Изотопы железа

Изото́пы желе́за — разновидности химического элемента железа, имеющие разное количество нейтронов в ядре. Известны изотопы железа с массовыми числами от 45 до 72 (количество протонов в ядре железа всегда 26, нейтронов от 19 до 46) и 6 ядерных изомеров.

Природное железо представляет собой смесь четырёх стабильных изотопов:

Из искусственных изотопов железа наиболее устойчивые 60Fe (период полураспада 2,62 миллиона лет[1]), 55Fe (2,737 года), 59Fe (44,495 суток) и 52Fe (8,275 часа); остальные изотопы имеют период полураспада менее 10 минут[2].

Железо-55
См.также: Железо-55

Период полураспада 2,7 года, схема распада электронный захват (вероятность 100 %), при последующем перестроении электронной оболочки излучает характеристическое рентгеновское излучение 5,9 кэВ[3]. Применяют в рентгеновских установках как автономный источник рентгеновского излучения. Получают облучением никеля-58 протонами в ускорителе:

.

Железо-56
Энергия связи в зависимости от количества нуклонов в ядре
Основная статья: Железо-56

Стабильный изотоп 56Fe примечателен самой низкой атомной массой в пересчёте на нуклон. Это означает, что энергия связи нуклонов максимальна. Однако из-за небольшой разницы в массе протона и нейтрона лавры самой высокой энергии связи нуклонов в ядре у никеля-62.

Железо-57

Стабильный изотоп железо-57 применяется в мёссбауэровской спектроскопии[4].

В России получают методом центрифужного разделения изотопов с 1971 года[5].

Железо-59

Радиоактивный изотоп железо-59 испытывает β−-распад в стабильный кобальт-59, излучая бета-частицы с максимальными энергиями 0,46 и 0,27 МэВ и гамма-кванты с энергиями 1,1 и 1,3 МэВ[6]. Период полураспада 44,5 суток.

В медицине изотоп железо-59 применяется при ранней диагностике онкологических заболеваний молочной железы у женщин[7][8]. В организме здорового человека более половины железа входит в гемоглобин. Принцип действия препарата заключается в распространении биологически усвоенного железа с током крови и избирательном накоплении в клетках опухолевой ткани. Уровень накопления изотопа в органах выявляется с помощью гамма-камеры.

В России радиофармпрепарат на основе 59Fe производит Обнинский филиал Научно-исследовательского физико-химического института имени Л. Я. Карпова[9].

