鈣的同位素

　　自然中的鈣是由五種穩定同位素(40Ca、42Ca、43Ca、44Ca和46Ca)和一種半衰期很長的同位素(48Ca，半衰期約為4.3 × 1019年)組成的混合物。鈣是第一種(最輕的)有六種天然同位素的元素[5]。

　　迄今為止，自然界中最常見的鈣同位素是40Ca，占所有天然鈣的96.941%。它是在硅燃燒過程中由α粒子融合產生的，是質子數和中子數相等的最重的穩定核素；原始40K的衰變也促使它緩慢生成。添加一個α粒子將得到不穩定的44Ti，它通過兩次連續的電子俘獲迅速衰變為穩定的44Ca，這占所有天然鈣的2.806%，是第二常見的同位素。其他四種天然同位素，42Ca、43Ca、46Ca和48Ca，非常罕見，每種都不到所有天然鈣的1%。四種較輕的同位素主要是氧燃燒和硅燃燒過程的產物，剩下兩種較重的同位素通過中子俘獲過程形成。46Ca大部分是在“熱”s-過程中產生的，因為它的形成需要相當高的中子通量，以允許短壽命的45Ca捕獲中子。48Ca是Ia型超新星在r-過程中通過電子俘獲產生的，大量中子過剩和足夠低的熵保證了它的存在[17][18]。

　　46Ca和48Ca分別是第一批“經典穩定”的六中子和八中子過剩核素。盡管這種輕元素富含中子，但48Ca非常穩定，因為它是一個雙幻數核，有20個質子和28個中子排列在封閉的殼層中。由于核自旋的嚴重失配，其β衰變成為48Sc的過程受到很大阻礙：48Ca的核自旋數為零，是均勻的，而48Sc的自旋數為6+，所以根據角動量守恒衰變禁阻。雖然48Sc的兩個激發態也可以衰變，但因為它們的自旋數很高所以也是禁止的。因此在實際上，48Ca通過雙β衰變成為48Ti這是已知經歷雙β衰變的最輕核素[19][20] 。重同位素46Ca理論上也可以經歷雙β衰變到46Ti，但這從未被觀察到；最輕和最常見的同位素40Ca也具有雙幻數，可以經歷雙重電子俘獲得到40Ar，但這同樣從未被觀察到。鈣是唯一具有兩種原始雙幻數同位素的元素。40Ca和46Ca半衰期的實驗下限分別為5.9 × 1021年和2.8 × 1015年[19]。

　　除了實際上穩定的48Ca之外，鈣中壽命最長的放射性同位素是41Ca。它通過電子俘獲衰變得到穩定的41K，半衰期約為十萬年。作為一種已滅絕的放射性核素，它在早期太陽系中的存在是從過量的41K的量推斷出來的：41Ca的痕跡今天仍然存在，因為它是一種宇宙生成的核素，通過天然40Ca的中子活化而不斷地被重整[18]。已知許多其他鈣放射性同位素，范圍從35Ca到60Ca。它們的壽命都比41Ca短得多，其中最穩定的是45Ca(半衰期為163天)和47Ca(半衰期為4.54天)。輕于42Ca的同位素通常經歷β正衰變形成鉀同位素，重于44Ca的同位素通常經歷β負衰變形成鈧同位素，盡管在核滴線附近，質子發射和中子發射也開始成為顯著的衰變模式[19]。

　　像其他元素一樣，多種過程會改變鈣同位素的相對豐度[21]。對這些過程的最佳研究是鈣同位素的質量依賴分餾，伴隨著鈣礦物（如方解石、文石和磷灰石）從溶液中沉淀出來。較輕的同位素優先結合到這些礦物中，使得周圍溶液富含較重的同位素，在室溫下的濃度約為每原子質量單位（amu）0.025％。鈣同位素組成的質量依賴性差異通常用樣品中兩種同位素的比率(通常為44Ca/40Ca)與標準參考材料中相應比率來表示。44Ca/40Ca在地球上普通材料中為1%左右[22]。