鉄の同位体

鉄の同位体についての詳細

鉄（Fe）は、4つの異なる同位体から構成されており、その中には安定したものと放射性のものがあります。それぞれの同位体の存在比は以下の通りです。54Feが5.845%、56Feが91.754%、57Feが2.119%、58Feが0.282%です。また、60Feは260万年の半減期を持つ放射性同位体ですが、2009年まではその半減期が150万年とされていました。これにより、60Feの特性が変わることがあったものと思われます。

過去の研究では、鉄の同位体の構成を調べることが主に宇宙における元素の合成、特に隕石研究や鉱床の形成に焦点を当てて行われてきました。しかし、最近の10年間で進化した質量分析技術によって、鉄の安定同位体比の微細な変化を定量化できるようになりました。この研究は地球惑星科学の分野で多く見られますが、生物学や産業システムにも応用されています。

56Feは核子当たりの質量が最小であるため、核分裂や核融合を起こさず安定していると考えられていますが、実際には62Niおよび58Feの2つの同位体が最も大きな結合エネルギーを持っています。とはいえ、56Feは軽い核種から簡単に生成できるため、大質量星の内部における元素合成の最終生成物となります。この特性により、宇宙では他の金属に比べて非常に普遍的に存在しています。

隕石SemarkonaおよびChervony Kutに見られる60Ni（60Feの崩壊生成物）と鉄の安定同位体の相関関係は、太陽系形成時における60Feの存在を示しています。おそらく、微惑星の形成の段階で60Feの崩壊熱は、26Alの崩壊熱と共に微惑星の加熱や分化に寄与したと考えられています。

なお、57Feは核スピンが-1/2である唯一の安定同位体であり、これによりメスバウアー効果の試料として広く用いられています。一方、59Feは44.495日の半減期を持ち、鉄の動態検査でも役立っています。

また、同位体のデータには、実験値から導き出されたものだけでなく、ある程度の推定値が含まれていることも理解しておく必要があります。例えば、核スピンに関する明確なデータが不足している場合は、その状態を注釈として表記しています。数値の後ろに括弧で記載されている誤差値は、同位体の構成や標準の原子質量に関連するIUPACによって公表されたものを示しています。これ以外の数値は、標準偏差を元に算出されています。

参考文献

• - G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot, O. Bersillonによる『Nuclear Physics A729 (2003)』の原子量の評価。
• - IUPACによる元素の標準原子量に関する報告書。
• - Nuclear and decay propertiesに関するAudi氏らの評価（Nuc. Phys. A 729）。
• - Brookhaven National LaboratoryのNational Nuclear Data Centerが提供するNuDat 2.1データベースからの情報（2005年取得）。

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