カルシウムの同位体

カルシウム（₂₀ Ca）には、³⁵ Caから⁶⁰ Ca までの 26 の同位体が知られています。5 つの安定同位体（⁴⁰ Ca、⁴² Ca、⁴³ Ca、⁴⁴ Ca、⁴⁶ Ca）と、半減期が非常に長いため実質的に安定している同位体（ ⁴⁸ Ca）が 1 つあります。最も豊富な同位体である⁴⁰ Ca と希少な⁴⁶ Ca は、エネルギー的な観点から理論的に不安定ですが、それらの崩壊は観測されていません。カルシウムには、半減期が 99,400 年の宇宙線生成同位体41 ^Caもあります。空気中で生成される宇宙線生成同位体とは異なり、^{41 Ca は40} Caの中性子活性化によって生成されます。その生成のほとんどは、宇宙線生成中性子束がまだ十分に強い土壌柱の上部 1 メートルで行われます。⁴¹ Caは、太陽系の異常の重要な指標である⁴¹ Kに崩壊するため、恒星研究で大きな注目を集めています。最も安定した人工同位体は、半減期が163日の^{45 Caと、半減期が4.5日の47} Caです。他のすべてのカルシウム同位体の半減期は数分以下です。^[4]

安定な⁴⁰ Ca は天然カルシウムの約 97% を占め、主に大きな恒星での元素合成によって生成されます。ただし、 ⁴⁰ Ar と同様に、⁴⁰ Ca の一部の原子は放射性であり、⁴⁰ Kの放射性崩壊によって生成されます。K -Ar 年代測定は地質科学で広く使用されていますが、自然界での⁴⁰ Caの普及により、初期の研究では K-Ca 年代測定の普及が妨げられ、20 世紀にはほんの一握りの研究しか行われませんでした。しかし、ますます精度が高まっている熱イオン化（TIMS）と衝突セルマルチコレクタ誘導結合プラズマ質量分析（CC-MC-ICP-MS ）技術を使用した現代の技術は、K-Ca年代測定の成功に役立っており^{[5] [6] 、大陸地殻下部からのK損失の決定[7]}や、 Rb-Srと同様にさまざまな地質学的貯留層からのカルシウム寄与の起源追跡^{[8] [9]}にも使用されています。

カルシウムの安定同位体変異体（最も一般的には⁴⁴ Ca/ ⁴⁰ Caまたは⁴⁴ Ca/ ⁴² Ca、デルタ表記では「δ ⁴⁴ Ca」および「δ ^{44/42 Ca」と表記される）も、}骨粗鬆症の早期発見^[10]から火山噴火のタイムスケールの定量化[ ^11]に至るまで、自然科学のさまざまな分野で広く使用されています。その他の用途には、CO2注入サイトでの炭素隔離効率の定量化_[ 12 ]と^海洋酸性化の理解^[13]、花崗岩^[14]やカーボナタイトの形成など、普遍的および稀なマグマプロセスの調査^[15]、恐竜を含む現代および古代の栄養網の追跡^{[16] 、 [17]、[18]、}古代人の離乳習慣の評価^[19]、およびその他の多数の新しい用途があります。

カルシウム48は28個の中性子を持つ二重魔法核で、軽い原始核としては異例の中性子過剰である。カルシウム48は二重ベータ崩壊を起こし、半減期は約6.4×10 ¹⁹ 年と極めて長いが、理論的には単一ベータ崩壊も可能である。^{[22]この崩壊は}sd 核殻モデルで解析でき、他のどの二重ベータ崩壊よりもエネルギーが高い（4.27  MeV ）。 ^[23]また、中性子過剰核や超重核の前駆体としても使用できる。^{[24] [25]}

カルシウム60は、2020年現在、最も重い同位体として知られています^{[アップデート]}。^{[1] 2018年に}理化学研究所で⁵⁹ Caと他の元素の7つの同位体とともに初めて観測されました。 ^{[26]その存在は、少なくとも70} Caまでのカルシウムの偶数N同位体が存在することを示唆しており、^{59 Caはおそらく奇数}Nの最後の結合同位体です。^[27]以前の予測では、中性子ドリップラインは⁶⁰ Caで発生し、⁵⁹ Caは結合していないと推定されていました。^[26]

中性子過剰領域では、N = 40 は魔法数となるため、^{60 Ca は、 68} Ni同位体で観測されているように、当初は二重魔法核である可能性があると考えられていました。^{[28] [29]}しかし、その後の近傍核種⁵⁶ Ca、⁵⁸ Ca、および^{62 Ti の分光測定では、 64} Cr の周囲に存在することが知られている反転島に位置するはずであると予測されています。^{[29] [30]}

• C. マイケル ホーガン。2010 年。カルシウム。A. ジョーゲンソンおよび C. クリーブランド編。地球百科事典、国立科学環境評議会、ワシントン DC

• 国立同位元素開発センター 公式サイト^{[永久リンク切れ‍ ]}
• バークレー研究所同位体プロジェクトのカルシウム同位体データ