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구리 동위 원소

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1. 개요

구리 동위 원소는 구리의 다양한 형태를 설명하며, 안정 동위 원소와 방사성 동위 원소로 구분된다. 안정 동위 원소는 63Cu와 65Cu 두 종류가 있으며, 각각 자연 구리의 약 69%와 31%를 차지한다. 방사성 동위 원소는 반감기가 짧아 주로 연구 목적으로 사용되며, 64Cu와 67Cu는 의학적 응용, 특히 진단용 양전자 방출 단층 촬영(PET) 및 표적 방사선 치료에 활용된다. 구리의 안정 동위 원소는 핵 자기 공명(NMR) 스펙트럼을 생성하며, 63Cu가 더 민감한 핵종으로 사용된다.

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구리 동위 원소
핵종 정보
기호Cu
일반 정보
Nubase 2020 참고
동위 원소
구리-63na: 69.15%
hl: 안정
구리-64na: 인공
hl: 12.70 h
dm1: β+
perc1:
link1: 니켈-64
pn1: 64
ps1: Ni
dm2: β-
perc2:
link2: 아연-64
pn2: 64
ps2: Zn
구리-65na: 30.85%
hl: 안정
구리-67na: 인공
hl: 61.83 h
dm1: β
perc1:
link1: 아연-67
pn1: 67
ps1: Zn
주석

2. 구리 동위원소 목록

wikitext

구리는 양성자 29개를 가지며, 질량수 52에서 80 사이에 있는 여러 동위 원소를 가진다. 이 중 안정한 동위 원소는 63Cu와 65Cu 두 가지이며, 나머지는 방사성 동위원소이다.

구리의 동위 원소
핵종양성자 수중성자 수동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[7][8]붕괴 생성물[9]핵 스핀대표적인 동위 원소 조성비 (몰 분율)자연적인 조성비 변동 범위 (몰 분율)
52Cu292351.99718(28)#p51Ni(3+)#
53Cu292452.98555(28)#<300 nsp52Ni(3/2-)#
54Cu292553.97671(23)#<75 nsp53Ni(3+)#
55Cu292654.96605(32)#40# ms [>200 ns]β+55Ni3/2-#rowspan=2|rowspan=2|
p54Ni
56Cu292755.95856(15)#93(3) msβ+56Ni(4+)
57Cu292856.949211(17)196.3(7) msβ+57Ni3/2-
58Cu292957.9445385(17)3.204(7) sβ+58Ni1+
59Cu293058.9394980(8)81.5(5) sβ+59Ni3/2-
60Cu293159.9373650(18)23.7(4) minβ+60Ni2+
61Cu293260.9334578(11)3.333(5) hβ+61Ni3/2-
62Cu293361.932584(4)9.673(8) minβ+62Ni1+
63Cu293462.9295975(6)안정3/2-0.6915(15)0.68983-0.69338
64Cu293563.9297642(6)12.700(2) hβ+ (61%)64Ni1+rowspan=2|rowspan=2|
β- (39%)64Zn
65Cu293664.9277895(7)안정3/2-0.3085(15)0.30662-0.31017
66Cu293765.9288688(7)5.120(14) minβ-66Zn1+
67Cu293866.9277303(13)61.83(12) hβ-67Zn3/2-
68Cu293967.9296109(17)31.1(15) sβ-68Zn1+
68mCu293967.9296109(17)3.75(5) minIT (84%)68Cu(6-)rowspan=2|rowspan=2|
β- (16%)68Zn
69Cu294068.9294293(15)2.85(15) minβ-69Zn3/2-
69mCu294068.9294293(15)360(30) ns(13/2+)
70Cu294169.9323923(17)44.5(2) sβ-70Zn(6-)
70m1Cu294169.9323923(17)33(2) sβ- (52%)70Zn(3-)rowspan=2|rowspan=2|
IT (48%)70Cu
70m2Cu294169.9323923(17)6.6(2) sβ- (93.2%)70Zn1+rowspan=2|rowspan=2|
IT (6.8%)70Cu
71Cu294270.9326768(16)19.4(14) sβ-71Zn(3/2-)
71mCu294270.9326768(16)271(13) ns(19/2-)
72Cu294371.9358203(15)6.6(1) sβ-72Zn(1+)
72mCu294371.9358203(15)1.76(3) µs(4-)
73Cu294472.936675(4)4.2(3) sβ- (>99.9%)73Zn(3/2-)rowspan=2|rowspan=2|
β-, n (<.1%)72Zn
74Cu294573.939875(7)1.594(10) sβ-74Zn(1+,3+)rowspan=2|rowspan=2|
β-, n73Zn
75Cu294674.94190(105)1.224(3) sβ- (96.5%)75Zn(3/2-)#rowspan=2|rowspan=2|
β-, n (3.5%)74Zn
76Cu294775.945275(7)641(6) msβ- (97%)76Zn(3,5)rowspan=2|rowspan=2|
β-, n (3%)75Zn
76mCu294775.945275(7)1.27(30) sβ-76Zn(1,3)
77Cu294876.94785(43)#469(8) msβ-77Zn3/2-#rowspan=2|rowspan=2|
β-, n76Zn
78Cu294977.95196(43)#342(11) msβ-78Znrowspan=2|rowspan=2|
β-,n77Zn
79Cu295078.95456(54)#188(25) msβ-, n (55%)78Zn3/2-#rowspan=2|rowspan=2|
β- (45%)79Zn
80Cu295179.96087(64)#100# ms [>300 ns]β-80Zn


