氙的同位素

氙的同位素，¹³³Xe
基本
符號	133Xe
名稱	氙的同位素、Xe-133、氙-133
原子序	54
中子數	79
核素数据
豐度	人造
半衰期	5.243(1) 天
衰变产物	133Cs
原子量	132.9059107 u
自旋	3/2+
衰變模式
衰变类型	衰变能量（MeV）
β−	0.427
	氙的同位素 ; 完整核素表

主要的氙同位素
標準原子質量（英语：Standard atomic weight） (Ar, 標準)	131.293(6);
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氙（Xe，原子量：131.293(6)）的同位素，其中有5個穩定同位素和2個觀測上穩定的同位素，這7種同位素都可以在天然的氙元素中找到，是所有元素中，穩定元素第二多的元素。除這些穩定同位素之外，氙還有40多種不穩定同位素。其中壽命最長的為¹²⁴Xe，它會進行雙β衰變，半衰期為2.11×10²¹年。氙同位素的相對比例對研究太陽系早期歷史有重要的作用。^[5]

自然存在的氙同位素

在自然存在的氙元素中存在9種不同的氙同位素，其中有5個穩定同位素、2個觀測上穩定的同位素和2個极微弱放射性同位素。由於¹³⁴Xe根據預測能夠進行雙重β衰變，但這未經實驗證明，因此该同位素仍被認為是穩定的^[6]。氙是自然存在同位素第二多的元素，最多的是錫，其共有7個穩定同位素和3個觀測上穩定的同位素。穩定同位素數量高於7個的元素只有錫^[7]。

在自然存在的氙同位素中，豐度最高的是氙-132，佔26.9%、其次為氙-129，佔26.4%、再來是氙-131，佔21.2%、以及氙-134，佔10.4%、還有氙-136，佔8.86%，其餘豐度皆在5%以下，包括氙-130（豐度：4.07%）、氙-128（豐度：1.91%）、氙-124（豐度：0.095%）以及氙-126（豐度：0.089%），其中氙-136和氙-124有微弱的放射性，前者會經由雙重β衰變衰變成鋇-136，半衰期約2×10²¹年，后者会经由双电子俘获衰变成碲-124，半衰期约1.8×10²²年。

能夠形成氙的自然過程包括：超新星爆炸，^[8]紅巨星用盡氫燃料進入漸近巨星分支後的慢中子捕獲過程（s-過程），^[9]一般新星爆炸，^[10]以及碘、鈾和鈈等元素的放射性衰變。 ^[11]

氙-124

氙-124是一种自然存在的氙放射性同位素之一，在天然氙元素中第二少的同位素，豐度約為0.095%。最少的是氙-126，豐度約只有0.089%。¹²⁴Xe能夠進行双电子俘获衰变成碲-124，半衰期约1.8×10²²年^[12]。

氙-129

氙-129是氙的穩定同位素之一，豐度約為26.4%，是天然氙元素中第二多的同位素。最多的是氙-132，豐度約為26.9%。

氙-129是碘-129的衰變產物，半衰期約為1.614×10⁷年^[13]，由於太陽系形成早期的碘-129幾乎都衰變成氙-129了，因此有時會稱碘-129是一種已滅絕的天然放射性同位素，也因此，氙-129的比例對研究太陽系早期歷史有重要的作用^[5]。

氙-129有兩種核同質異能素，其中基態的氙-129質量為128.9047794，質量欠缺為-88.6960MeV，具有自旋1/2，由於¹²⁹Xe原子核的自旋為1/2，所以其電四極矩為零，故¹²⁹Xe核在與其他原子撞擊時，不會有任何四極相互作用。這使得它的超極化狀態能夠持續更長的時間，甚至在激光束關閉及鹼氣體在室溫表面冷凝後，仍能保留該狀態。¹²⁹Xe的自旋極化在血液中能持續數秒，^[14]在氣態下持續數小時，^[15]并在深度冷凍的固態下持續數天。^[16]

