철 동위 원소: 철의 동위 원소

⁶⁰Fe는 반감기가 262만년인 방사성 원소이다.

철 동위 원소 연구의 대부분은 핵합성(운석 연구)과 광석 형성에 의한 ⁶⁰Fe 연구가 대부분이지만, 최근 10년간의 연구 진보에 따라 다른 동위 원소의 세부적인 분석이 가능해졌다. 이 연구는 대부분 지구 과학에서 이루어지지만, 생물학 및 산업 연구에도 쓰이고 있다. 그리고, ⁵⁶Fe는 과학자들의 주목을 받고 있다. 이 동위 원소는 안정되고 핵분열과 핵융합 반응도 일으키지 않지만, 정확히 말하면 ⁶²Ni와 ⁵⁸Fe, ⁵⁶Fe 순으로 핵종이 안정하다. 하지만 니켈-62나 철-58은 니켈과 철의 동위원소들 중에서 차지하는 비율이 매우 적은데, 4배수로 무거운 원소를 생성하는 알파 과정의 특성 때문에 항성 핵합성 반응으로는 생성되기 어렵기 때문이다. 반면 철-56은 그 모체인 니켈-56이 규소 연소 반응을 통해 대량으로 생성되기 때문에 방사성 붕괴를 2번 거쳐 생성된 철-56은 우주 규모에서도 흔한 원소다.

철-54(⁵⁴Fe)는 반감기가 존재할 것으로 예측되지만 실제로 붕괴되는 모습은 관측되지 않았다. 따라서 계속 주시할 필요가 있는 원소이므로 관측안정동위원소 또는 주시안정동위원소라고 한다. 철-54는 어쩌면 안정 동위 원소들처럼 반감기가 존재하지 않고 영원히 존재할 수도 있다.

철-56(⁵⁶Fe)은 철 동위 원소 중 가장 많이 차지하고 있으며, 일반적으로 가장 안정한 것으로 여겨진다. 또한, 이 원소는 항성의 핵융합 반응으로 만들어지는 원소 중 가장 마지막으로 생성되는 원소이다. 양성자 붕괴가 있다고 가정할 때, 그 반감기는 10¹⁵⁰⁰년이다.

철-57(⁵⁷Fe)은 규소-29에서 여러 차례 헬륨융합과정을 통해 생성된 원소이다. 규소-29에서 시작된 핵융합으로 생성된 원소들 중 철-57이 핵융합의 최종 종착지이다.

철-58(⁵⁸Fe)은 철 동위 원소 중 핵자간 결합 에너지가 가장 높지만 양이 매우 적다. 핵융합 과정에서는 철-54가 최종 생성되며 다음 생성물은 니켈-58이 된다. 따라서 철-58이 초신성 폭발의 R-과정을 통해 대부분이 생성되고 소량이 S-과정을 통해 생성된 원소이며 핵융합으로 인해 생성된 철-58은 매우 미량이다.

참조

• #으로 표시된 값은 모두가 순수하게 실험 값에서 계산된 것이 아니라 일부 체계적인 경향에서 도출된 추정치를 포함한다. 명확한 데이터를 얻을 수없는 핵 스핀에 대해서는 괄호 쓰기로 표기하고 있다.
• 숫자 끝에 괄호 쓰기로 표기하고 있는 것은, 그 값의 오차를 나타내고 있다. 오차 값은 동위 원소 구성 및 표준 원자 질량에 관해서는 IUPAC가 공표하는 오차로 표기하고, 그 이외의 값은 표준 편차를 표기하고 있다.