ニッケルの同位体

ニッケル（Ni）の同位体のうち天然に生成するものには、⁵⁸Ni、⁶⁰Ni、⁶¹Ni、⁶²Ni、⁶⁴Niの5種類がある。そのうち⁵⁸Niが天然存在比68.077%と最も多量に存在する。18種類の放射性同位体が確認されていて、そのうち⁵⁹Niの半減期が最も長く7万6000年である。また、⁶³Niの半減期は100.1年、⁵⁶Niの半減期は6.077日である。その他全ては60時間以下の半減期を持ち、そのほとんどは30秒以下である。1つの核異性体も持つ。

⁵⁹Niは宇宙線から生成される長寿命の放射性同位体であり、半減期は7万6000年である。⁵⁹Niには、隕石の年代測定や氷や堆積物中の地球外物質の割合の測定等、(同位体地質学)で多くの用途がある。⁶⁰Niは既に崩壊しつくした⁶⁰Fe（半減期150万年）から直接生成した同位体である。長い半減期を持っていたため、太陽系の物質に高割合で⁶⁰Feが存在していた領域があれば⁶⁰Ni構成割合に観測できる程度の多様性を生み出しているはずである。そのため、地球外の物質の⁶⁰Ni構成割合を測定することにより、太陽系の形成と進化を知ることができる。

⁶²Niは、電子殻まで計算に入れると、全ての同位体の中で核子当たりの結合エネルギーが最も大きい。そのため、この同位体を形成する反応は、より大きな原子を形成する反応よりも多くのエネルギーを放出する。例えば、2つの⁴⁰Ca原子から⁸⁰Krを形成する反応では、核子当たり4つの電子と77KeVのエネルギーを放出するが、鉄やニッケルを形成する反応ではバリオン当たりさらに多くのエネルギーを放出する。

⁶³Niは、⁶³Cuに高速中性子が衝突することにより生成され、半減期は100.1年である。広島原爆において被爆した銅サンプル中の⁶³Niの量を測定することにより、被曝量を推定する研究が行われている^[1]。

1999年に発見された⁴⁸Niは既知のニッケルの同位体のうち、最も中性子が少ない同位体である。⁴⁸Niは28個の陽子と20個の中性子からなり、魔法数となっている^[2]。ニッケルの同位体の原子量は48から78の間にある。 ⁷⁸Niの半減期は110ミリ秒であり、超新星爆発による元素合成により生成される、鉄以上の同位体として重要であると考えられている^[3]。なお、この核種も魔法核である。

標準原子量は58.6934(2) uである。

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
^48Ni	28	20	48.01975(54)#	10# ms [>500 ns]	0+
^49Ni	28	21	49.00966(43)#	13(4) ms [12(+5-3) ms]	7/2-#
^50Ni	28	22	49.99593(28)#	9.1(18) ms	0+
^51Ni	28	23	50.98772(28)#	30# ms [>200 ns]	7/2-#
^52Ni	28	24	51.97568(9)#	38(5) ms	0+
^53Ni	28	25	52.96847(17)#	45(15) ms	(7/2-)#
^54Ni	28	26	53.95791(5)	104(7) ms	0+
^55Ni	28	27	54.951330(12)	204.7(17) ms	7/2-
^56Ni	28	28	55.942132(12)	6.075(10) d	0+
^57Ni	28	29	56.9397935(19)	35.60(6) h	3/2-
^58Ni	28	30	57.9353429(7)	STABLE [>700E+18 a]	0+	0.680769(89)
^59Ni	28	31	58.9343467(7)	7.6(5)E+4 a	3/2-
^60Ni	28	32	59.9307864(7)	STABLE	0+	0.262231(77)
^61Ni	28	33	60.9310560(7)	STABLE	3/2-	0.011399(6)
^62Ni	28	34	61.9283451(6)	STABLE	0+	0.036345(17)
^63Ni	28	35	62.9296694(6)	100.1(20) a	1/2-
^63mNi	87.15(11) keV			1.67(3) µs	5/2-
^64Ni	28	36	63.9279660(7)	STABLE	0+	0.009256(9)
^65Ni	28	37	64.9300843(7)	2.5172(3) h	5/2-
^65mNi	63.37(5) keV			69(3) µs	1/2-
^66Ni	28	38	65.9291393(15)	54.6(3) h	0+
^67Ni	28	39	66.931569(3)	21(1) s	1/2-
^67mNi	1007(3) keV			13.3(2) µs	9/2+
^68Ni	28	40	67.931869(3)	29(2) s	0+
^68m1Ni	1770.0(10) keV			276(65) ns	0+
^68m2Ni	2849.1(3) keV			860(50) µs	5-
^69Ni	28	41	68.935610(4)	11.5(3) s	9/2+
^69m1Ni	321(2) keV			3.5(4) s	(1/2-)
^69m2Ni	2701(10) keV			439(3) ns	(17/2-)
^70Ni	28	42	69.93650(37)	6.0(3) s	0+
^70mNi	2860(2) keV			232(1) ns	8+
^71Ni	28	43	70.94074(40)	2.56(3) s	1/2-#
^72Ni	28	44	71.94209(47)	1.57(5) s	0+
^73Ni	28	45	72.94647(32)#	0.84(3) s	(9/2+)
^74Ni	28	46	73.94807(43)#	0.68(18) s	0+
^75Ni	28	47	74.95287(43)#	0.6(2) s	(7/2+)#
^76Ni	28	48	75.95533(97)#	470(390) ms [0.24(+55-24) s]	0+
^77Ni	28	49	76.96055(54)#	300# ms [>300 ns]	9/2+#
^78Ni	28	50	77.96318(118)#	120# ms [>300 ns]	0+

出典

1. ^ 液体シンチレーション法による広島原爆被爆銅試料中の⁶³Niの測定、柴田誠一、京都大学原子炉実験所
2. ^ W., P. (1999年10月23日). “Twice-magic metal makes its debut - isotope of nickel”. Science News. 2006年9月29日閲覧。
3. ^ [1]

参考文献

• Isotope masses from 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.