另外一種核同質異能素為氙-129m，激發能量為236.14 keV，但比基態的氙-129還不穩定，半衰期只有8天19時，會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙-129，並釋放γ射綫光子。

在醫學上，超極化的¹²⁹Xe同位素在磁共振造影中更易檢測，所以被用於研究包括肺在內的各種器官，例如肺內氣體的流動。^[17]^[18]

氙-131

氙-131是一種自然存在的氙同位素之一，在天然氙元素中排第三位，豐度約為21.2%，與前兩個同位素氙-132、氙-129相當，約各佔三分之一。

氙-131與氙-129都具有非零的固有角動量（自旋，可用於核磁共振）。利用圓極化光和銣氣體，氙的核自旋對齊可以超越普通的極化。^[19]如此產生的自旋極化能夠超過其最高可能值的50%，遠遠大於玻爾茲曼分佈的平衡值（在室溫下通常不超過最高值的0.001%）。這種非平衡態的自旋對齊是短暫的，稱為超極化現象。對氙進行超極化的過程叫做光抽運（但不同於激光抽運）。^[20]

氙-131有一種核同質異能素激發能量為163.930 keV，半衰期不到12天，會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙-131，並釋放γ射綫光子。

氙-134

氙-134是一種自然存在的氙同位素之一，在天然氙元素中排第四位，豐度約為10.4%，是一種觀測上穩定的同位素。它理论上能通过雙重β衰變衰變成钡-134，但其衰变未經實驗发现，半衰期至少2.8×10²²年。^[21]

氙-136

氙-136是一種自然存在的氙放射性同位素之一，在天然氙元素中第五多的同位素，豐度約為8.86%，具有微弱的放射性，會經由雙重β衰變，衰變成鋇-136。氙-136具有極長的半衰期2.165×10²¹年，其壽命已超過宇宙年齡^[2]^[3]。

氙的放射性同位素

氙有40多種不穩定的放射性同位素，其中壽命最長的為¹²⁴Xe，它會進行双电子俘获衰變，半衰期為1.8×10²²年^[12]。另外^131mXe、¹³³Xe、^133mXe和¹³⁵Xe都是²³⁵U和²³⁹Pu的核裂變產物，^[11]因此被用作探測核爆炸的發生。

氙-113

氙-113是氙的放射性同位素之一，是氙的同位素中衰變時會有最多衰變方式的核素^[22]^[23]。氙-113的質量欠缺約為-62.2036 MeV^[24]，半衰期有2.74秒，其衰變時92.98%的氙-113經過正电子发射衰變成碘-113、7%的氙-113會釋放出一個正電子和一個電微中子^[25]和一個質子衰變成碲-112、有0.011%的氙-113會發生α衰變，衰變成碲-109，其餘的氙-113則會同時釋放正電子及α粒子。

氙-123

氙-123是氙的同位素中，唯二會進行电子俘获衰變的同位素之一，半衰期約為兩小時，另外一種會進行电子俘获衰變的同位素是氙-127。

氙-127

氙-127是氙的同位素中，唯二會進行电子俘获衰變的同位素中，穩定性最佳的同位素，比另外一種會進行电子俘获衰變的氙-123半衰期長，氙-127的半衰期超過一個月，約為36天，而氙-123半衰期約只有兩小時。氙-127和氙-123同樣擁有一種核同質異能素，同樣是以氙-127較為穩定：127m
Xe
半衰期為69秒，而123m
Xe
僅有5微秒^[26]。

氙-133

氙-133是氙的放射性同位素之一，會經由β衰變衰變成銫-133，半衰期約5天6小時，可以用於醫療用途中，在醫療藥品中稱為Xeneisol，解剖学治疗学及化学分类系统代碼為V09EX03。氙-133是可以進行肺部成像的吸入評估肺功能的放射性同位素^[27]，它還可用於將血液流動成像，尤其是在大腦中^[28]，放射性同位素¹³³Xe的伽馬射線也可用來對心、肺和腦進行成像，例如單光子發射電腦攝影。¹³³Xe也被用於測量血流。^[29]^[30]^[31]。此外，氙-133也是一種裂變產物。

