天然の鉄(Fe)は4種の同位体からなり、その存在比は、半減期3.1×1022年以上の54Feが5.845%、安定同位体の56Feが91.754%、57Feが2.119%、58Feが0.282%である。60Feは半減期が260万年の消滅放射性核種である。ただし、60Feは2009年まで半減期が150万年とされていた。
鉄の同位体構成を計測する過去の研究の多くは、宇宙の元素合成(隕石研究)と鉱床形成に起因する60Feの変化の測定に集中したが、最近10年間の質量分析技術の進歩によって、鉄の安定同位体比の微小な割合変化を検出・定量化することが可能になった。この研究の多くは地球惑星科学分野でなされているが、生物学や産業システムでの応用もされ始めている[1]。
56Feは核子当たりの質量が最も小さい原子である。そのため、最も安定な原子核であり核分裂反応も核融合もせずエネルギーを放出しないと誤解されるが、核子当たりの結合エネルギーが最大となるのは62Niと58Feの2核種である。しかし、56Feは核反応において軽い核種から容易に作り出すことができるため、大質量星内部の元素合成の終点であり、宇宙空間では他の金属と比較してもより一般的である。
隕石SemarkonaとChervony Kut中の60Ni(60Feの崩壊生成物)と鉄の安定同位体の存在度の相関から、太陽系形成時の60Feの存在が明らかになった。おそらく微惑星の形成時、60Feの崩壊熱は26Alの崩壊熱とともに、微惑星の再溶融と分化に寄与したものと考えられる。
安定同位体のうち57Feだけが核スピン(-1/2)を有する。このため、57Feはメスバウアー効果の試料として最も用いられる。59Fe(半減期44.495日)は、鉄動態検査に用いられている。
一覧
同位体核種
|
Z(p)
|
N(n)
|
同位体質量 (u)
|
半減期
|
核スピン数
|
天然存在比
|
天然存在比 (範囲)
|
励起エネルギー
|
45Fe
|
26
|
19
|
45.01458(24)#
|
4.9(15) ms [3.8(+20-8) ms]
|
3/2+#
|
|
|
46Fe
|
26
|
20
|
46.00081(38)#
|
9(4) ms [12(+4-3) ms]
|
0+
|
|
|
47Fe
|
26
|
21
|
46.99289(28)#
|
21.8(7) ms
|
7/2-#
|
|
|
48Fe
|
26
|
22
|
47.98050(8)#
|
44(7) ms
|
0+
|
|
|
49Fe
|
26
|
23
|
48.97361(16)#
|
70(3) ms
|
(7/2-)
|
|
|
50Fe
|
26
|
24
|
49.96299(6)
|
155(11) ms
|
0+
|
|
|
51Fe
|
26
|
25
|
50.956820(16)
|
305(5) ms
|
5/2-
|
|
|
52Fe
|
26
|
26
|
51.948114(7)
|
8.275(8) h
|
0+
|
|
|
52mFe
|
6.81(13) MeV
|
45.9(6) s
|
(12+)#
|
|
|
53Fe
|
26
|
27
|
52.9453079(19)
|
8.51(2) min
|
7/2-
|
|
|
53mFe
|
3040.4(3) keV
|
2.526(24) min
|
19/2-
|
|
|
54Fe
|
26
|
28
|
53.9396105(7)
|
STABLE (>3.1×1022 a)
|
0+
|
0.05845(35)
|
0.05837-0.05861
|
54mFe
|
6526.9(6) keV
|
364(7) ns
|
10+
|
|
|
55Fe
|
26
|
29
|
54.9382934(7)
|
2.737(11) a
|
3/2-
|
|
|
56Fe
|
26
|
30
|
55.9349375(7)
|
STABLE
|
0+
|
0.91754(36)
|
0.91742-0.91760
|
57Fe
|
26
|
31
|
56.9353940(7)
|
STABLE
|
1/2-
|
0.02119(10)
|
0.02116-0.02121
|
58Fe
|
26
|
32
|
57.9332756(8)
|
STABLE
|
0+
|
0.00282(4)
|
0.00281-0.00282
|
59Fe
|
26
|
33
|
58.9348755(8)
|
44.495(9) d
|
3/2-
|
|
|
60Fe
|
26
|
34
|
59.934072(4)
|
2.6(3)E+6 a
|
0+
|
|
|
61Fe
|
26
|
35
|
60.936745(21)
|
5.98(6) min
|
3/2-,5/2-
|
|
|
61mFe
|
861(3) keV
|
250(10) ns
|
9/2+#
|
|
|
62Fe
|
26
|
36
|
61.936767(16)
|
68(2) s
|
0+
|
|
|
63Fe
|
26
|
37
|
62.94037(18)
|
6.1(6) s
|
(5/2)-
|
|
|
64Fe
|
26
|
38
|
63.9412(3)
|
2.0(2) s
|
0+
|
|
|
65Fe
|
26
|
39
|
64.94538(26)
|
1.3(3) s
|
1/2-#
|
|
|
65mFe
|
364(3) keV
|
430(130) ns
|
(5/2-)
|
|
|
66Fe
|
26
|
40
|
65.94678(32)
|
440(40) ms
|
0+
|
|
|
67Fe
|
26
|
41
|
66.95095(45)
|
394(9) ms
|
1/2-#
|
|
|
67mFe
|
367(3) keV
|
64(17) µs
|
(5/2-)
|
|
|
68Fe
|
26
|
42
|
67.95370(75)
|
187(6) ms
|
0+
|
|
|
69Fe
|
26
|
43
|
68.95878(54)#
|
109(9) ms
|
1/2-#
|
|
|
70Fe
|
26
|
44
|
69.96146(64)#
|
94(17) ms
|
0+
|
|
|
71Fe
|
26
|
45
|
70.96672(86)#
|
30# ms [>300 ns]
|
7/2+#
|
|
|
72Fe
|
26
|
46
|
71.96962(86)#
|
10# ms [>300 ns]
|
0+
|
|
|
- #でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。
- 数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。
脚注
- ^ Dauphas, N. & Rouxel, O. 2006. Mass spectrometry and natural variations of iron isotopes. Mass Spectrometry Reviews, 25, 515-550
参考文献
- Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
- Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
- Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
- Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
- National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
- David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.