철 동위 원소

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자연에서 철 동위 원소는 4종으로 되어 있으며, 존재 비율로는 반감기가 3.1×1022년 이상인 54Fe가 5.845%, 안정 동위 원소56Fe가 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 대부분이였지만, 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, 56Fe가 일반적으로 규소-28부터 시작한 핵융합 반응으로 만들어지기 때문에, 항성의 핵에서 만들어지는 가장 마지막 원소로 우주에서 가장 안정한 원소로 불린다.

철-54[편집]

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 원소들 처럼 반감기가 존재하지 않고 영원히 존재할 수도 있다.

철-56[편집]

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 없다고 가정할 때, 그 반감기는 101500년이다.

철-57[편집]

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[편집]

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.

[편집]

핵종
기호
Z(p) N(n)  
동위 원소 질량 (u)
 
반감기 붕괴
방식[1][n 1]
붕괴
생성물[n 2]

스핀
전형적
동위 원소
구성비
(몰 분율)
자연적
구성비
변동 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) ms
[12(+4-3) ms]
β+ (>99.9%) 46Mn 0+
β+, p (<.1%) 45Cr
47Fe 26 21 46.99289(28)# 21.8(7) ms β+ (>99.9%) 47Mn 7/2-#
β+, p (<.1%) 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 (<.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 안정[n 3] 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 EC 55Mn 3/2-
56Fe[n 4] 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 (<.1%) 65Co
67Fe 26 41 66.95095(45) 394(9) ms β- (>99.9%) 67Co 1/2-#
β-, n (<.1%) 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 (<.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+
  1. 약자:
    EC: 전자 포획
    IT: 이성질핵 전이
  2. 굵은 글꼴은 안정 동위 원소
  3. 반감기 3.1×1022년의 β+β+ 붕괴를 통해 54Cr이 된다고 믿어진다.
  4. 항성 핵합성의 최종 결과물. 모든 핵종 중 핵자당 질량이 가장 가볍다.

참조[편집]

  • #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.

주석[편집]

  1. http://www.nucleonica.net/unc.aspx