Isotopes du gadolinium
# 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, $^{154}Gd,$ $^{155}Gd,$ $^{156}Gd,$ $^{157}Gd,$ $^{158}Gd$ et $^{160}Gd$ ; ils constituent avec le radioisotope primordial $^{152}Gd$ la totalité du gadolinium naturel. Le plus abondant est $^{158}Gd$ (24,84 %), l'isotope stable le moins abondant est $^{154}Gd$ (2,18 %), et $^{152}Gd$ constitue 0,2 % du gadolinium naturel. On attribue donc au gadolinium une masse atomique standard de 157,25(3) u.

Outre le radioisotope naturel $^{152}G,$ le gadolinium possède de nombreux radioisotopes artificiels avec de longues ou moyennes demi-vies. Le plus stable d'entre eux est $^{150}Gd$ (1,79 Ma), suivi de $^{148}Gd$ (74,6 a), $^{153}Gd$ (240,4 j), $^{151}Gd$ (124 j), $^{146}Gd$ (48,27 j), $^{149}Gd$ (9,28 j), $^{147}Gd$ (38,1 h), et $^{159}Gd$ (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 $^{143m}Gd$ $(t_{1/2}$ de 110 secondes).

Les radioisotopes de nombre de masse strictement inférieur à 146 (ainsi que $^{147}Gd$ et $^{149}Gd)$ 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 $(^{146}Gd,$ $^{151}Gd$ et $^{153}Gd),$ également en isotopes de l'europium, soit par radioactivité α $(^{148}Gd,$ $^{150}Gd$ $^{152}Gd)$ 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 $^{154}Gd,$ $^{155}Gd,$ $^{156}Gd,$ $^{157}Gd,$ $^{158}Gd$ et $^{160}Gd$ et du radioisotope primordial $^{152}Gd$ (qui se désintègre par radioactivité α avec une demi-vie de 1,08 × $10^{14}$ années). $^{160}Gd$ 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 × $10^{21}$ années (environ mille milliards de fois l'âge de l'univers), a été déterminée expérimentalement. $^{154}Gd$ et $^{155}Gd$ sont également soupçonnés de se désintégrer par radioactivité α.

| Isotope | Abondance (pourcentage molaire) |
| - | - |
| $^{152}Gd$ | 0,20 (1) % |
| $^{154}Gd$ | 2,18 (3) % |
| $^{155}Gd$ | 14,80 (12) % |
| $^{156}Gd$ | 20,47 (9) % |
| $^{157}Gd$ | 15,65 (2) % |
| $^{158}Gd$ | 24,84 (7) % |
| $^{160}Gd$ | 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 $(^{153}Gd)$ 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 | Mode(s) de $désintégration^,$ | Isotope(s)-fils | Spin nucléaire |
| - | - | - | - | - | - | - | - |
| Spin nucléaire |||
| $^{134}Gd$ | 64 | 70 | 133,95537(43)# | 0,4# s | | | 0+ |
| $^{135}Gd$ | 64 | 71 | 134,95257(54)# | 1,1(2) s | | | 3/2- |
| $^{136}Gd$ | 64 | 72 | 135,94734(43)# | 1# s [>200 ns] | $β^+$ | $^{136}Eu$ | |
| $^{137}Gd$ | 64 | 73 | 136,94502(43)# | 2,2(2) s | $β^+$ | $^{137}Eu$ | 7/2+# |
| $^{137}Gd$ | 64 | 73 | 136,94502(43)# | 2,2(2) s | $β^+,$ p (rare) | $^{136}Sm$ | 7/2+# |
