나이오븀 동위 원소

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1. 개요
2. 나이오븀 동위 원소
3. 나이오븀 동위 원소 일람
참조

1. 개요

나이오븀은 원자 번호 41번의 화학 원소로, 질량수가 81에서 117 사이인 다양한 동위 원소를 갖는다. 이들 중 나이오븀-93은 유일하게 안정적인 동위 원소이며, 나머지는 방사성 동위 원소이다. 대부분의 나이오븀 동위 원소는 베타 붕괴를 통해 지르코늄이나 몰리브데넘의 동위 원소로 변환되며, 일부는 이성질핵 전이를 겪기도 한다. 나이오븀-91, 나이오븀-92, 나이오븀-94는 특정 용도로 사용되거나, 지구 지각에서의 기원을 연구하는 데 활용된다.

2. 나이오븀 동위 원소

나이오븀은 원자번호 41번 원소로, 다양한 동위 원소를 가지고 있다. 이 중 ⁹³Nb만이 유일하게 안정적이며, 자연계에 존재하는 나이오븀은 모두 ⁹³Nb이다.

나머지 나이오븀 동위 원소들은 모두 방사성 동위 원소이며, 대부분 짧은 반감기를 가진다. 이들은 주로 β⁺ 또는 β^- 붕괴를 통해 다른 원소로 변환되며, 일부는 IT를 통해 붕괴하기도 한다.⁹¹Nb, ⁹²Nb, ⁹⁴Nb, ⁹⁵Nb는 각각 특징적인 반감기와 붕괴 방식을 갖는다. ⁹¹Nb은 전자 포획을 통해 ⁹¹Zr로, ⁹²Nb는 베타 붕괴를 통해 ⁹²Zr 또는 몰리브데넘-92로, ⁹⁴Nb는 베타 붕괴를 통해 ⁹⁴Mo로, ⁹⁵Nb는 베타 붕괴를 통해 ⁹⁵Mo로 붕괴한다.

다음은 나이오븀 동위 원소의 정보이다.

2. 1. 나이오븀-91

Niobium-91^영어 (⁹¹Nb)은 반감기가 680년으로, 주로 전자 포획을 통해 안정 동위 원소인 ⁹¹Zr로 붕괴한다. ⁹¹Nb은 입자가속기에서 ⁹⁰Zr, ⁹¹Zr에 양성자를 충돌시켜 극미량 생성되며, 실험용으로만 이용된다.^[1] 핵폐기물로 생성되지는 않는다.^[1]

2. 2. 나이오븀-92

나이오븀-92(⁹²Nb)는 반감기가 3470만 년인 절멸 핵종이다.^[3] 태양계 초창기에는 존재했었지만, 현재는 자연계에 존재하지 않는다. 주로 β⁺ 붕괴를 통해 안정 동위 원소인 지르코늄-92로 붕괴하며, 극히 일부는 β^- 붕괴를 통해 몰리브데넘-92로 붕괴한다. 초기 태양계에서 안정적인 ⁹³Nb에 대한 상대적인 존재비는 1.7×10⁻⁵로 추정되며, 이는 p-핵의 기원을 연구하는 데 중요한 정보를 제공한다.^[3]^[4]

외곽 원시 태양 디스크(운석 NWA 6704에서 추출)의 물질에서 더 높은 ⁹²Nb의 초기 존재비가 추정되었는데, 이는 이 핵종이 인근 핵 붕괴 초신성에서 감마 과정(광붕괴)을 통해 주로 형성되었음을 시사한다.^[5]

나이오븀-92는 나이오븀-94와 함께 정제된 지상 나이오븀 시료에서 검출되었으며, 이는 지구 지각에서 우주선 뮤온의 충돌로 생성되었을 수 있다.^[6]

원자로에서 초극미량 생성되지만 분리가 불가능하며, 실험실에서 ⁹¹Zr, ⁹²Zr에 양성자를 충돌시키거나 ⁹³Nb에 중성자를 충돌시켜 합성하여 실험용으로만 이용된다.

2. 3. 나이오븀-93

⁹³Nb은 나이오븀 동위 원소 중 유일한 안정 동위 원소로, 자연계에 100% 존재한다. 이론적으로는 자발 핵분열을 할 수 있는 가장 가벼운 핵종이지만, 실제 붕괴는 관측되지 않았다.^[1]

2. 4. 나이오븀-94

나이오븀-94(⁹⁴Nb)는 반감기가 20,300년으로, 베타 붕괴(β-)를 통해 안정 동위 원소인 몰리브데넘-94(⁹⁴Mo)로 붕괴한다. 원자로에서 생성되지 않아 실험용으로만 사용되며, 나이오븀-93(⁹³Nb)이나 지르코늄-94(⁹⁴Zr)를 이용하여 합성한다.