Таблица изотопов железа
Символ
нуклида		 Z(p) N(n) Масса изотопа[10]
(а. е. м.)		 Период
полураспада[2]
(T1/2)		 Канал распада Продукт распада Спин и чётность
ядра[2]		 Распространённость
изотопа в природе		 Диапазон изменения изотопной распространённости в природе
Энергия возбуждения
45Fe 26 19 45,01458(24)# 1,89(49) мс β+ (30%) 45Mn 3/2+#
2p (70%) 43Cr
46Fe 26 20 46,00081(38)# 9(4) мс
[12(+4-3) мс]		 β+ (>99,9%) 46Mn 0+
β+, p (<.1%) 45Cr
47Fe 26 21 46,99289(28)# 21,8(7) мс β+ (>99,9%) 47Mn 7/2−#
β+, p (<.1%) 46Cr
48Fe 26 22 47,98050(8)# 44(7) мс β+ (96,41%) 48Mn 0+
β+, p (3,59%) 47Cr
49Fe 26 23 48,97361(16)# 70(3) мс β+, p (52%) 48Cr (7/2−)
β+ (48%) 49Mn
50Fe 26 24 49,96299(6) 155(11) мс β+ (>99,9%) 50Mn 0+
β+, p (<.1%) 49Cr
51Fe 26 25 50,956820(16) 305(5) мс β+ 51Mn 5/2−
52Fe 26 26 51,948114(7) 8,275(8) ч β+ 52mMn 0+
52mFe 6,81(13) МэВ 45,9(6) с β+ 52Mn (12+)#
53Fe 26 27 52,9453079(19) 8,51(2) мин β+ 53Mn 7/2−
53mFe 3040,4(3) кэВ 2,526(24) мин ИП 53Fe 19/2−
54Fe 26 28 53,9396090(5) стабилен[прим. 1] 0+ 0,05845(35) 0,05837–0,05861
54mFe 6526,9(6) кэВ 364(7) нс 10+
55Fe 26 29 54,9382934(7) 2,737(11) лет ЭЗ 55Mn 3/2−
56Fe 26 30 55,9349363(5) стабилен 0+ 0,91754(36) 0,91742–0,91760
57Fe 26 31 56,9353928(5) стабилен 1/2− 0,02119(10) 0,02116–0,02121
58Fe 26 32 57,9332744(5) стабилен 0+ 0,00282(4) 0,00281–0,00282
59Fe 26 33 58,9348755(8) 44,495(9) сут β− 59Co 3/2−
60Fe 26 34 59,934072(4) 2,6⋅106 лет β− 60Co 0+
61Fe 26 35 60,936745(21) 5,98(6) мин β− 61Co 3/2−,5/2−
61mFe 861(3) кэВ 250(10) нс 9/2+#
62Fe 26 36 61,936767(16) 68(2) с β− 62Co 0+
63Fe 26 37 62,94037(18) 6,1(6) с β− 63Co (5/2)−
64Fe 26 38 63,9412(3) 2,0(2) с β− 64Co 0+
65Fe 26 39 64,94538(26) 1,3(3) с β− 65Co 1/2−#
65mFe 364(3) кэВ 430(130) нс (5/2−)
66Fe 26 40 65,94678(32) 440(40) мс β− (>99,9%) 66Co 0+
β−, n (<.1%) 65Co
67Fe 26 41 66,95095(45) 394(9) мс β− (>99,9%) 67Co 1/2−#
β−, n (<.1%) 66Co
67mFe 367(3) кэВ 64(17) мкс (5/2−)
68Fe 26 42 67,95370(75) 187(6) мс β− (>99,9%) 68Co 0+
β−, n 67Co
69Fe 26 43 68,95878(54)# 109(9) мс β− (>99,9%) 69Co 1/2−#
β−, n (<.1%) 68Co
70Fe 26 44 69,96146(64)# 94(17) мс 0+
71Fe 26 45 70,96672(86)# 30# мс
[>300 нс]		 7/2+#
72Fe 26 46 71,96962(86)# 10# мс
[>300 нс]		 0+
β+ — позитронный распад; β- — электронный распад; p — протонный распад; n — нейтронный распад; ЭЗ — электронный захват; ИП — изомерный переход.
  1. Теоретически может претерпевать двойной электронный захват в 54Cr.

Пояснения к таблице
  • Распространённость изотопов приведена для большинства природных образцов. Для других источников значения могут сильно отличаться.
  • Индексами 'm', 'n', 'p' (рядом с символом) обозначены возбужденные изомерные состояния нуклида.
  • Символами, выделенными жирным шрифтом, обозначены стабильные продукты распада.
  • Значения, помеченные решёткой (#), получены не из одних лишь экспериментальных данных, а (хотя бы частично) оценены из систематических трендов у соседних нуклидов (с такими же соотношениями Z и N). Неуверенно определённые значения спина и/или чётности заключены в скобки.
  • Погрешность приводится в виде числа в скобках, выраженного в единицах последней значащей цифры, означает одно стандартное отклонение (за исключением распространённости и стандартной атомной массы изотопа по данным ИЮПАК, для которых используется более сложное определение погрешности). Примеры: 29770,6(5) означает 29770,6 ± 0,5; 21,48(15) означает 21,48 ± 0,15; −2200,2(18) означает −2200,2 ± 1,8.

Примечания
  1. Rugel G. et al. New Measurement of the 60Fe Half-Life (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2009. — Vol. 103. — P. 72502. — doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.
  2. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
  3. Железо-55
  4. R. Nave. Mossbauer Effect in Iron-57. HyperPhysics. Georgia State University. Дата обращения: 13 октября 2009.
  5. Iron-57 (57Fe)
  6. Iron-59 Handling Precautions
  7. Железа сульфат, 59Fe (Ferric sulfate, 59Fe)
  8. Железа сульфат, 59Fe
  9. Обнинский филиал НИФХИ им. Л. Я. Карпова отмечает 50 лет со дня пуска реактора
  10. Данные приведены по Wang M., Audi G., Kondev F. G., Huang W. J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data; and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2016. — Vol. 41, iss. 3. — P. 030002-1—030002-344. — doi:10.1088/1674-1137/41/3/030002.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.