stringtranslate.com

Изотопы железа

Природное железо ( 26 Fe) состоит из четырех стабильных изотопов : 5,845% 54 Fe (возможно, радиоактивного с периодом полураспада более4,4 × 10 20 лет), [4] 91,754% 56 Fe, 2,119% 57 Fe и 0,286% 58 Fe. Известно 24 радиоактивных изотопа, наиболее стабильными из которых являются Fe 60 (период полураспада 2,6 миллиона лет) и Fe 55 (период полураспада 2,7 года).

Большая часть прошлых работ по измерению изотопного состава Fe была сосредоточена на определении 60 вариаций Fe, обусловленных процессами, сопровождающими нуклеосинтез (т. е. исследования метеоритов ) и рудообразованием. Однако за последнее десятилетие достижения в технологии масс-спектрометрии позволили обнаружить и количественно оценить мельчайшие, естественные изменения в соотношениях стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы была инициирована сообществами ученых, изучающих Землю и планеты , хотя начинают появляться приложения к биологическим и промышленным системам. [5]

Список изотопов

  1. ^ м Fe – Возбужденный ядерный изомер .
  2. ^ ( ) – Неопределенность (1 σ ) указывается в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.
  3. ^ # - Атомная масса, отмеченная #: значение и неопределенность получены не на основе чисто экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе трендов поверхности массы (TMS).
  4. ^ ab # - Значения, отмеченные #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично на основе тенденций соседних нуклидов (TNN).
  5. ^ Способы распада:
  6. ^ Жирный символ в виде дочернего продукта — дочерний продукт стабилен.
  7. ^ ( ) значение вращения — указывает на вращение со слабыми аргументами присваивания.
  8. ^ Предполагается, что распадается на β + β + до 54 Cr с периодом полураспада более 4,4 × 10 20 а [4]
  9. ^ Самая низкая масса на нуклон среди всех нуклидов; Конечный продукт звездного нуклеосинтеза

Железо-54

54 Fe наблюдательно стабилен, но теоретически может распадаться на 54 Cr с периодом полураспада более4,4 × 10 20 лет за счет двойного электронного захвата ( εε ). [4]

Железо-56

56 Fe — это изотоп с самой низкой массой на нуклон, 930,412 МэВ/с 2 , но не изотоп с самой высокой энергией связи ядра на нуклон, которым является никель-62 . [7] Однако из-за деталей того, как работает нуклеосинтез, 56 Fe является более распространенной конечной точкой термоядерных цепей внутри чрезвычайно массивных звезд и, следовательно, более распространен во Вселенной по сравнению с другими металлами , включая 62 Ni, 58 Fe и 60. Ni, каждый из которых имеет очень высокую энергию связи.

Железо-57

57 Fe широко используется в мессбауэровской спектроскопии и связанной с ней колебательной спектроскопии ядерного резонанса из-за низкого естественного изменения энергии ядерного перехода 14,4 кэВ. [8] Этот переход, как известно, был использован для первого точного измерения гравитационного красного смещения в эксперименте Паунда-Ребки 1960 года . [9]

Железо-58

Железо-58 можно использовать для борьбы с анемией и низким усвоением железа, для метаболического отслеживания человеческих генов, контролирующих железо, а также для отслеживания микроэлементов в природе. [10] [11] Железо-58 также является вспомогательным реагентом в синтезе сверхтяжелых элементов. [11]

Железо-60

Железо-60 — это изотоп железа с периодом полураспада 2,6 миллиона лет, [12] [13] , но до 2009 года считалось, что период полураспада составляет 1,5 миллиона лет. Он подвергается бета-распаду до кобальта-60 , который затем распадается с периодом полураспада около 5 лет до стабильного никеля-60. Следы железа-60 были обнаружены в лунных образцах.