| $^{138}Gd$ | 64 | 74 | 137,94012(21)# | 4,7(9) s | $β^+$ | $^{138}Eu$ | 0+ |
| $^{138m}Gd$ | 2232,7(11) keV | 2232,7(11) keV | 2232,7(11) keV | 6(1) µs | | | (8-) |
| $^{139}Gd$ | 64 | 75 | 138,93824(21)# | 5,7(3) s | $β^+$ | $^{139}Eu$ | 9/2-# |
| $^{139}Gd$ | 64 | 75 | 138,93824(21)# | 5,7(3) s | $β^+,$ p (rare) | $^{138}Sm$ | 9/2-# |
| $^{139m}Gd$ | 250(150)# keV | 250(150)# keV | 250(150)# keV | 4,8(9) s | | | 1/2+# |
| $^{140}Gd$ | 64 | 76 | 139,93367(3) | 15,8(4) s | $β^+$ | $^{140}Eu$ | 0+ |
| $^{141}Gd$ | 64 | 77 | 140,932126(21) | 14(4) s | $β^+$ (99,97 %) | $^{141}Eu$ | (1/2+) |
| $^{141}Gd$ | 64 | 77 | 140,932126(21) | 14(4) s | $β^+,$ p (0,03 %) | $^{140}Sm$ | (1/2+) |
| $^{141m}Gd$ | 377,8(2) keV | 377,8(2) keV | 377,8(2) keV | 24,5(5) s | $β^+$ (89 %) | $^{141}Eu$ | (11/2-) |
| $^{141m}Gd$ | 377,8(2) keV | 377,8(2) keV | 377,8(2) keV | 24,5(5) s | TI (11 %) | $^{141}Gd$ | (11/2-) |
| $^{142}Gd$ | 64 | 78 | 141,92812(3) | 70,2(6) s | $β^+$ | $^{142}Eu$ | 0+ |
| $^{143}Gd$ | 64 | 79 | 142,92675(22) | 39(2) s | $β^+$ | $^{143}Eu$ | (1/2)+ |
| $^{143}Gd$ | 64 | 79 | 142,92675(22) | 39(2) s | $β^+,$ α (rare) | $^{139}Pm$ | (1/2)+ |
| $^{143}Gd$ | 64 | 79 | 142,92675(22) | 39(2) s | $β^+,$ p (rare) | $^{142}Sm$ | (1/2)+ |
| $^{143m}Gd$ | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 110,0(14) s | $β^+$ | $^{143}Eu$ | (11/2-) |
| $^{143m}Gd$ | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 110,0(14) s | $β^+,$ α (rare) | $^{139}Pm$ | (11/2-) |
| $^{143m}Gd$ | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 152,6(5) keV | 110,0(14) s | $β^+,$ p (rare) | $^{142}Sm$ | (11/2-) |
| $^{144}Gd$ | 64 | 80 | 143,92296(3) | 4,47(6) min | $β^+$ | $^{144}Eu$ | 0+ |
| $^{145}Gd$ | 64 | 81 | 144,921709(20) | 23,0(4) min | $β^+$ | $^{145}Eu$ | 1/2+ |
| $^{145m}Gd$ | 749,1(2) keV | 749,1(2) keV | 749,1(2) keV | 85(3) s | TI (94,3 %) | $^{145}Gd$ | 11/2- |
| $^{145m}Gd$ | 749,1(2) keV | 749,1(2) keV | 749,1(2) keV | 85(3) s | $β^+$ (5,7 %) | $^{145}Eu$ | 11/2- |
| $^{146}Gd$ | 64 | 82 | 145,918311(5) | 48,27(10) j | CE | $^{146}Eu$ | 0+ |
| $^{147}Gd$ | 64 | 83 | 146,919094(3) | 38,06(12) h | $β^+$ | $^{147}Eu$ | 7/2- |
| $^{147m}Gd$ | 8587,8(4) keV | 8587,8(4) keV | 8587,8(4) keV | 510(20) ns | | | (49/2+) |
| $^{148}Gd$ | 64 | 84 | 147,918115(3) | 74,6(30) a | α | $^{144}Sm$ | 0+ |
| $^{148}Gd$ | 64 | 84 | 147,918115(3) | 74,6(30) a | $β^+β^+$ (rare) | $^{148}Sm$ | 0+ |
| $^{149}Gd$ | 64 | 85 | 148,919341(4) | 9,28(10) j | $β^+$ | $^{149}Eu$ | 7/2- |
| $^{149}Gd$ | 64 | 85 | 148,919341(4) | 9,28(10) j | α $(4,34×10^{−4}%)$ | $^{145}Sm$ | 7/2- |
