Залізо-55

Залізо-55 Таблиця ізотопів
Загальні відомості
Назва, символ	Залізо-55,^55Fe
Нейтронів	29
Протонів	26
Властивості ізотопу
Період напіврозпаду	2.737 years
Продукти розпаду	^55Mn
Канал розпаду	Енергія розпаду
Електронне захоплення	0.00519 МеВ

Залізо-55 (^55Fe) — радіоактивний ізотоп заліза з ядром, що містить 26 протонів і 29 нейтронів. Він розпадається шляхом захоплення електронів до марганцю-55(інші мови), і цей процес має період напіврозпаду 2,737 року. Випромінюване рентгенівське випромінювання можна використовувати як джерело рентгенівського випромінювання для різних наукових методів аналізу, таких як рентгенівська дифракція. Залізо-55 також є джерелом оже-електронів, які утворюються під час розпаду.

Розпад

Залізо-55 розпадається шляхом захоплення електронів до марганцю-55 з періодом напіврозпаду 2,737 року.[1] Електрони навколо ядра швидко пристосовуються до зниженого заряду, не залишаючи своєї оболонки, і незабаром після цього вакансія в «K» оболонці, залишена електроном, захопленим ядром, заповнюється електроном з вищої оболонки. Різниця в енергії вивільняється шляхом випромінювання електронів Оже з енергією 5,19 кеВ з імовірністю близько 60 %, рентгенівського випромінювання К-альфа-1 з енергією 5,89875 кеВ і ймовірністю близько 16,2 %, рентгенівського випромінювання К-альфа-2 з енергією 5,88765 кеВ і ймовірністю близько 8,2 %, або рентгенівського випромінювання К-бета з номінальною енергією 6,49045 кеВ і ймовірністю близько 2,85 %. Енергії рентгенівських променів К-альфа-1 і -2 настільки схожі, що їх часто називають моноенергетичним випромінюванням з енергією фотонів 5,9 кеВ. Його ймовірність становить близько 28 %.[2] Решта 12 % припадає на електрони Оже з нижчою енергією та кілька фотонів від інших, незначних переходів.

Використання

K-альфа-рентгенівське випромінювання, випромінюване марганцем-55 після захоплення електронів, використовувалося як лабораторне джерело рентгенівського випромінювання в різних методах на основі розсіювання рентгенівських променів^[en]. Перевага випромінюваного рентгенівського випромінювання полягає в тому, що воно є монохроматичним і безперервно виробляється протягом багаторічного періоду.[3] Для цього випромінювання не потрібна електроенергія, що ідеально підходить для портативних рентгенівських інструментів, таких як рентгенівські флуоресцентні інструменти.[4] Місія ESA ExoMars використовувала в 2016 році[5][6] таке джерело на основі заліза-55 для комбінованого рентгенівського дифракційного / рентгенівського флуоресцентного спектрометра.[7] Марсіанська місія MSL 2011 року використовувала функціонально аналогічний спектрометр, але з традиційним джерелом рентгенівського випромінювання з електричним живленням.[8]

Електрони Оже можуть бути застосовані в детекторах захоплення електрона^[en] для газової хроматографії. Більш широко використовувані джерела з нікелю-63 забезпечують отримання електронів від бета-розпаду.[9]

Виявлення

Залізо-55 найбільш ефективно отримують опроміненням заліза нейтронами. Реакція (^54 Fe(n,γ) ^55 Fe і ^56 Fe(n,2n) ^55 Fe) двох найпоширеніших ізотопів заліза-54 і заліза-56 з нейтронами дає залізо-55. Більшість спостережуваного заліза-55 утворюється в цих реакціях опромінення, і воно не є первинним продуктом поділу.[10] В результаті ядерних випробувань в атмосфері в 1950-х роках і до заборони випробувань в 1963 році значна кількість заліза-55 була викинута в біосферу.[11] Люди, близькі до полігонів, наприклад інупіати (тубільці Аляски(інші мови)) і жителі Маршаллових островів, накопичили значні кількості радіоактивного заліза. Однак короткий період напіврозпаду та заборона випробувань протягом кількох років зменшили доступну кількість заліза-55 майже до рівнів до ядерного випробування.[11][12]

Примітки

1. Georges, Audi (2003). The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties. Nuclear Physics A. 729 (1): 3—128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. CiteSeerX 10.1.1.692.8504. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
2. Esam M. A. Hussein (2003). Handbook on radiation probing, gauging, imaging and analysis. Springer. с. 26. ISBN 978-1-4020-1294-5.
3. Preuss, Luther E. (1966). Demonstration of X-ray Diffraction by LiF using the Mn Kα X-rays Resulting From ^55Fe decay. Applied Physics Letters. 9 (4): 159—161. Bibcode:1966ApPhL...9..159P. doi:10.1063/1.1754691.
4. Himmelsbach, B. (1982). Portable X-ray Survey Meters for In Situ Trace element Monitoring of Air Particulates. Toxic Materials in the Atmosphere, Sampling and Analysis. ISBN 978-0-8031-0603-1.
5. The ESA-NASA ExoMars Programme Rover, 2018. ESA. Архів оригіналу за 23 грудня 2009. Процитовано 12 березня 2010.
6. The ExoMars instrument suite. ESA. Процитовано 12 березня 2010.
7. Marinangeli, L.; Hutchinson, I.; Baliva, A.; Stevoli, A.; Ambrosi, R.; Critani, F.; Delhez, R.; Scandelli, L.; Holland, A.; Nelms, N.; Mars-Xrd Team (March 12–16, 2007). An European XRD/XRF Instrument for the ExoMars Mission. 38th Lunar and Planetary Science Conference. Lunar and Planetary Science Conference. № 1338. League City, Texas. с. 1322. Bibcode:2007LPI....38.1322M.
8. Chemistry & Mineralogy (CheMin), NASA
9. D.J. Dwight; E.A. Lorch; J.E. Lovelock (1976). Iron-55 as an auger electron emitter : Novel source for gas chromatography detectors. Journal of Chromatography A. 116 (2): 257—261. doi:10.1016/S0021-9673(00)89896-9.
10. Preston, A. (1970). Concentrations of iron-55 in commercial fish species from the North Atlantic. Marine Biology. 6 (4): 345—349. doi:10.1007/BF00353667.
11. Palmer, H. E.; Beasley, T. M. (1965). Iron-55 in Humans and Their Foods. Science. 149 (3682): 431—2. Bibcode:1965Sci...149..431P. doi:10.1126/science.149.3682.431. PMID 17809410.
12. Beasley, T. M.; Held, E. E.; Conard, R. M.E. (1965). Iron-55 in Rongelap people, fish and soils. Health Physics. 22 (3): 245—50. doi:10.1097/00004032-197203000-00005. PMID 5062744.