氙-135

氙-135是氙的放射性同位素之一，會經由β衰變衰變成銫-135，半衰期約9小時8分鐘，可在核反應爐中對可以裂變物質進行中子照射產生。^[32]¹³⁵Xe在核裂變反應爐中具有重要的作用。¹³⁵Xe的熱中子截面很高（2.6×10⁶靶恩），^[33]因此可用作中子吸收劑或中子毒物，從而減慢或停止連鎖反應。美國曼哈頓計劃中用來產生鈈元素的最早期反應爐就用到了氙的這一作用。^[34]¹³⁵Xe在反應爐中作為中子毒物，對切爾諾貝爾核事故有著重要的影響。^[35]反應爐的關閉或功率的降低可以造成¹³⁵Xe的積聚，使反應爐進入所謂的碘坑（或稱氙坑）狀態。氙-135是核反應爐中最重要的中子吸收劑，可通過碘-135的衰變產生。^[33]

氙-135有一種核同質異能素，135m
Xe
，激發能量約為526.551 keV，但半衰期比基態的氙-135短得多，只有約15分鐘。大部分的135m
Xe
會經由核異構轉變衰變，躍遷回基態的氙-135，只有少數的135m
Xe
，約2萬5千個135m
Xe
中，只有1個135m
Xe
會發生貝他衰變衰變成銫-135。