В фазах метеоритов Семаркона и Червоный Кут удалось обнаружить корреляцию между концентрацией 60 Ni , внучатого изотопа 60 Fe, и содержанием стабильных изотопов железа, что свидетельствует о существовании 60 Fe в то время . формирования Солнечной системы. Возможно, энергия, выделяющаяся при распаде 60 Fe, вместе с энергией , выделяющейся при распаде радионуклида 26 Al , способствовала переплавке и дифференциации астероидов после их образования 4,6 млрд лет назад. Обилие 60 Ni, присутствующего во внеземном материале, также может дать дальнейшее понимание происхождения Солнечной системы и ее ранней истории.

Железо-60, обнаруженное в окаменелых бактериях в отложениях морского дна, позволяет предположить, что около 2 миллионов лет назад в окрестностях Солнечной системы произошла сверхновая. [14] [15] Железо-60 также обнаружено в отложениях 8 миллионов лет назад. [16]

В 2019 году исследователи обнаружили в Антарктиде межзвездное железо 60 , которое они относят к Местному межзвездному облаку . [17]

Кобальт 60, продукт распада железа-60, при распаде излучает 1,173 МэВ и 1,333 МэВ. Эти гамма-линии долгое время были важными объектами гамма-астрономии и были обнаружены гамма-обсерваторией INTEGRAL . Сигнал прослеживает плоскость Галактики , показывая, что в нашей Галактике продолжается синтез 60 Fe, и исследуя производство элемента в массивных звездах. [18] [19]

