Eisen-55 ( <sup> 55</sup> Fe) ist ein radioaktives Eisenisotop mit einem Atomkern aus 26 Protonen und 29 Neutronen . Es zerfällt durch Elektroneneinfang zu Mangan-55 mit einer Halbwertszeit von 2,7562 Jahren. Dieser Zerfall erfolgt in den Grundzustand des Tochterisotops, wobei ausschließlich Röntgenstrahlung und Auger-Elektronen emittiert werden . Es wird mitunter als Röntgenquelle für verschiedene wissenschaftliche Analysemethoden wie Röntgenbeugung und Röntgenfluoreszenz verwendet .

Verfall

Eisen-55 zerfällt durch Elektroneneinfang zu Mangan-55 . Die Elektronen um den Atomkern passen sich rasch der verringerten Ladung an, ohne ihre Schale zu verlassen. Kurz darauf wird die durch das eingefangene Elektron entstandene Lücke (normalerweise in der K- Schale) durch ein Elektron einer höheren Schale aufgefüllt. Die Energiedifferenz wird durch die Emission von Auger-Elektronen (5,19 keV, Wahrscheinlichkeit 60,1 %), K-α - 1-Röntgenstrahlung (5,89875 keV, Wahrscheinlichkeit 16,2 %), K-α -2-Röntgenstrahlung (5,88765 keV, Wahrscheinlichkeit 8,2 %) oder K-β -Röntgenstrahlung (6,49045 keV, Wahrscheinlichkeit ca. 2,85 %) freigesetzt. Die Energien der K-alpha-1- und -2-Röntgenstrahlen sind so ähnlich, dass sie oft als monoenergetische Strahlung mit einer Photonenenergie von 5,9 keV angegeben werden. [ 3 ] Die verbleibenden 13 % sind auf den Einfang aus Schalen oberhalb der K-Schale zurückzuführen , wodurch Photonen und Elektronen mit niedrigerer Energie entstehen.

Verwenden

Die von Mangan-55 nach dem Elektroneneinfang emittierte K-alpha-Röntgenstrahlung wird in verschiedenen Röntgenstreuverfahren als Laborröntgenquelle genutzt . Die Vorteile dieser Strahlung liegen in ihrer Monochromatisierung und der kontinuierlichen Produktion über Jahre hinweg. [ 4 ] Für die Emission wird keine elektrische Energie benötigt, was sie ideal für tragbare Röntgeninstrumente wie Röntgenfluoreszenzspektrometer macht . [ 5 ] Die ESA -Mission ExoMars nutzte 2016 [ 6 ] [ 7 ] eine solche Eisen-55-Quelle für ihr kombiniertes Röntgenbeugungs- / Röntgenfluoreszenzspektrometer . [ 8 ] Die Marsmission MSL aus dem Jahr 2011 verwendete ein funktional ähnliches Spektrometer, jedoch mit einer herkömmlichen, elektrisch betriebenen Röntgenquelle. [ 9 ]

Auger-Elektronen können in Elektroneneinfangdetektoren für die Gaschromatographie eingesetzt werden . Die häufiger verwendeten Nickel-63- Quellen liefern Elektronen aus dem Beta-Zerfall. [ 10 ]

Auftreten

Eisen-55 wird am effektivsten durch die Bestrahlung von Eisen mit Neutronen (in einem Kernreaktor oder durch eine Detonation) erzeugt. Die Reaktionen der beiden häufigsten Eisen-54- und Eisen-56 -Isotope mit Neutronen ( <sup>54</sup> Fe(n,γ) → <sup> 55</sup> Fe und <sup>56</sup> Fe(n,2n) → <sup> 55</sup> Fe) ergeben Eisen-55. Der größte Teil des beobachteten Eisen-55 entsteht durch diese Bestrahlungsreaktionen; es ist kein primäres Spaltprodukt. [ 11 ]

Infolge der atmosphärischen Atomtests der 1950er Jahre und bis zum Teststopp 1963 wurden erhebliche Mengen an Eisen-55 in die Biosphäre freigesetzt . [ 12 ] In dieser Zeit reicherte sich radioaktives Eisen bei Menschen in der Nähe der Testgelände, beispielsweise bei den Iñupiat ( Ureinwohnern Alaskas ) und den Bewohnern der Marshallinseln , in signifikanter Menge an. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit und des Teststopps sank die verfügbare Menge an Eisen-55 jedoch innerhalb weniger Jahre nahezu auf das Niveau vor den Atomtests. [ 12 ] [ 13 ]

Referenzen

  1. ^ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). „Die NUBASE2020-Bewertung nuklearer Eigenschaften“ (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. ^ Nationales Nukleardatenzentrum . „NuDat 3.0-Datenbank“ . Brookhaven National Laboratory .
  3. ^ Esam MA Hussein (2003). Handbuch zur Strahlungsmessung, -abbildung und -analyse . Springer. S. 26. ISBN 978-1-4020-1294-5Die
  4. ^ Preuss, Luther E. (1966). „Nachweis der Röntgenbeugung an LiF unter Verwendung der Mn-Kα-Röntgenstrahlung aus dem Zerfall von ⁵⁵Fe “. Applied Physics Letters . 9 (4): 159–161 . Bibcode : 1966ApPhL...9..159P . doi : 10.1063/1.1754691 .
  5. Himmelsbach , B. (1982). „Tragbare Röntgenmessgeräte zur In-situ- Spurenelementüberwachung von Luftpartikeln“. Toxische Stoffe in der Atmosphäre, Probenahme und Analyse . ISBN 978-0-8031-0603-1Die
  6. ^ „Der ESA-NASA ExoMars Programm-Rover, 2018“ . ESA. Archiviert vom Original am 23.12.2009 . Abgerufen am 12.03.2010 .
  7. ^ „Die ExoMars-Instrumentensuite“ . ESA . Abgerufen am 12.03.2010 .
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  9. ^ Chemie & Mineralogie (CheMin) , NASA
  10. ^ DJ Dwight; EA Lorch; JE Lovelock (1976). „Eisen-55 als Auger-Elektronenemitter: Eine neuartige Quelle für Gaschromatographie-Detektoren“ . Journal of Chromatography A. 116 ( 2): 257–261 . doi : 10.1016/S0021-9673(00)89896-9 .
  11. ^ Preston, A. (1970). „Konzentrationen von Eisen-55 in kommerziell genutzten Fischarten aus dem Nordatlantik“. Marine Biology . 6 (4): 345–349 . doi : 10.1007/BF00353667 . S2CID 91254200 . 
  12. ^ a b Palmer, HE; ​​Beasley, TM (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. S2CID 206565239 .  
  13. ^ Beasley, TM; Held, EE; Conard, RME (1965). „Eisen-55 in Rongelap-Volk, Fischen und Böden“. Health Physics . 22 (3): 245–50 . doi : 10.1097/00004032-197203000-00005 . PMID 5062744 . 

Siehe auch