가돌리늄 동위 원소
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1. 개요
가돌리늄은 자연적으로 7개의 안정 동위 원소와 2개의 방사성 동위 원소를 가지고 있다. 가돌리늄의 방사성 동위 원소는 알파 붕괴를 하며, 가돌리늄-153은 의료 영상 기술에 사용된다. 가돌리늄-148은 방사성 동위원소 열전 발전기에 이상적이지만, 경제적인 합성이 어려워 실제 사용은 어렵다.
자연 상태에서 발견되는 가돌리늄(Gd)은 총 7가지의 동위 원소로 이루어져 있다. 이 중 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd, 160Gd의 6개는 안정 동위 원소이거나 관측상 안정하여 사실상 안정한 것으로 간주된다.[22][24][25][26][8][10][11] 나머지 하나인 152Gd는 방사성 동위 원소이지만, 반감기가 약 1.08 × 1014년으로 매우 길어 자연계에 미량 존재한다.[21][6][7]
2. 동위 원소
이 외에도 가돌리늄은 질량수 134에서 172에 이르는 다양한 방사성 동위 원소들이 인공적으로 합성되거나 연구되었다.[17][18][19][20] 각 동위 원소의 상세한 특성, 자연 존재비, 반감기, 붕괴 방식 등은 아래 하위 섹션에 기술되어 있다.
2. 1. 안정 동위 원소
자연계에 존재하는 가돌리늄은 6개의 안정 동위 원소와 1개의 방사성 동위 원소(152Gd)로 구성된다. 안정 동위 원소는 154Gd, 155Gd, 156Gd, 157Gd, 158Gd, 160Gd이다.[17][18][19][20] 이 중 156Gd, 157Gd, 158Gd는 안정 동위 원소이며[25], 154Gd[22][8], 155Gd[24][10], 160Gd[26][11]는 관측상 안정 동위 원소이다. 관측상 안정 동위 원소는 이론적으로는 방사성 붕괴를 할 수 있지만, 아직 붕괴가 관측되지 않아 사실상 안정으로 취급된다.
각 안정 동위 원소의 자연 존재비(몰 분율)는 다음과 같다:2. 2. 방사성 동위 원소
가돌리늄은 다양한 방사성 동위 원소를 가지고 있다. 이들 중 일부는 자연계에 미량 존재하거나 인공적으로 생성된다. 각 동위 원소는 고유한 반감기와 붕괴 방식을 가진다.
주요 방사성 동위 원소는 다음과 같다.
이 외에도 다양한 가돌리늄 방사성 동위 원소가 존재하며, 그 특성은 아래 표와 같다. 일반적으로 질량수가 작은 동위 원소들(134Gd ~ 151Gd)은 주로 β+ 붕괴나 전자 포획을 통해 유로퓸(Eu) 동위 원소로 붕괴하는 경향을 보인다. 반면, 질량수가 큰 동위 원소들(159Gd ~ 172Gd)은 주로 β- 붕괴를 통해 터븀(Tb) 동위 원소로 변환된다. 일부 동위 원소는 알파 붕괴, 양성자 방출, 이성질핵 전이 등 다른 붕괴 방식을 보이기도 한다.
| 핵종 | 반감기[17] | 붕괴 방식[18][19] | 붕괴 생성 동위 원소[20] |
|---|---|---|---|
| 134Gd | 0.4 초 | ||
| 135Gd | 1.1 초 | β+ (98%), β+, p (2%) | 135Eu, 134Sm |
| 136Gd | >200 ns | β+? | 136Eu |
| 137Gd | 2.2 초 | β+, β+, p? | 137Eu, 136Sm |
| 138Gd | 4.7 초 | β+ | 138Eu |
| 138mGd | 6.2 µs | IT | 138Gd |
| 139Gd | 5.7 초 | β+, β+, p? | 139Eu, 138Sm |
| 139mGd | 4.8 초 | β+, β+, p? | 139Eu, 138Sm |
| 140Gd | 15.8 초 | β+ (67%), EC (33%) | 140Eu |
| 141Gd | 14 초 | β+ (99.97%), β+, p (0.03%) | 141Eu, 140Sm |
| 141mGd | 24.5 초 | β+ (89%), IT (11%) | 141Eu, 141Gd |
| 142Gd | 70.2 초 | EC (52%), β+ (48%) | 142Eu |
| 143Gd | 39 초 | β+, β+, p?, β+, α? | 143Eu, 142Sm, 139Pm |
| 143mGd | 110.0 초 | β+, β+, p?, β+, α? | 143Eu, 142Sm, 139Pm |
| 144Gd | 4.47 분 | β+ | 144Eu |
| 144mGd | 145 ns | IT | 144Gd |
| 145Gd | 23.0 분 | β+ | 145Eu |
| 145mGd | 85 초 | IT (94.3%), β+ (5.7%) | 145Gd, 145Eu |
| 146Gd | 48.27 일 | EC | 146Eu |
| 147Gd | 38.06 시간 | β+ | 147Eu |
| 147mGd | 510 ns | IT | 147Gd |
| 148Gd | 86.9 년[1] | α[4] | 144Sm |
| 149Gd | 9.28 일 | β+, α (4.3×10−4%) | 149Eu, 145Sm |
| 150Gd | 1.79×106 년 | α[5] | 146Sm |
| 151Gd | 123.9 일 | EC, α (1.1×10−6%) | '151Eu', '147Sm' |
| 152Gd | 1.08×1014 년[6] | α[7] | '148Sm' |
| 153Gd | 240.6 일 | EC | 153Eu |
| 153m1Gd | 3.5 µs | IT | 153Gd |
| 153m2Gd | 76.0 µs | IT | 153Gd |
| 155mGd | 31.97 ms | IT | 155Gd |
| 156mGd | 1.3 µs | IT | 156Gd |
| 157m1Gd | 460 ns | IT | 157Gd |
| 157m2Gd | 18.5 µs | IT | 157Gd |
| 159Gd | 18.479 시간[9] | β− | 159Tb |
| 161Gd | 3.646 분 | β− | 161Tb |
| 162Gd | 8.4 분 | β− | 162Tb |
| 163Gd | 68 초 | β− | 163Tb |
| 163mGd | 23.5 초 | IT?, β− | 163Gd, 163Tb |
| 164Gd | 45 초 | β− | 164Tb |
| 164mGd | 589 ns | IT | 164Gd |
| 165Gd | 11.6 초 | β− | 165Tb |
| 166Gd | 5.1 초 | β− | 166Tb |
| 166mGd | 950 ns | IT | 166Gd |
| 167Gd | 4.2 초 | β− | 167Tb |
| 168Gd | 3.03 초 | β− | 168Tb |
| 169Gd | 750 ms | β−, β−, n? (<0.7%)[12] | 169Tb, 168Tb |
| 170Gd | 675 ms[12] | β−, β−, n? (<3%)[12] | 170Tb, 169Tb |
| 171Gd | 392 ms[12] | β−, β−, n? (<10%)[12] | 171Tb, 170Tb |
| 172Gd | 163 ms[12] | β−, β−, n? (<50%)[12] | 172Tb, 171Tb |
2. 3. 동위 원소 표
수동위 원소 질량 (u)
방식[18][19]
동위 원소[20]
스핀
동위 원소
범위
(몰 분율)
최대 범위
(몰 분율)