炭素 同位体

炭素

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同位体

原子核に6つの陽子を含む炭素原子には、3種類の同位体12C(存在比98.93パーセント)、13C(1.07パーセント)、14C(微量)が自然界で存在し[47]、それぞれがさまざまな学問分野で重要な位置を占める。

12Cは1961年IUPACによって質量の基準とすることが決定され[48]アボガドロ定数などの基礎的な定数はこれによって算出されている。13Cは核スピンを持つため、核磁気共鳴分光法において重要な核種である。

14Cは、地球上の存在比が100分の1[49]、大気中では1兆分の1程度でしかなく[50]、泥土や有機物の中に含まれている[49]半減期約5,730年の放射性同位体であり[47]ベータ崩壊を起こして窒素原子に変化する[51]。しかし、成層圏において大気中の窒素と宇宙線(中性子)が反応して常時新たに生成されている[51][52]。そのため古い石や化石などの閉じた系では時間とともに存在比が低くなることが知られ[52]考古学標本の分野で4万年スケール、最大6万年の[50]時代判定を行う放射性炭素年代測定法に使用したり[51][53][54]、過去の宇宙線強度が変化した様子を通じて太陽活動[55]や地球磁場の変遷[50]を分析するために使われる。

ほかにも、生物学医学の分野でも14Cをマーカーにした多くの分析法が開発された。光合成の初期研究には14Cが用いられ、その後は効果的な肥料の開発にも同位体が使われる[56]。ただし放射性物質である炭素14は取り扱いが難しいため、現在では放射能を持たない同位体元素である炭素13を用いた分析法も開発されている。

その他、炭素には半減期が非常に短い15種類の同位体が知られている。8Cは半減期1.98739×10−21秒で陽子放出アルファ崩壊を起こす[57]19Cは風変わりな中性子ハローの状態で存在する[58]




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