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  • 1 # 侯榮漢270

    鐵有四種穩定同位素Fe-54、Fe-56、Fe-57和Fe-58,不考慮質子衰變的話,可以認為半衰期無限長;另外還有兩種放射性同位素Fe-55和Fe-59,半衰期分別是2.7年和44.5天。

    半衰期

    放射性元素在內部由於量子效應,會隨機地發生衰變(轉變為其他原子),大量原子聚集在一起衰變就符合統計學規律,我們把放射性物質衰變一半所需的時間稱之為半衰期。

    半衰期是一個統計學概念,對大量放射性原子來說才有意義,對於單個原子是沒有意義的,單個放射性原子我們可以用平均壽命來描述,兩者的關係為:

    平均壽命 = 半衰期 / ln2 ;

    比如碳14會自發地衰變為氮-14,半衰期為5730年,也就是對於10克的碳-14來說,在5730年後,只剩下5克的碳-14,再過5730年,就剩下2.5克的碳-14,利用這個性質,我們可以透過碳-14的檢測,來測定礦物、死亡生物的大致年代。

    鐵的同位素

    在核物理中,我們知道核聚變的終點是鐵,核裂變的終點也是鐵,鐵原子核是所有元素中最穩定的,平均核子質量也最低,在大質量恆星中,元素聚變到鐵就意味著恆星步入死亡。

    鐵有四種穩定同位素,分別是Fe-54、Fe-56、Fe-57和Fe-58,四種同位素在自然界中丰度分別為5.8%、91.72%、2.1%、和0.28%,另外還有兩種放射性同位素Fe-55和Fe-59,半衰期分別是2.7年和44.5天。。

    其中鐵-59還常作為示蹤劑,能讓醫療人員追蹤人體代謝的情況,對某些疾病的治療和藥物追蹤有著重要意義。

    質子衰變

    在不考慮質子衰變的情況下,我們可以認為鐵的穩定同位素半衰期無限長,但是量子力學的預言,質子也是會發生衰變的,根據日本神岡核子衰變實驗的結果,質子的半衰期至少為10^35年,遠遠超過了我們宇宙的年齡。

    目前質子衰變還是物理學中的一大謎團,假如質子真的存在衰變,根據熱寂學說,宇宙在經過很長很長時間後,所有輕元素會聚變為鐵,重元素會裂變為鐵,然後鐵原子中的質子再發生衰變,衰變後分解為各種輕子,宇宙也將徹底步入熱寂時代。

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