炭素の同位体には、炭素8から炭素22まで15種類が知られており、そのうち2種類(炭素12と炭素13)が安定である。長寿命の放射性同位体である炭素14の半減期は5700年である。これは天然でみられる唯一の炭素の放射性同位体で、宇宙線との相互作用による14N + 1n → 14C + 1Hという反応で、痕跡量が生成している。最も安定な人工放射性同位体は炭素11で、半減期は20.334分である。その他の全ての放射性同位体の半減期は20秒以下であり、ほとんどが200ミリ秒以下である。最も不安定な同位体は炭素8で、半減期は10×10-21秒である。天然の存在量の平均をとった、炭素の標準原子量は、12.0107(8) uである。 炭素11は、炭素の放射性同位体である。約99%は陽電子放出してホウ素11に、0.19-0.23%は電子捕獲してやはりホウ素11に崩壊する[1][2]。半減期は20.38分である。 炭素11は、ポジトロン断層法で分子の放射性ラベリングによく用いられる。 炭素には、炭素12、炭素13、炭素14の3つの天然同位体が存在する。炭素12と炭素13は安定で、天然の存在比は、約99:1である。炭素14は、大気上層で宇宙線からの熱中性子により生成し、地表に下降して生物に吸収される。炭素14の存在比は無視できる程度であるが、半減期5700年の放射性を持つため、放射計で検出することができる。死んだ組織は、それ以上炭素14を吸収しないため、炭素14の存在量は放射年代測定に用いることができる。 12Cと13Cは海洋循環を説明する温度トレーサーとして使われる。より軽い同位体(12C)の方が、植物が光合成するときに吸収されやすいことが分かっており、そのときのプランクトン(浮遊生物)の大発生により大量の12Cが海に取り込まれる。もし海水が成層化して海洋循環が滞ると、プランクトンの死滅によって12Cが海底に沈降し、表層は比較的多くの13Cで満たされる。そして、深い場所から冷水がわき上がる場所(北大西洋)から12Cがもたらされる。過去の気候のトレーサーには熱帯種、サンゴの成長環などがある(Flannery 2005)。 同位体
炭素11
天然同位体詳細は「炭素12」、「炭素13」、および「炭素14」を参照
古気候
一覧
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
8C628.037675(25)2.0(4) x 10-21 s [230(50) keV]0+
9C639.0310367(23)126.5(9) ms(3/2-)
10C6410.0168532(4)19.290(12) s0+
11C6511.0114336(10)20.334(24) min3/2-
12C6612 by definitionSTABLE0+0.9893(8)0.98853-0.99037
13C6713.0033548378(10)STABLE1/2-0.0107(8)0.00963-0.01147
14C6814.003241989(4)5.70(3) x 103 years0+<10-12
15C6915.0105993(9)2.449(5) s1/2+
16C61016.014701(4)0.747(8) s0+
17C61117.022586(19)193(5) ms(3/2+)
18C61218.02676(3)92(2) ms0+
19C61319.03481(11)46.2(23) ms(1/2+)
20C61420.04032(26)16(3) ms [14(+6-5) ms]0+
21C61521.04934(54)#<30 ns(1/2+)#
22C61622.05720(97)#6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms]0+
#でマークされた値は、全てが純粋に実験値から算出されたものではなく、一部体系的な傾向から導き出された推定値を含んでいる。明確なデータが得られていない核スピンに関しては、かっこ書きで表記している。
数値の最後にかっこ書きで表記しているのは、その値の誤差を示している。誤差の値は、同位体の構成と標準の原子質量に関しては、IUPACが公表する誤差で表記しており、それ以外の値は、標準偏差を表記している。
同位体存在比の正確さと質量数は変化によって制限される。天然存在比の範囲は、通常の地球上のどの場所でも同じはずである。
すべての核種の原子量の標準として扱われるように12Cは特に重要であり、その原子量は12と定義されている。
出典^ Scobie, J.; Lewis, G. M. (1 September 1957). ⇒“K-capture in carbon 11”. Philosophical Magazine 2 (21): 1089?1099. Bibcode: 1957PMag....2.1089S
^ Campbell, J.L.; Leiper, W., Ledingham, K.W.D., Drever, R.W.P. (NaN undefined NaN). ⇒“The ratio of K-capture to positon emission in the decay of 11C”. Nuclear Physics A 96 (2): 279?287. Bibcode: 1967NuPhA..96..279C
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