2. 1. 주요 안정 동위원소

구리는 29개의 양성자를 가지며, 질량수가 52에서 80 사이에 있는 여러 동위 원소를 가진다. 이 중 안정한 동위 원소는 63Cu와 65Cu 두 가지이다. 이 두 동위 원소는 모두 핵 스핀이 3/2-이다.

2. 1. 1. 63Cu

63Cu는 구리의 안정 동위 원소 중 하나로, 자연에 존재하는 구리의 약 69%를 차지한다. 양성자 29개와 중성자 34개로 구성되어 있으며, 핵 스핀은 3/2-이다.

2. 1. 2. 65Cu

65Cu는 구리의 안정 동위 원소 중 하나로, 자연에 존재하는 구리의 약 30.85%를 차지한다. 양성자 29개와 중성자 36개로 구성되어 있으며, 핵 스핀은 3/2-이다.

2. 2. 방사성 동위원소

구리의 방사성 동위원소는 63Cu와 65Cu를 제외한 모든 동위원소를 말한다. 이들은 다양한 반감기와 붕괴 방식을 가진다.

  • 주요 방사성 동위원소
  • 64Cu: 반감기는 12.7004(13)시간이며, 양전자 방출전자 포획을 통해 붕괴한다. 양전자 방출 단층 촬영(PET)에 사용된다.
  • 67Cu: 반감기는 61.83시간이며, 베타 붕괴를 통해 안정된 67Zn으로 붕괴한다. 표적 방사선 치료에 사용될 가능성이 있다.

  • 기타 방사성 동위원소: 52Cu, 53Cu, 54Cu, 55Cu, 56Cu, 57Cu, 58Cu, 59Cu, 60Cu, 61Cu, 62Cu, 66Cu, 68Cu, 69Cu, 70Cu, 71Cu, 72Cu, 73Cu, 74Cu, 75Cu, 76Cu, 77Cu, 78Cu, 79Cu, 80Cu는 반감기가 매우 짧아 주로 연구 목적으로 사용된다. 이들의 정보는 아래 표와 같다.


구리의 기타 방사성 동위 원소
핵종반감기붕괴 방식딸핵종핵 스핀
52Cup51Ni(3+)#
53Cu<300 nsp52Ni(3/2-)#
54Cu<75 nsp53Ni(3+)#
55Cu40# ms [>200 ns]β+55Ni3/2-#
p54Ni
56Cu93(3) msβ+56Ni(4+)
57Cu196.3(7) msβ+57Ni3/2-
58Cu3.204(7) sβ+58Ni1+
59Cu81.5(5) sβ+59Ni3/2-
60Cu23.7(4) minβ+60Ni2+
61Cu3.333(5) hβ+61Ni3/2-
62Cu9.673(8) minβ+62Ni1+
66Cu5.120(14) minβ-66Zn1+
68Cu31.1(15) sβ-68Zn1+
69Cu2.85(15) minβ-69Zn3/2-
70Cu44.5(2) sβ-70Zn(6-)
70m1Cu33(2) sβ- (52%)70Zn(3-)
IT (48%)70Cu
70m2Cu6.6(2) sβ- (93.2%)70Zn1+
IT (6.8%)70Cu
71Cu19.4(14) sβ-71Zn(3/2-)
72Cu6.6(1) sβ-72Zn(1+)
73Cu4.2(3) sβ- (>99.9%)73Zn(3/2-)
β-, n (<.1%)72Zn
74Cu1.594(10) sβ-74Zn(1+,3+)
β-, n74Zn
75Cu1.224(3) sβ- (97.3%)75Zn(3/2-)#
β-, n (2.7%)74Zn
76Cu641(6) msβ- (97%)76Zn(3,5)
β-, n (3%)75Zn
76mCu1.27(30) sβ-76Zn(1,3)
77Cu469(8) msβ-77Zn3/2-#
β-, n76Zn
78Cu342(11) msβ-78Zn
β-79Zn
79Cu188(25) msβ-, n (55%)78Zn3/2-#
β- (45%)79Zn
80Cu100# ms [>300 ns]β-80Zn


2. 2. 1. 64Cu

64Cu는 반감기가 12.7004(13) 시간인 구리의 방사성 동위원소이다.[4] 61.52%의 확률로 양전자(β+) 붕괴하여 '''64Ni'''이 되고, 38.48%의 확률로 전자 포획베타 붕괴(β-)하여 '''64Zn'''이 된다.[4]64Cu는 양전자 방출 단층 촬영(PET)에 사용되는 중요한 방사성 동위원소 중 하나이다.