圖表

符號	Z	N	同位素質量（u）^[26]^[36] ^{[n 1]}^{[n 2]}	半衰期 ^{[n 1]}^{[n 2]}^{[n 3]}	衰變方式^[23]	衰變產物 ^{[n 4]}	原子核自旋^{[n 1]}	相對豐度（莫耳分率）^{[n 2]}	相對豐度的變化量（莫耳分率）
符號	激發能量^{[n 2]}			半衰期 ^{[n 1]}^{[n 2]}^{[n 3]}	衰變方式^[23]	衰變產物 ^{[n 4]}	原子核自旋^{[n 1]}	相對豐度（莫耳分率）^{[n 2]}	相對豐度的變化量（莫耳分率）
¹⁰⁸Xe^[37]	54	54		6995580000000000000♠58+106 −23 µs	α	¹⁰⁴Te	0+
¹⁰⁹Xe	54	55		13(2) ms	α	¹⁰⁵Te
¹¹⁰Xe	54	56	109.94428(14)	310(190) ms [105(+35-25) ms]	β⁺	¹¹⁰I	0+
¹¹⁰Xe	54	56	109.94428(14)	310(190) ms [105(+35-25) ms]	α	¹⁰⁶Te	0+
111 Xe	54	57	110.94160(33)#	740(200) ms	β⁺ (90%)	¹¹¹I	5/2+#
111 Xe	54	57	110.94160(33)#	740(200) ms	α (10%)	¹⁰⁷Te	5/2+#
¹¹²Xe	54	58	111.93562(11)	2.7(8) s	β⁺ (99.1%)	¹¹²I	0+
¹¹²Xe	54	58	111.93562(11)	2.7(8) s	α (.9%)	¹⁰⁸Te	0+
¹¹³Xe	54	59	112.93334(9)	2.74(8) s	β⁺ (92.98%)	¹¹³I	(5/2+)#
					β⁺, p (7%)	¹¹²Te
					α (.011%)	¹⁰⁹Te
					β⁺, α (.007%)	¹⁰⁹Sb
¹¹⁴Xe	54	60	113.927980(12)	10.0(4) s	β⁺	¹¹⁴I	0+
¹¹⁵Xe	54	61	114.926294(13)	18(4) s	β⁺ (99.65%)	¹¹⁵I	(5/2+)
					β⁺, p (.34%)	¹¹⁴Te
					β⁺, α (3×10⁻⁴%)	¹¹¹Sb
¹¹⁶Xe	54	62	115.921581(14)	59(2) s	β⁺	¹¹⁶I	0+
¹¹⁷Xe	54	63	116.920359(11)	61(2) s	β⁺ (99.99%)	¹¹⁷I	5/2(+)
¹¹⁷Xe	54	63	116.920359(11)	61(2) s	β⁺, p (.0029%)	¹¹⁶Te	5/2(+)
¹¹⁸Xe	54	64	117.916179(11)	3.8(9) min	β⁺	¹¹⁸I	0+
¹¹⁹Xe	54	65	118.915411(11)	5.8(3) min	β⁺	¹¹⁹I	5/2(+)
¹²⁰Xe	54	66	119.911784(13)	40(1) min	β⁺	¹²⁰I	0+
¹²¹Xe	54	67	120.911462(12)	40.1(20) min	β⁺	¹²¹I	(5/2+)
¹²²Xe	54	68	121.908368(12)	20.1(1) h	β⁺	¹²²I	0+
¹²³Xe	54	69	122.908482(10)	2.08(2) h	ε	¹²³I	1/2+
^123mXe	185.18(22) keV			5.49(26) µs			7/2(-)
¹²⁴Xe^{[n 5]}	54	70	123.905893(2)	1.8(0.5 (stat) 0.1 (sys))×10²² yr^[12]	εε	¹²⁴Te	0+	9.52(3)×10⁻⁴
¹²⁵Xe	54	71	124.9063955(20)	16.9(2) h	β⁺	¹²⁵I	1/2(+)
^125m1Xe	252.60(14) keV			56.9(9) s	IT	¹²⁵Xe	9/2(-)
^125m2Xe	295.86(15) keV			0.14(3) µs			7/2(+)
¹²⁶Xe	54	72	125.904274(7)	觀測上穩定^{[n 6]}			0+	8.90(2)×10⁻⁴
¹²⁷Xe	54	73	126.905184(4)	36.345(3) d	ε	¹²⁷I	1/2+
^127mXe	297.10(8) keV			69.2(9) s	IT	¹²⁷Xe	9/2-
¹²⁸Xe	54	74	127.9035313(15)	稳定			0+	0.019102(8)
¹²⁹Xe^{[n 7]}	54	75	128.9047794(8)	稳定			1/2+	0.264006(82)
^129mXe	236.14(3) keV			8.88(2) d	IT	¹²⁹Xe	11/2-
¹³⁰Xe	54	76	129.9035080(8)	稳定			0+	0.040710(13)
¹³¹Xe^{[n 8]}	54	77	130.9050824(10)	稳定			3/2+	0.212324(30)
^131mXe	163.930(8) keV			11.934(21) d	IT	¹³¹Xe	11/2-
132 Xe ^{[n 8]}	54	78	131.9041535(10)	稳定			0+	0.269086(33)
^132mXe	2752.27(17) keV			8.39(11) ms	IT	¹³²Xe	(10+)
¹³³Xe^{[n 8]}^{[n 9]}	54	79	132.9059107(26)	5.2475(5) d	β⁻	¹³³Cs	3/2+
^133mXe	233.221(18) keV			2.19(1) d	IT	¹³³Xe	11/2-
¹³⁴Xe^{[n 8]}	54	80	133.9053945(9)	觀測上穩定 ^{[n 10]}			0+	0.104357(21)
^134m1Xe	1965.5(5) keV			290(17) ms	IT	¹³⁴Xe	7-
^134m2Xe	3025.2(15) keV			5(1) µs			(10+)
135 Xe	54	81	134.907227(5)	9.14(2) h	β⁻	¹³⁵Cs	3/2+
^135mXe	526.551(13) keV			15.29(5) min	IT (99.99%)	¹³⁵Xe	11/2-
^135mXe	526.551(13) keV			15.29(5) min	β⁻ (.004%)	¹³⁵Cs	11/2-
¹³⁶Xe^{[n 5]}	54	82	135.907219(8)	2.165(0.016 (stat) 0.059 (sys))×1021 yr^[2]	β⁻β⁻	¹³⁶Ba	0+	0.088573(44)
^136mXe	1891.703(14) keV			2.95(9) µs			6+
¹³⁷Xe	54	83	136.911562(8)	3.818(13) min	β⁻	¹³⁷Cs	7/2-
¹³⁸Xe	54	84	137.91395(5)	14.08(8) min	β⁻	¹³⁸Cs	0+
¹³⁹Xe	54	85	138.918793(22)	39.68(14) s	β⁻	¹³⁹Cs	3/2-
¹⁴⁰Xe	54	86	139.92164(7)	13.60(10) s	β⁻	¹⁴⁰Cs	0+
¹⁴¹Xe	54	87	140.92665(10)	1.73(1) s	β⁻ (99.45%)	¹⁴¹Cs	5/2(-#)
¹⁴¹Xe	54	87	140.92665(10)	1.73(1) s	β⁻, n (.043%)	¹⁴⁰Cs	5/2(-#)
¹⁴²Xe	54	88	141.92971(11)	1.22(2) s	β⁻ (99.59%)	¹⁴²Cs	0+
¹⁴²Xe	54	88	141.92971(11)	1.22(2) s	β⁻, n (.41%)	¹⁴¹Cs	0+
¹⁴³Xe	54	89	142.93511(21)#	0.511(6) s	β⁻	¹⁴³Cs	5/2-
¹⁴⁴Xe	54	90	143.93851(32)#	0.388(7) s	β⁻	¹⁴⁴Cs	0+
¹⁴⁴Xe	54	90	143.93851(32)#	0.388(7) s	β⁻, n	¹⁴³Cs	0+
¹⁴⁵Xe	54	91	144.94407(32)#	188(4) ms	β⁻	¹⁴⁵Cs	(3/2-)#
¹⁴⁶Xe	54	92	145.94775(43)#	146(6) ms	β⁻	¹⁴⁶Cs	0+
¹⁴⁷Xe	54	93	146.95356(43)#	130(80) ms [0.10(+10-5) s]	β⁻	¹⁴⁷Cs	3/2-#
¹⁴⁷Xe	54	93	146.95356(43)#	130(80) ms [0.10(+10-5) s]	β⁻, n	¹⁴⁶Cs	3/2-#
¹⁴⁸Xe	54	94		85(15) ms	β⁻	¹⁴⁸Cs	0+
¹⁴⁹Xe	54	95		50 ms#			3/2−#
¹⁵⁰Xe	54	96		40 ms#			0+

