鉄の同位体

天然の鉄(Fe)は4種の同位体からなり、その存在比は、半減期3.1×10²²年以上の⁵⁴Feが5.845%、安定同位体の⁵⁶Feが91.754%、⁵⁷Feが2.119%、⁵⁸Feが0.282%である。⁶⁰Feは半減期が260万年の消滅放射性核種である。ただし、⁶⁰Feは2009年まで半減期が150万年とされていた。

鉄の同位体構成を計測する過去の研究の多くは、宇宙の元素合成（隕石研究）と鉱床形成に起因する⁶⁰Feの変化の測定に集中したが、最近10年間の質量分析技術の進歩によって、鉄の安定同位体比の微小な割合変化を検出・定量化することが可能になった。この研究の多くは地球惑星科学分野でなされているが、生物学や産業システムでの応用もされ始めている。

⁵⁶Feは核子当たりの質量が最も小さい原子である。そのため、最も安定な原子核であり核分裂反応も核融合もせずエネルギーを放出しないと誤解されるが、核子当たりの結合エネルギーが最大となるのは⁶²Niと⁵⁸Feの2核種である。しかし、⁵⁶Feは核反応において軽い核種から容易に作り出すことができるため、大質量星内部の元素合成の終点であり、宇宙空間では他の金属と比較してもより一般的である。

隕石SemarkonaとChervony Kut中の⁶⁰Ni（⁶⁰Feの崩壊生成物）と鉄の安定同位体の存在度の相関から、太陽系形成時の⁶⁰Feの存在が明らかになった。おそらく微惑星の形成時、⁶⁰Feの崩壊熱は²⁶Alの崩壊熱とともに、微惑星の再溶融と分化に寄与したものと考えられる。

安定同位体のうち⁵⁷Feだけが核スピン(-1/2)を有する。このため、⁵⁷Feはメスバウアー効果の試料として最も用いられる。⁵⁹Fe（半減期44.495日）は、鉄動態検査に用いられている。

一覧

同位体核種	Z(p)	N(n)	同位体質量 (u)	半減期	核スピン数	天然存在比	天然存在比 (範囲)
	励起エネルギー
45Fe	26	19	45.01458(24)#	4.9(15) ms [3.8(+20-8) ms]	3/2+#
46Fe	26	20	46.00081(38)#	9(4) ms [12(+4-3) ms]	0+
47Fe	26	21	46.99289(28)#	21.8(7) ms	7/2-#
48Fe	26	22	47.98050(8)#	44(7) ms	0+
49Fe	26	23	48.97361(16)#	70(3) ms	(7/2-)
50Fe	26	24	49.96299(6)	155(11) ms	0+
51Fe	26	25	50.956820(16)	305(5) ms	5/2-
52Fe	26	26	51.948114(7)	8.275(8) h	0+
52mFe	6.81(13) MeV			45.9(6) s	(12+)#
53Fe	26	27	52.9453079(19)	8.51(2) min	7/2-
53mFe	3040.4(3) keV			2.526(24) min	19/2-
54Fe	26	28	53.9396105(7)	STABLE (>3.1×1022 a)	0+	0.05845(35)	0.05837-0.05861
54mFe	6526.9(6) keV			364(7) ns	10+
55Fe	26	29	54.9382934(7)	2.737(11) a	3/2-
56Fe	26	30	55.9349375(7)	STABLE	0+	0.91754(36)	0.91742-0.91760
57Fe	26	31	56.9353940(7)	STABLE	1/2-	0.02119(10)	0.02116-0.02121
58Fe	26	32	57.9332756(8)	STABLE	0+	0.00282(4)	0.00281-0.00282
59Fe	26	33	58.9348755(8)	44.495(9) d	3/2-
60Fe	26	34	59.934072(4)	2.6(3)E+6 a	0+
61Fe	26	35	60.936745(21)	5.98(6) min	3/2-,5/2-
61mFe	861(3) keV			250(10) ns	9/2+#
62Fe	26	36	61.936767(16)	68(2) s	0+
63Fe	26	37	62.94037(18)	6.1(6) s	(5/2)-
64Fe	26	38	63.9412(3)	2.0(2) s	0+
65Fe	26	39	64.94538(26)	1.3(3) s	1/2-#
65mFe	364(3) keV			430(130) ns	(5/2-)
66Fe	26	40	65.94678(32)	440(40) ms	0+
67Fe	26	41	66.95095(45)	394(9) ms	1/2-#
67mFe	367(3) keV			64(17) µs	(5/2-)
68Fe	26	42	67.95370(75)	187(6) ms	0+
69Fe	26	43	68.95878(54)#	109(9) ms	1/2-#
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+

• #でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。
• 数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。

参考文献

• Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in Nuclear Physics A729 (2003).
• Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report). Pure Appl. Chem. Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005).
• Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  • Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  • National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database (retrieved Sept. 2005).
  • David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.