s	β⁺	¹⁴³Eu	(11/2-)
					β⁺, α (rare)	¹³⁹Pm
					β⁺, p (rare)	¹⁴²Sm
¹⁴⁴Gd	64	80	143,92296(3)	4,47(6) min	β⁺	¹⁴⁴Eu	0+
¹⁴⁵Gd	64	81	144,921709(20)	23,0(4) min	β⁺	¹⁴⁵Eu	1/2+
^145mGd	749,1(2) keV			85(3) s	TI (94,3 %)	¹⁴⁵Gd	11/2-
^145mGd	749,1(2) keV			85(3) s	β⁺ (5,7 %)	¹⁴⁵Eu	11/2-
¹⁴⁶Gd	64	82	145,918311(5)	48,27(10) j	CE	¹⁴⁶Eu	0+
¹⁴⁷Gd	64	83	146,919094(3)	38,06(12) h	β⁺	¹⁴⁷Eu	7/2-
^147mGd	8587,8(4) keV			510(20) ns			(49/2+)
¹⁴⁸Gd	64	84	147,918115(3)	74,6(30) a	α	¹⁴⁴Sm	0+
¹⁴⁸Gd	64	84	147,918115(3)	74,6(30) a	β⁺β⁺ (rare)	¹⁴⁸Sm	0+
¹⁴⁹Gd	64	85	148,919341(4)	9,28(10) j	β⁺	¹⁴⁹Eu	7/2-
¹⁴⁹Gd	64	85	148,919341(4)	9,28(10) j	α (4,34×10⁻⁴%)	¹⁴⁵Sm	7/2-
¹⁵⁰Gd	64	86	149,918659(7)	1,79(8)×10⁶ a	α	¹⁴⁶Sm	0+
¹⁵⁰Gd	64	86	149,918659(7)	1,79(8)×10⁶ a	β⁺β⁺ (rare)	¹⁵⁰Sm	0+
¹⁵¹Gd	64	87	150,920348(4)	124(1) j	CE	¹⁵¹Eu	7/2-
¹⁵¹Gd	64	87	150,920348(4)	124(1) j	α (10⁻⁶%)	¹⁴⁷Sm	7/2-
¹⁵²Gd[n 4]	64	88	151,9197910(27)	1,08(8)×10¹⁴ a	α	¹⁴⁸Sm	0+
¹⁵³Gd	64	89	152,9217495(27)	240,4(10) j	CE	¹⁵³Eu	3/2-
^153m1Gd	95,1737(12) keV			3,5(4) µs			(9/2+)
^153m2Gd	171,189(5) keV			76,0(14) µs			(11/2-)
¹⁵⁴Gd	64	90	153,9208656(27)	Observé stable[n 5]			0+
¹⁵⁵Gd[n 6]	64	91	154,9226220(27)	Observé stable[n 7]			3/2-
^155mGd	121,05(19) keV			31,97(27) ms	TI	¹⁵⁵Gd	11/2-
¹⁵⁶Gd[n 6]	64	92	155,9221227(27)	Stable[n 8]			0+
^156mGd	2137,60(5) keV			1,3(1) µs			7-
¹⁵⁷Gd[n 6]	64	93	156,9239601(27)	Stable[n 8]			3/2-
¹⁵⁸Gd[n 6]	64	94	157,9241039(27)	Stable[n 8]			0+
¹⁵⁹Gd[n 6]	64	95	158,9263887(27)	18,479(4) h	β⁻	¹⁵⁹Tb	3/2-
¹⁶⁰Gd[n 6]	64	96	159,9270541(27)	Observé stable[n 9]			0+
¹⁶¹Gd	64	97	160,9296692(29)	3,646(3) min	β⁻	¹⁶¹Tb	5/2-
¹⁶²Gd	64	98	161,930985(5)	8,4(2) min	β⁻	¹⁶²Tb	0+
¹⁶³Gd	64	99	162,93399(32)#	68(3) s	β⁻	¹⁶³Tb	7/2+#
¹⁶⁴Gd	64	100	163,93586(43)#	45(3) s	β⁻	¹⁶⁴Tb	0+
¹⁶⁵Gd	64	101	164,93938(54)#	10,3(16) s	β⁻	¹⁶⁵Tb	1/2-#
¹⁶⁶Gd	64	102	165,94160(64)#	4,8(10) s	β⁻	¹⁶⁶Tb	0+
¹⁶⁷Gd	64	103	166,94557(64)#	3# s	β⁻	¹⁶⁷Tb	5/2-#
¹⁶⁸Gd	64	104	167,94836(75)#	300# ms	β⁻	¹⁶⁸Tb	0+
¹⁶⁹Gd	64	105	168,95287(86)#	1# s	β⁻	¹⁶⁹Tb	7/2-#

