El hierro-55 ( 55 Fe) es un isótopo radiactivo del hierro con un núcleo que contiene 26 protones y 29 neutrones . Se desintegra por captura de electrones a manganeso-55 y este proceso tiene una vida media de 2.737 años. Los rayos X emitidos se pueden utilizar como fuente de rayos X para diversos métodos de análisis científico, como la difracción de rayos X. El hierro-55 también es una fuente de electrones Auger , que se producen durante la desintegración.
El hierro-55 se desintegra mediante captura de electrones a manganeso-55 con una vida media de 2.737 años. [1] Los electrones alrededor del núcleo se ajustan rápidamente a la carga reducida sin abandonar su capa, y poco después la vacante en la capa "K" dejada por el electrón capturado nuclear es ocupada por un electrón de una capa superior. La diferencia de energía se libera emitiendo electrones Auger de 5,19 keV, con una probabilidad de alrededor del 60%, rayos X K-alfa -1 con energía de 5,89875 keV y una probabilidad de alrededor del 16,2%, rayos X K-alfa -2 con energía de 5,88765 keV y una probabilidad de alrededor del 8,2%, o rayos X K-beta con energía nominal de 6,49045 keV y una probabilidad de alrededor del 2,85%. Las energías de los rayos X K-alfa-1 y -2 son tan similares que a menudo se especifican como radiación monoenergética con una energía fotónica de 5,9 keV. Su probabilidad es de alrededor del 28%. [2] El 12% restante corresponde a electrones Auger de menor energía y algunos fotones de otras transiciones menores.
Los rayos X K-alfa emitidos por el manganeso-55 después de la captura de electrones se han utilizado como fuente de rayos X de laboratorio en diversas técnicas de dispersión de rayos X. La ventaja de los rayos X emitidos es que son monocromáticos y se producen continuamente durante años. [3] No se necesita energía eléctrica para esta emisión, lo cual es ideal para instrumentos de rayos X portátiles, como los instrumentos de fluorescencia de rayos X. [4] La misión ExoMars de la ESA utilizó, en 2016, [5] [6] una fuente de hierro-55 para su espectrómetro combinado de difracción de rayos X y fluorescencia de rayos X. [7] La misión MSL a Marte de 2011 utilizó un espectrómetro funcionalmente similar, pero con una fuente de rayos X tradicional alimentada eléctricamente. [8]
Los electrones Auger se pueden aplicar en detectores de captura de electrones para cromatografía de gases . Las fuentes de níquel-63 más utilizadas proporcionan electrones de la desintegración beta. [9]
El hierro-55 se produce más eficazmente mediante la irradiación de hierro con neutrones . La reacción ( 54 Fe(n,γ) 55 Fe y 56 Fe(n,2n) 55 Fe) de los dos isótopos más abundantes, hierro-54 y hierro-56 con neutrones, produce hierro-55. La mayor parte del hierro-55 observado se produce en estas reacciones de irradiación y no es un producto de fisión primaria. [10] Como resultado de las pruebas nucleares atmosféricas realizadas en la década de 1950, y hasta la prohibición de las pruebas en 1963, se han liberado en la biosfera cantidades considerables de hierro-55 . [11] Las personas cercanas a los campos de pruebas, por ejemplo los Iñupiat ( nativos de Alaska ) y los habitantes de las Islas Marshall , acumularon importantes cantidades de hierro radiactivo. Sin embargo, la corta vida media y la prohibición de los ensayos disminuyeron, al cabo de varios años, la cantidad disponible de hierro-55 casi hasta los niveles anteriores a los ensayos nucleares. [11] [12]