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:

  • 54Fe (изотопная распространённость 5,845 %);
  • 56Fe (изотопная распространённость 91,754 %);
  • 57Fe (изотопная распространённость 2,119 %);
  • 58Fe (изотопная распространённость 0,282 %).

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-55Править

См.также: Железо-55[en]

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-56Править

 
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[en].

Железо-57Править

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

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

Железо-59Править

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 железаПравить

Символ
нуклида
Z (p) N (n) Масса изотопа[10]
(а. е. м.)
Период
полураспада
[2]
(T1/2)
Канал(ы)

распада

Дочернее

ядро

Спин и чётность
ядра[2]
Энергия возбуждения
45Fe 26 19 45,01458 4,9 мс β+ (30 %) 45Mn 3/2+
2p (70 %) 43Cr
46Fe 26 20 46,00081 9 мс β+ (>99,9 %) 46Mn 0+
β+, p (<0,1 %) 45Cr
47Fe 26 21 46,99289 21,8 мс β+ (>99,9 %) 47Mn 7/2-
β+, p (<0,1 %) 46Cr
48Fe 26 22 47,98050 44 мс β+ (96,41 %) 48Mn 0+
β+, p (3,59 %) 47Cr
49Fe 26 23 48,97361 70 мс β+, p (52 %) 48Cr 7/2-
β+ (48 %) 49Mn
50Fe 26 24 49,96299 155 мс β+ (>99,9 %) 50Mn 0+
β+, p (<0,1 %) 49Cr
51Fe 26 25 50,956820 305 мс β+ 51Mn 5/2-
52Fe 26 26 51,948114 8,275 ч β+ 52mMn 0+
52mFe 6,81 МэВ 45,9 с ИП 52Mn 12+
53Fe 26 27 52,9453079 8,51 мин β+ 53Mn 7/2-
53mFe 3,040 МэВ 2,526 мин ИП 53Fe 19/2-
54Fe 26 28 53,9396105 стабилен 0+
54mFe 6,5269 МэВ 364 нс ИП 54Fe 10+
55Fe 26 29 54,9382934 2,737 лет ЭЗ 55Mn 3/2-
56Fe 26 30 55,9349375 стабилен 0+
57Fe 26 31 56,9353940 стабилен 1/2-
58Fe 26 32 57,9332756 стабилен 0+
59Fe 26 33 58,9348755 44,495 сут β 59Co 3/2-
60Fe 26 34 59,934072 2,6 млн лет β 60Co 0+
61Fe 26 35 60,936745 5,98 мин β 61Co 3/2-
61mFe 861 кэВ 250 нс ИП 61Fe 9/2+
62Fe 26 36 61,936767 68 с β 62Co 0+
63Fe 26 37 62,94037 6,1 с β 63Co 5/2-
64Fe 26 38 63,9412 2,0 с β 64Co 0+
65Fe 26 39 64,94538 1,3 с β 65Co 1/2-
65mFe 364 кэВ 430 нс ИП 65Fe 5/2-
66Fe 26 40 65,94678 440 мс β (>99,9 %) 66Co 0+
β, n (<0,1 %) 65Co
67Fe 26 41 66,95095 394 мс β (>99,9 %) 67Co 1/2-
β, n (<0,1 %) 66Co
67mFe 367 кэВ 64 мкс ИП 67Fe 5/2-
68Fe 26 42 67,95370 187 мс 0+
69Fe 26 43 68,95878 109 мс 1/2-
70Fe 26 44 69,96146 94 мс 0+
71Fe 26 45 70,96672 30 мс 7/2+
72Fe 26 46 71,96962 10 мс 0+
73Fe 26 47 > 633 нс
74Fe 26 48 > 638 нс
β+ — позитронный распад; β- — электронный распад; p — протонный распад; n — нейтронный распад; ЭЗ — электронный захват; ИП — изомерный переход.

ПримечанияПравить

  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. 1 2 3 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. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  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. Audi G., Wapstra A. H., Thibault C. The AME2003 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs, and references (англ.) // Nuclear Physics A. — 2003. — Vol. 729. — P. 337—676. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003. — Bibcode2003NuPhA.729..337A.