| $^{150}Gd$ | 64 | 86 | 149,918659(7) | $1,79(8)×10^6$ a | α | $^{146}Sm$ | 0+ |
| $^{150}Gd$ | 64 | 86 | 149,918659(7) | $1,79(8)×10^6$ a | $β^+β^+$ (rare) | $^{150}Sm$ | 0+ |
| $^{151}Gd$ | 64 | 87 | 150,920348(4) | 124(1) j | CE | $^{151}Eu$ | 7/2- |
| $^{151}Gd$ | 64 | 87 | 150,920348(4) | 124(1) j | α $(10^{−6}%)$ | $^{147}Sm$ | 7/2- |
| $^{152}Gd$ | 64 | 88 | 151,9197910(27) | $1,08(8)×10^{14}$ a | α | $^{148}Sm$ | 0+ |
| $^{153}Gd$ | 64 | 89 | 152,9217495(27) | 240,4(10) j | CE | $^{153}Eu$ | 3/2- |
| $^{153m1}Gd$ | 95,1737(12) keV | 95,1737(12) keV | 95,1737(12) keV | 3,5(4) µs | | | (9/2+) |
| $^{153m2}Gd$ | 171,189(5) keV | 171,189(5) keV | 171,189(5) keV | 76,0(14) µs | | | (11/2-) |
| $^{154}Gd$ | 64 | 90 | 153,9208656(27) | Observé stable | Observé stable | Observé stable | 0+ |
| $^{155}Gd$ | 64 | 91 | 154,9226220(27) | Observé stable | Observé stable | Observé stable | 3/2- |
| $^{155m}Gd$ | 121,05(19) keV | 121,05(19) keV | 121,05(19) keV | 31,97(27) ms | TI | $^{155}Gd$ | 11/2- |
| $^{156}Gd$ | 64 | 92 | 155,9221227(27) | Stable | Stable | Stable | 0+ |
| $^{156m}Gd$ | 2137,60(5) keV | 2137,60(5) keV | 2137,60(5) keV | 1,3(1) µs | | | 7- |
| $^{157}Gd$ | 64 | 93 | 156,9239601(27) | Stable | Stable | Stable | 3/2- |
| $^{158}Gd$ | 64 | 94 | 157,9241039(27) | Stable | Stable | Stable | 0+ |
| $^{159}Gd$ | 64 | 95 | 158,9263887(27) | 18,479(4) h | $β^−$ | $^{159}Tb$ | 3/2- |
| $^{160}Gd$ | 64 | 96 | 159,9270541(27) | Observé stable | Observé stable | Observé stable | 0+ |
| $^{161}Gd$ | 64 | 97 | 160,9296692(29) | 3,646(3) min | $β^−$ | $^{161}Tb$ | 5/2- |
| $^{162}Gd$ | 64 | 98 | 161,930985(5) | 8,4(2) min | $β^−$ | $^{162}Tb$ | 0+ |
| $^{163}Gd$ | 64 | 99 | 162,93399(32)# | 68(3) s | $β^−$ | $^{163}Tb$ | 7/2+# |
| $^{164}Gd$ | 64 | 100 | 163,93586(43)# | 45(3) s | $β^−$ | $^{164}Tb$ | 0+ |
| $^{165}Gd$ | 64 | 101 | 164,93938(54)# | 10,3(16) s | $β^−$ | $^{165}Tb$ | 1/2-# |
| $^{166}Gd$ | 64 | 102 | 165,94160(64)# | 4,8(10) s | $β^−$ | $^{166}Tb$ | 0+ |
| $^{167}Gd$ | 64 | 103 | 166,94557(64)# | 3# s | $β^−$ | $^{167}Tb$ | 5/2-# |
| $^{168}Gd$ | 64 | 104 | 167,94836(75)# | 300# ms | $β^−$ | $^{168}Tb$ | 0+ |
| $^{169}Gd$ | 64 | 105 | 168,95287(86)# | 1# s | $β^−$ | $^{169}Tb$ | 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 $^{150}Sm.$
* 1 2 3 4 5 6 Produit de fission.
* ↑ Théoriquement capable de désintégration α pour donner $^{151}Sm.$
* 1 2 3 Théoriquement capable de fission spontanée.
* ↑ Théoriquement capable de double désintégration $β^−β^−$ pour donner $^{160}Dy$ avec une demi-vie supérieure à $1,3×10^{21}$ années.
