炭素の同位体

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

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。

天然同位体

→詳細は「炭素12」、「炭素13」、および「炭素14」を参照

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。

古気候

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)。

一覧

同位体 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
8C	6	2	8.037675(25)	2.0(4) x 10-21 s [230(50) keV]	0+
9C	6	3	9.0310367(23)	126.5(9) ms	(3/2-)
10C	6	4	10.0168532(4)	19.290(12) s	0+
11C	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	3/2-
12C	6	6	12 by definition	STABLE	0+	0.9893(8)	0.98853-0.99037
13C	6	7	13.0033548378(10)	STABLE	1/2-	0.0107(8)	0.00963-0.01147
14C	6	8	14.003241989(4)	5.70(3) x 103 years	0+		<10-12
15C	6	9	15.0105993(9)	2.449(5) s	1/2+
16C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	0+
17C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	(3/2+)
18C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	0+
19C	6	13	19.03481(11)	46.2(23) ms	(1/2+)
20C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	0+
21C	6	15	21.04934(54)#	<30 ns	(1/2+)#
22C	6	16	22.05720(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。