En gras pour les isotopes avec des demi-vies plus grandes que l'âge de l'univers (presque stables).
Abréviations :
CE : capture électronique ;
TI : transition isomérique.
Isotopes stables en gras.
Radionucléide primordial.
Théoriquement capable de désintégration α pour donner ¹⁵⁰Sm.
Produit de fission.
Théoriquement capable de désintégration α pour donner ¹⁵¹Sm.
Théoriquement capable de fission spontanée.
Théoriquement capable de double désintégration β⁻β⁻ pour donner ¹⁶⁰Dy avec une demi-vie supérieure à 1,3×10²¹ années.

Notes

Des échantillons géologiques exceptionnels sont connus pour leur composition isotopique en dehors de la fourchette indiquée. L'incertitude de la masse atomique peut dépasser la valeur limite de ces spécimens.
Les valeurs précédées d'un # ne sont pas purement dérivées des données expérimentales, mais au moins en partie à partir des tendances systématiques. Les spins avec de faibles arguments d'affectation sont entre parenthèses.
Les incertitudes sont présentés sous forme concise entre parenthèses après les derniers chiffres correspondants. Les valeurs d'incertitude dénotent un écart-type, à l'exception de la composition isotopique et de la masse atomique standard données par l'UICPA qui utilise des incertitudes élargies.

Notes et références

F. A. Danevich et al., « Quest for double beta decay of ¹⁶⁰Gd and Ce isotopes », Nuclear Physics A, vol. 694,‎ 2001, p. 375 (DOI 10.1016/S0375-9474(01)00983-6, Bibcode 2001NuPhA.694..375D, arXiv nucl-ex/0011020)
(en) Universal Nuclide Chart

Masse des isotopes depuis :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
Compositions isotopiques et masses atomiques standards :
- (en) J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman et P. D. P. Taylor, « Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) », Pure Appl. Chem., vol. 75, n^o 6,‎ 2003, p. 683–800 (DOI 10.1351/pac200375060683, lire en ligne)
- (en) M. E. Wieser, « Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) », Pure Appl. Chem., vol. 78, n^o 11,‎ 2006, p. 2051–2066 (DOI 10.1351/pac200678112051, lire en ligne), résumé
Demi-vies, spins et données sur les isomères sélectionnés depuis les sources suivantes :
- (en) G. Audi, A. H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot et O. Bersillon, « The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties », Nucl. Phys. A, vol. 729,‎ 2003, p. 3–128 (DOI 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001, Bibcode 2003NuPhA.729....3A, lire en ligne [archive du 23 septembre 2008])
- (en) National Nuclear Data Center, « NuDat 2.1 database », Laboratoire national de Brookhaven (consulté en septembre 2005)
- (en) N. E. Holden, CRC Handbook of Chemistry and Physics, D. R. Lide, CRC Press, 2004, 85^e éd., 2712 p. (ISBN 978-0-8493-0485-9, lire en ligne), « Table of the Isotopes », Section 11

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Tableau périodique des isotopes

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