Встречающееся в природе железо ( 26 Fe) состоит из четырех стабильных изотопов : 5,845% изотопа 54 Fe (возможно, радиоактивного с периодом полураспада более4,4 × 10 20 лет), [3] 91,754 % 56 Fe, 2,119 % 57 Fe и 0,286 % 58 Fe. Известно 24 радиоактивных изотопа, периоды полураспада которых перечислены ниже, наиболее стабильными из которых являются 60 Fe (период полураспада 2,6 миллиона лет) и 55 Fe (период полураспада 2,7 года).
Большая часть прошлой работы по измерению изотопного состава Fe была сосредоточена на определении вариаций 60 Fe вследствие процессов, сопровождающих нуклеосинтез (т.е. исследования метеоритов ) и рудообразования. Однако в последнее десятилетие достижения в технологии масс-спектрометрии позволили обнаруживать и количественно определять мельчайшие естественные вариации соотношений стабильных изотопов железа. Большая часть этой работы проводилась сообществом ученых Земли и планет , хотя начинают появляться приложения к биологическим и промышленным системам. [4]
54 Fe стабилен в наблюдениях, но теоретически может распадаться до 54 Cr с периодом полураспада более4,4 × 10 20 лет за счет двойного электронного захвата ( εε ). [3]
Изотоп 56 Fe является изотопом с наименьшей массой на нуклон, 930,412 МэВ/c 2 , но не изотопом с самой высокой энергией связи ядра на нуклон, как никель-62 . [6] Однако из-за деталей того, как работает нуклеосинтез, 56 Fe является более распространенной конечной точкой цепочек синтеза внутри чрезвычайно массивных звезд и, следовательно, более распространен во Вселенной по сравнению с другими металлами , включая 62 Ni, 58 Fe и 60 . Ni, все они имеют очень высокую энергию связи.
Изотоп 57 Fe широко используется в мессбауэровской спектроскопии и связанной с ней колебательной спектроскопии ядерного резонанса из-за низкого естественного изменения энергии ядерного перехода 14,4 кэВ. [7] Этот переход широко использовался для первого окончательного измерения гравитационного красного смещения в эксперименте Паунда-Ребка 1960 года . [8]
Железо-60 представляет собой изотоп железа с периодом полураспада 2,6 миллиона лет [9] [10] , но до 2009 года считалось, что период полураспада составляет 1,5 миллиона лет. Он подвергается бета-распаду до кобальта-60 , который затем распадается с периодом полураспада около 5 лет до стабильного никеля-60. Следы железа-60 были обнаружены в лунных образцах.