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 
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 

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 
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 
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.

 표 
 핵종기호 Z(p) N(n)  동위 원소 질량 (u)  반감기 붕괴방식약자:IT: 이성질핵 전이 붕괴생성물굵은 글꼴은 안정 동위 원소 핵스핀 전형적동위 원소구성비(몰 분율) 자연적구성비변동 범위(몰 분율) 들뜬 에너지45Fe 26 1945.01458(24)#1.89(49) ms β+ (30%) 45Mn3/2+# 2p (70%) 43Cr46Fe 26 2046.00081(38)#9(4) ms[12(+4-3) ms] β+ (>99.9%) 46Mn0+ β+, p (<.1%) 45Cr47Fe 26 2146.99289(28)#21.8(7) ms β+ (>99.9%) 47Mn7/2-# β+, p (<.1%) 46Cr48Fe 26 2247.98050(8)#44(7) ms β+ (96.41%) 48Mn0+ β+, p (3.59%) 47Cr49Fe 26 2348.97361(16)#70(3) ms β+, p (52%) 48Cr(7/2-) β+ (48%) 49Mn50Fe 26 2449.96299(6)155(11) ms β+ (>99.9%) 50Mn0+ β+, p (<.1%) 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 안정반감기 3.1×101500년의 β+β+ 붕괴를 통해 54Cr이 된다고 믿어진다. 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- 56Fe항성 핵합성의 최종 결과물. 모든 핵종 중 핵자당 질량이 가장 가볍다. 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 4065.94678(32)440(40) ms β- (>99.9%) 66Co0+ β-, n (<.1%) 65Co67Fe 26 4166.95095(45)394(9) ms β- (>99.9%) 67Co1/2-# β-, n (<.1%) 66Co 67mFe 367(3) keV 64(17) µs (5/2-)68Fe 26 4267.95370(75)187(6) ms β- (>99.9%) 68Co0+ β-, n 67Co69Fe 26 4368.95878(54)#109(9) ms β- (>99.9%) 69Co1/2-# β-, n (<.1%) 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.

 각주 

동위 원소

분류:원소별 동위 원소 목록