Рекомендации

  1. ^ Кондев, ФГ; Ван, М.; Хуанг, WJ; Наими, С.; Ауди, Г. (2021). «Оценка ядерных свойств NUBASE2020» (PDF) . Китайская физика C . 45 (3): 030001. doi :10.1088/1674-1137/abddae.
  2. ^ «Стандартный атомный вес: железо» . ЦИАВ . 1993.
  3. ^ Прохаска, Томас; Ирргехер, Йоханна; Бенефилд, Жаклин; Бёлке, Джон К.; Чессон, Лесли А.; Коплен, Тайлер Б.; Дин, Типинг; Данн, Филип Дж. Х.; Грёнинг, Манфред; Холден, Норман Э.; Мейер, Харро Эй Джей (04 мая 2022 г.). «Стандартные атомные массы элементов 2021 (Технический отчет ИЮПАК)». Чистая и прикладная химия . doi : 10.1515/pac-2019-0603. ISSN  1365-3075.
  4. ^ abc Бикит, И.; Крмар, М.; Сливка, Дж.; Вескович, М.; Чонкич, Лж.; Аничин И. (1998). «Новые результаты по двойному β-распаду железа». Физический обзор C . 58 (4): 2566–2567. Бибкод : 1998PhRvC..58.2566B. doi : 10.1103/PhysRevC.58.2566.
  5. ^ Н. Дауфас; О. Руксель (2006). «Масс-спектрометрия и естественные вариации изотопов железа». Обзоры масс-спектрометрии . 25 (4): 515–550. Бибкод : 2006MSRv...25..515D. дои : 10.1002/mas.20078. ПМИД  16463281.
  6. ^ Ван, М.; Ауди, Г.; Вапстра, АХ; Кондев, ФГ; МакКормик, М.; Сюй, Х.; Пфайффер, Б. (2012). «Оценка атомной массы Ame2012». Китайская физика C . 36 (12): 1603–2014. Бибкод :2012ЧФК..36....3М. дои : 10.1088/1674-1137/36/12/003. hdl : 11858/00-001M-0000-0010-23E8-5. S2CID  250839471.
  7. ^ Фьюэлл, член парламента (1995). «Атомный нуклид с самой высокой средней энергией связи». Американский журнал физики . 63 (7): 653. Бибкод : 1995AmJPh..63..653F. дои : 10.1119/1.17828.
  8. ^ Р. Нейв. «Эффект Мессбауэра в железе-57». Гиперфизика . Государственный университет Джорджии . Проверено 13 октября 2009 г.
  9. ^ Паунд, Р.В.; Ребка-младший Г.А. (1 апреля 1960 г.). «Кажущийся вес фотонов». Письма о физических отзывах . 4 (7): 337–341. Бибкод : 1960PhRvL...4..337P. дои : 10.1103/PhysRevLett.4.337 .
  10. ^ «Изотоп металла железо-58». Американские элементы . Проверено 28 июня 2023 г.
  11. ^ аб Васильев, Петр. «Железо-58, изотоп железа-58, обогащенное железо-58, металл железо-58». www.buyisotope.com . Проверено 28 июня 2023 г.
  12. ^ Ругель, Г.; Фастерманн, Т.; Кни, К.; Корщинек, Г.; Путивцев М.; Шуман, Д.; Кивель, Н.; Гюнтер-Леопольд, И.; Вайнрайх, Р.; Вольмутер, М. (2009). «Новое измерение периода полураспада 60Fe». Письма о физических отзывах . 103 (7): 72502. Бибкод : 2009PhRvL.103g2502R. doi : 10.1103/PhysRevLett.103.072502. ПМИД  19792637.
  13. ^ "Eisen mit langem Atem" . научный тикер . 27 августа 2009 г. Архивировано из оригинала 3 февраля 2018 г. Проверено 22 мая 2010 г.
  14. ↑ Белинда Смит (9 августа 2016 г.). «Древние бактерии хранят признаки рассеяния сверхновой». Космос .
  15. ^ Питер Людвиг; и другие. (16 августа 2016 г.). «Активность сверхновой возрастом 2 миллиона лет с разрешением во времени обнаружена в летописях микрокаменелостей Земли». ПНАС . 113 (33): 9232–9237. arXiv : 1710.09573 . Бибкод : 2016PNAS..113.9232L. дои : 10.1073/pnas.1601040113 . ПМЦ 4995991 . ПМИД  27503888. 
  16. ↑ Колин Баррас (14 октября 2017 г.). «Пожары, возможно, дали толчок нашей эволюции». Новый учёный . 236 (3147): 7. Бибкод : 2017NewSc.236....7B. дои : 10.1016/S0262-4079(17)31997-8.
  17. ^ Колл, Доминик; и другие. (2019). «Интерстеллар 60 Fe в Антарктиде». Письма о физических отзывах . 123 (7): 072701. Бибкод : 2019PhRvL.123g2701K. doi : 10.1103/PhysRevLett.123.072701. hdl : 1885/298253 . PMID  31491090. S2CID  201868513.
  18. ^ Харрис, MJ; Кнёдльседер, Дж.; Жан, П.; Цисана, Э.; Диль, Р.; Личти, Г.Г.; Рокес, Ж.-П.; Шанне, С.; Вайденпойнтнер, Г. (1 апреля 2005 г.). «Обнаружение линий γ-лучей межзвездного 60Fe спектрометром высокого разрешения SPI». Астрономия и астрофизика . 433 (3): L49–L52. arXiv : astro-ph/0502219 . Бибкод : 2005A&A...433L..49H. дои : 10.1051/0004-6361:200500093. ISSN  0004-6361.
  19. ^ Ван, В.; Зигерт, Т.; Дай, З.Г.; Диль, Р.; Грейнер, Дж.; Хегер, А.; Краузе, М.; Ланг, М.; Плейнтингер, МММ; Чжан, XL (01 февраля 2020 г.). «Гамма-излучение радиоактивности 60Fe и 26Al в нашей Галактике». Астрофизический журнал . 889 (2): 169. arXiv : 1912.07874 . Бибкод : 2020ApJ...889..169W. дои : 10.3847/1538-4357/ab6336 . ISSN  0004-637X.

Массы изотопов из:

Изотопный состав и стандартные атомные массы из:

Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из:

дальнейшее чтение