Природне залізо (26Fe) складається з чотирьох стабільних ізотопів: 5,845 % 54Fe (можливо радіоактивного з періодом напіврозпаду більше 4.4 років),[1] 91,754 % 56Fe, 2,119 % 57Fe і 0,286 %58 Fe. Відомо 24 радіоактивні ізотопи, найбільш стабільні з яких 60Fe (період напіврозпаду 2,6 мільйонів років) і 55Fe (період напіврозпаду 2,7 року).
Велика частина минулої роботи з вимірювання ізотопного складу Fe була зосереджена на визначенні варіацій 60Fe внаслідок процесів, що супроводжують нуклеосинтез (тобто дослідження метеоритів) і утворення руди. Однак за останнє десятиліття прогрес у технології мас-спектрометрії дозволив виявляти та кількісно визначати найменші, природні коливання у співвідношеннях стабільних ізотопів[en] заліза. Значна частина цієї роботи була проведена спільнотами, що займаються вивченням Землі та планет, хоча починають з'являтися застосування до біологічних і промислових систем.[2]
↑Спіни зі слабким оцінковим обґрунтуванням взяті в дужки.
↑Найменша маса на нуклон для всіх нуклідів. Кінцевий продукт нуклеосинтезу в зорях
Атомні маси стабільних нуклідів (54Fe, 56Fe, 57Fe та 58Fe) наведено за допомогою оцінки атомної маси AME2012. Помилки одного стандартного відхилення наведено в дужках після відповідних останніх цифр.[4]
56Fe є найпоширенішим ізотопом заліза. Він також є ізотопом з найменшою масою на нуклон, 930.412 МеВ/c2, хоча не є ізотопом із найвищою енергією ядерного зв'язку на нуклон, яким є нікель-62.[5] Однак через деталі процесу нуклеосинтезу, 56Fe є більш поширеною кінцевою точкою ланцюгів термоядерного синтезу всередині наднових, де він здебільшого утворюється як 56Ni. Таким чином, 56Ni більш поширений у Всесвіті порівняно з іншими металами, включаючи 62Ni, 58Fe та 60Ni, які мають дуже високу енергію зв'язку.
Висока енергія ядерного зв'язку для 56Fe представляє точку, де подальші ядерні реакції стають енергетично невигідними. Через це він є одним з найважчих елементів, що утворюються в реакціях зоряного нуклеосинтезу в масивних зорях. У цих реакціях зливаються легші елементи, такі як магній, кремній і сірка, з утворенням важчих елементів. Серед утворених більш важких елементів є 56Ni, який згодом розпадається до 56Co(інші мови), а потім до 56Fe.
Залізо-58 можна використовувати для боротьби з анемією та низькою абсорбцією заліза, для метаболічного відстеження людських генів, що контролюють залізо, а також для відстеження мікроелементів у природі.[8][9] Залізо-58 також є допоміжним реагентом у синтезі надважких елементів.[9]
Залізо-60
Залізо-60 — ізотоп заліза з періодом напіврозпаду 2,6 мільйонів років[10][11], але до 2009 року вважалося, що період напіврозпаду становить 1,5 мільйонів років. Воно піддається бета-розпаду до кобальту-60, який потім розпадається з періодом напіврозпаду приблизно 5 років до стабільного нікелю-60(інші мови). Сліди заліза-60 були знайдені в місячних зразках.
У фазах метеоритів Семаркона(інші мови) та Червоний Кут можна виявити кореляцію між концентрацією 60Ni, дочірнього ізотопу(інші мови)60Fe, і великою кількістю стабільних ізотопів заліза, що свідчить про існування 60Fe у час утворення Сонячної системи. Можливо, енергія, що виділяється при розпаді 60Fe, разом з енергією, що виділяється при розпаді радіонукліда 26Al, сприяла переплавленню та диференціаціїастероїдів після їх утворення 4.6 мільярдів років тому. Велика кількість 60Ni, присутнього у позаземному матеріалі, також може дати глибше розуміння походження Сонячної системи та її ранньої історії.[джерело?]
Залізо-60, виявлене в скам'янілих бактеріях у відкладеннях морського дна, свідчить про наявність наднової поблизу Сонячної системи приблизно 2 мільйонів років тому.[12][13] Залізо-60 також знайдено у відкладеннях з 8 мільйонів років тому.[14] У 2019 році дослідники знайшли міжзоряне 60Fe в Антарктиді, яке вони відносять до Місцевої міжзоряної хмари.[15]
Кобальт-60, продукт розпаду заліза-60, виділяє 1,173 МеВ і 1,333 МеВ під час розпаду. Ці гамма-лінії протягом тривалого часу були важливими цілями для гамма-астрономії, і були виявлені гамма-обсерваторією INTEGRAL. Сигнал простежує площину Галактики, показуючи, що синтез 60Fe триває в нашій Галактиці, і досліджує утворення елементів у масивних зорях.[16][17]
Примітки
↑ абвBikit, I.; Krmar, M.; Slivka, J.; Vesković, M.; Čonkić, Lj.; Aničin, I. (1998). New results on the double β decay of iron. Physical Review C. 58 (4): 2566—2567. Bibcode:1998PhRvC..58.2566B. doi:10.1103/PhysRevC.58.2566.
↑Вважається, що розпадається шляхом β+β+ до 54Cr з періодом напіврозпаду більше 4.4×1020 років[1]
↑Wang, M.; Audi, G.; Wapstra, A.H.; Kondev, F.G.; MacCormick, M.; Xu, X.; Pfeiffer, B. (2012). The Ame2012 atomic mass evaluation. Chinese Physics C. 36 (12): 1603—2014. Bibcode:2012ChPhC..36....3M. doi:10.1088/1674-1137/36/12/003.