철 동위 원소

'''철 동위 원소'''(鐵同位元素, )는 자연에서 4종으로 되어 있으며, 존재 비율로는 반감기가 3.1×101500년 이상인 54Fe가 5.845%, 안정 동위 원소인 56Fe가 91.754%, 57Fe이 2.119%, 58Fe는 0.282%이다. 60Fe는 반감기가 262만년인 방사성 원소이다.
철 동위 원소 연구의 대부분은 핵합성(운석 연구)과 광석 형성에 의한 60Fe 연구가 대부분이지만, 최근 10년간의 연구 진보에 따라 다른 동위 원소의 세부적인 분석이 가능해졌다. 이 연구는 대부분 지구 과학에서 이루어지지만, 생물학 및 산업 연구에도 쓰이고 있다. 그리고, 56Fe는 과학자들의 주목을 받고 있다. 이 동위 원소는 안정되고 핵분열과 핵융합 반응도 일으키지 않지만, 정확히 말하면 62Ni와 58Fe, 56Fe 순으로 핵종이 안정하다. 하지만 니켈-62나 철-58은 니켈과 철의 동위원소들 중에서 차지하는 비율이 매우 적은데, 4배수로 무거운 원소를 생성하는 알파 과정의 특성 때문에 항성 핵합성 반응으로는 생성되기 어렵기 때문이다. 반면 철-56은 그 모체인 니켈-56이 규소 연소 반응을 통해 대량으로 생성되기 때문에 방사성 붕괴를 2번 거쳐 생성된 철-56은 우주 규모에서도 흔한 원소다.
철-54(54Fe)는 반감기가 존재할 것으로 예측되지만 실제로 붕괴되는 모습은 관측되지 않았다. 따라서 계속 주시할 필요가 있는 원소이므로 관측안정동위원소 또는 주시안정동위원소라고 한다.
철-54는 어쩌면 안정 동위 원소들처럼 반감기가 존재하지 않고 영원히 존재할 수도 있다.
철-56(56Fe)은 철 동위 원소 중 가장 많이 차지하고 있으며, 일반적으로 가장 안정한 것으로 여겨진다. 또한, 이 원소는 항성의 핵융합 반응으로 만들어지는 원소 중 가장 마지막으로 생성되는 원소이다. 양성자 붕괴가 있다고 가정할 때, 그 반감기는 101500년이다.
철-57(57Fe)은 규소-29에서 여러 차례 헬륨융합과정을 통해 생성된 원소이다. 규소-29에서 시작된 핵융합으로 생성된 원소들 중 철-57이 핵융합의 최종 종착지이다.
철-58(58Fe)은 철 동위 원소 중 핵자간 결합 에너지가 가장 높지만 양이 매우 적다. 핵융합 과정에서는 철-54가 최종 생성되며 다음 생성물은 니켈-58이 된다.
따라서 철-58이 초신성 폭발의 R-과정을 통해 대부분이 생성되고 소량이 S-과정을 통해 생성된 원소이며 핵융합으로 인해 생성된 철-58은 매우 미량이다.