^ ^1.0 ^1.1 ^1.2 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。
^ 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。
^ 穩定的衰變產物以粗體表示。
^ ^5.0 ^5.1 原生核素
^ 理論上會經由β⁺β⁺衰變，衰變成¹²⁶Te
^ 可用於研究太陽系歷史^[5]，測定某些事件的時間
^ ^8.0 ^8.1 ^8.2 ^8.3 核裂变产物
^ 有醫療用途
^ 理論上會經由β⁻β⁻衰變，衰變成¹³⁴Ba，半衰期超過2.8×10²²年。^[21]

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参考文獻

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[hash-37] 1.0 ^1.1 ^1.2 畫上#號的數據代表沒有經過實驗的証明，僅為理論推測。

[brackets-38] 2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 用括號括起來的數據代表不確定性。

[39] 半衰期超过5亿年的同位素以粗體表示。

[40] 穩定的衰變產物以粗體表示。

[PN-42] 5.0 ^5.1 原生核素

[43] 理論上會經由β⁺β⁺衰變，衰變成¹²⁶Te

[44] 可用於研究太陽系歷史^[5]，測定某些事件的時間

[FP-45] 8.0 ^8.1 ^8.2 ^8.3 核裂变产物

[Med-46] 有醫療用途

[47] 理論上會經由β⁻β⁻衰變，衰變成¹³⁴Ba，半衰期超過2.8×10²²年。^[21]

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