2. 2. 2. 67Cu

67Cu의 반감기는 61.83시간이며, 베타 붕괴-)를 통해 안정된 67Zn으로 붕괴한다.[1][2] 표적 방사선 치료에 사용될 가능성이 높은 동위원소로 주목받고 있다.

2. 2. 3. 기타 방사성 동위원소

구리 동위 원소 중 52Cu, 53Cu, 54Cu, 55Cu, 56Cu, 57Cu, 58Cu, 59Cu, 60Cu, 61Cu, 62Cu, 66Cu, 68Cu, 69Cu, 70Cu, 71Cu, 72Cu, 73Cu, 74Cu, 75Cu, 76Cu, 77Cu, 78Cu, 79Cu, 80Cu는 매우 짧은 반감기를 가지며, 주로 연구 목적으로 사용된다.

구리의 기타 방사성 동위 원소
핵종반감기붕괴 방식딸핵종핵 스핀
52Cu(3+)#
53Cu<300 ns(3/2-)#
54Cu<75 ns(3+)#
55Cu55.9(15) msβ+55Ni3/2−#
β+, p (?%)54Co
56Cu80.8(6) msβ+ (99.60%)56Ni(4+)
β+, p (0.40%)55Co
57Cu196.4(7) msβ+57Ni3/2−
58Cu3.204(7) sβ+58Ni1+
59Cu81.5(5) sβ+59Ni3/2−
60Cu23.7(4) minβ+60Ni2+
61Cu3.343(16) hβ+61Ni3/2−
62Cu9.672(8) minβ+62Ni1+
66Cu5.120(14) minβ66Zn1+
68Cu30.9(6) sβ68Zn1+
β (14%)68Zn6−
69Cu2.85(15) minβ69Zn3/2−
70Cu44.5(2) sβ70Zn6−
70m1Cu33(2) sβ (52%)70Zn3−
IT (48%)70Cu
70m2Cu6.6(2) sβ (93.2%)70Zn1+
IT (6.8%)70Cu
71Cu19.4(14) sβ71Zn3/2−
72Cu6.63(3) sβ72Zn2−
73Cu4.20(12) sβ (99.71%)73Zn3/2−
β, n (0.29%)72Zn
74Cu1.606(9) sβ (99.93%)74Zn2−
β, n (0.075%)73Zn
75Cu1.224(3) sβ (97.3%)75Zn5/2−
β, n (2.7%)74Zn
76Cu[1]1.27(30) sβ (?%)76Zn(1,2)
β, n (?%)75Zn
76mCu[1]637.7(55) msβ (?%)76Zn3−
β, n (?%)75Zn
IT (10–17%)76Cu
77Cu470.3(17) msβ (69.9%)77Zn5/2−
β, n (30.1%)76Zn
78Cu330.7(20) msβ, n (50.6%)77Zn(6−)
β (49.4%)78Zn
79Cu241.3(21) msβ, n (66%)78Zn(5/2−)
β (34%)79Zn
80Cu113.3(64) msβ, n (59%)79Znrowspan=2|
β (41%)80Zn


3. 핵 자기 공명 (NMR)

구리의 안정 동위 원소인 63Cu와 65Cu는 모두 핵 스핀이 3/2-이다. 따라서 핵 자기 공명(NMR) 스펙트럼을 생성할 수 있다. 그러나 사중극자 모멘트 broadening으로 인해 스펙트럼 선이 넓게 나타나는 특징이 있다. 63Cu가 65Cu보다 더 민감한 핵종이지만, 65Cu는 약간 더 좁은 신호를 생성한다. 그럼에도 불구하고 일반적으로는 63Cu NMR이 더 선호된다.[4]

4. 의학적 응용

구리는 핵의학에 잠재적으로 유용한 비교적 많은 수의 방사성 동위원소를 제공한다. 64Cu, 62Cu, 61Cu, 60Cu는 진단 목적으로 사용되고, 67Cu, 64Cu는 표적 방사선 치료에 사용되는 것에 대한 관심이 높아지고 있다. 예를 들어 64Cu는 대부분의 양전자 방출체보다 더 긴 반감기(12.7시간)를 가지므로 생물학적 분자의 진단용 양전자 단층 촬영술(PET) 영상에 이상적이다.[5]

참조

[1] 논문 Long-sought isomer turns out to be the ground state of 76Cu 2024-06
[2] 논문 Mass measurements towards doubly magic 78Ni: Hydrodynamics versus nuclear mass contribution in core-collapse supernovae 2022-10
[3] 논문 Production of new neutron-rich isotopes near the N = 60 isotones Ge 92 and As 93 by in-flight fission of a 345 MeV/nucleon U 238 beam 2024-04-08
[4] 웹사이트 (Cu) Copper NMR https://chem.ch.huji[...]
[5] 간행물 Clarity uses a cutting-edge imaging technique to guide drug development 2014-09
[6] 저널 The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties http://www.nndc.bnl.[...] 2008-09-23
[7] 웹사이트 Nucleonica: Universal Nuclide Chart http://www.nucleonic[...]
[8] 문서 약자
[9] 문서 굵은 글꼴은 안정 동위 원소



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