 핵종기호
 Z(p)
 N(n)
  동위 원소 질량 (u) 
 반감기
 붕괴방식IT: 이성질핵 전이
 붕괴생성물
 핵스핀
 전형적동위 원소구성비(몰 분율)
 자연적구성비변동 범위(몰 분율)
 들뜬 에너지
45Fe
 26
 19
45.01458(24)#
1.89(49) ms
 β+ (30%)
 45Mn
3/2+#
 2p (70%)
 43Cr
46Fe
 26
 20
46.00081(38)#
9(4) ms12(+4-3) ms
 β+ (>99.9%)
 46Mn
0+
 β+, p (45Cr
47Fe
 26
 21
46.99289(28)#
21.8(7) ms
 β+ (>99.9%)
 47Mn
7/2-#
 β+, p (46Cr
48Fe
 26
 22
47.98050(8)#
44(7) ms
 β+ (96.41%)
 48Mn
0+
 β+, p (3.59%)
 47Cr
49Fe
 26
 23
48.97361(16)#
70(3) ms
 β+, p (52%)
 48Cr
(7/2-)
 β+ (48%)
 49Mn
50Fe
 26
 24
49.96299(6)
155(11) ms
 β+ (>99.9%)
 50Mn
0+
 β+, p (49Cr
 51Fe
 26
 25
 50.956820(16)
 305(5) ms
 β+
 51Mn
 5/2-
 52Fe
 26
 26
 51.948114(7)
 8.275(8) h
 β+
 52Mn
 0+
 52mFe
 6.81(13) MeV
 45.9(6) s
 β+
 52Mn
 (12+)#
 53Fe
 26
 27
 52.9453079(19)
 8.51(2) min
 β+
 53Mn
 7/2-
 53mFe
 3040.4(3) keV
 2.526(24) min
 IT
 53Fe
 19/2-
 54Fe
 26
 28
 53.9396105(7)
'''관측상 안정'''
 0+
 0.05845(35)L
 0.05837-0.05861
 54mFe
 6526.9(6) keV
 364(7) ns
 10+
 55Fe
 26
 29
 54.9382934(7)
 2.737(11) a
 ε
 '''55Mn'''
 3/2-
 56Fe
 26
 30
 55.9349375(7)
'''안정'''
 0+
 0.91754(36)
 0.91742-0.91760
 57Fe
 26
 31
 56.9353940(7)
'''안정'''
 1/2-
 0.02119(10)
 0.02116-0.02121
 58Fe
 26
 32
 57.9332756(8)
'''안정'''
 0+
 0.00282(4)
 0.00281-0.00282
 59Fe
 26
 33
 58.9348755(8)
 44.495(9) d
 β-
 '''59Co'''
 3/2-
 60Fe
 26
 34
 59.934072(4)
 2.6×106 a
 β-
 60Co
 0+
 미량
 61Fe
 26
 35
 60.936745(21)
 5.98(6) min
 β-
 61Co
 3/2-,5/2-
 61mFe
 861(3) keV
 250(10) ns
 9/2+#
 62Fe
 26
 36
 61.936767(16)
 68(2) s
 β-
 62Co
 0+
 63Fe
 26
 37
 62.94037(18)
 6.1(6) s
 β-
 63Co
 (5/2)-
 64Fe
 26
 38
 63.9412(3)
 2.0(2) s
 β-
 64Co
 0+
 65Fe
 26
 39
 64.94538(26)
 1.3(3) s
 β-
 65Co
 1/2-#
 65mFe
 364(3) keV
 430(130) ns
 (5/2-)
66Fe
 26
 40
65.94678(32)
440(40) ms
 β- (>99.9%)
 66Co
0+
 β-, n (65Co
67Fe
 26
 41
66.95095(45)
394(9) ms
 β- (>99.9%)
 67Co
1/2-#
 β-, n (66Co
 67mFe
 367(3) keV
 64(17) µs
 (5/2-)
68Fe
 26
 42
67.95370(75)
187(6) ms
 β- (>99.9%)
 68Co
0+
 β-, n
 67Co
69Fe
 26
 43
68.95878(54)#
109(9) ms
 β- (>99.9%)
 69Co
1/2-#
 β-, n (68Co
 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+
=== 참조 ===
* #으로 표시된 값은 모두가 순수하게 실험 값에서 계산된 것이 아니라 일부 체계적인 경향에서 도출된 추정치를 포함한다. 명확한 데이터를 얻을 수없는 핵 스핀에 대해서는 괄호 쓰기로 표기하고 있다.
* 숫자 끝에 괄호 쓰기로 표기하고 있는 것은, 그 값의 오차를 나타내고 있다. 오차 값은 동위 원소 구성 및 표준 원자 질량에 관해서는 IUPAC가 공표하는 오차로 표기하고, 그 이외의 값은 표준 편차를 표기하고 있다.
동위 원소
 
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