2. 5. 나이오븀-95

Niobium-95^영어 (⁹⁵Nb)는 반감기가 34.991일인 나이오븀의 동위 원소이다. 베타 붕괴(β^-)를 통해 안정 동위 원소인 몰리브데넘-95(⁹⁵Mo)로 붕괴한다.^[1] 원자로에서 대량 생산되지만 반감기가 짧아 빠르게 붕괴한다.^[1]

2. 6. 기타 나이오븀 동위 원소

나이오븀-81부터 나이오븀-117까지 다양한 동위 원소가 존재한다. 대부분의 나이오븀 동위 원소는 β⁺ 또는 β^-를 통해 붕괴하며, 일부는 IT를 통해 붕괴한다. 대부분 반감기가 매우 짧아 빠르게 붕괴하며, 안정 동위 원소 또는 다른 원소의 동위 원소로 변환된다.

3. 나이오븀 동위 원소 일람

수Z
(p)N
(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴
방식^[7]붕괴 생성
동위 원소^[8]핵
스핀대표적인
동위 원소의
존재비
(몰 분율)존재할 수 있는
동위 원소의
존재비
(몰 분율)⁸¹Nb414080.94903(161)#<44 nsβ⁺, p⁸⁰Y3/2-#⁸²Nb414181.94313(32)#51(5) msβ⁺⁸²Zr0+⁸³Nb414282.93671(34)4.1(3) sβ⁺⁸³Zr(5/2+)⁸⁴Nb414383.93357(32)#9.8(9) sβ⁺ (>99.9%)⁸⁴Zr3+rowspan=2|rowspan=2|β⁺, p (<0.1%)⁸³Y^84mNb338(10) keV103(19) ns(5-)⁸⁵Nb414484.92791(24)20.9(7) sβ⁺⁸⁵Zr(9/2+)^85mNb759.0(10) keV12(5) s(1/2-)⁸⁶Nb414585.92504(9)88(1) sβ⁺⁸⁶Zr(6+)^86mNb250(160)# keV56(8) sβ⁺⁸⁶Zrhigh⁸⁷Nb414686.92036(7)3.75(9) minβ⁺⁸⁷Zr(1/2-)^87mNb3.84(14) keV2.6(1) minβ⁺⁸⁷Zr(9/2+)#⁸⁸Nb414787.91833(11)14.55(6) minβ⁺⁸⁸Zr(8+)^88mNb40(140) keV7.8(1) minβ⁺⁸⁸Zr(4-)⁸⁹Nb414888.913418(29)2.03(7) hβ⁺⁸⁹Zr(9/2+)^89mNb0(30)# keV1.10(3) hβ⁺⁸⁹Zr(1/2)-⁹⁰Nb414989.911265(5)14.60(5) hβ⁺⁹⁰Zr8+^90m1Nb122.370(22) keV63(2) µs6+^90m2Nb124.67(25) keV18.81(6) sIT⁹⁰Nb4-^90m3Nb171.10(10) keV<1 µs7+^90m4Nb382.01(25) keV6.19(8) ms1+^90m5Nb1880.21(20) keV472(13) ns(11-)⁹¹Nb415090.906996(4)680(130) 년ε (99.98%)⁹¹Zr9/2+rowspan=2|rowspan=2|β⁺ (0.013%)⁹¹Zr^91m1Nb104.60(5) keV60.86(22) 일IT (93%)⁹¹Nb1/2-rowspan=3|rowspan=3|ε (7%)⁹¹Zrβ⁺ (0.0028%)⁹¹Zr^91m2Nb2034.35(19) keV3.76(12) µs(17/2-)⁹²Nb415191.907194(3)3.47(24)×10⁷ 년^[9]β⁺ (99.95%)⁹²Zr(7)+rowspan=2|rowspan=2|β^- (0.05%)⁹²Mo^92m1Nb135.5(4) keV10.15(2) 일β⁺⁹²Zr(2)+^92m2Nb225.7(4) keV5.9(2) µs(2)-^92m3Nb2203.3(4) keV167(4) ns(11-)⁹³Nb415292.9063781(26)안정^[10]9/2+1.0000^93mNb30.77(2) keV16.13(14) 년IT⁹³Nb1/2-⁹⁴Nb415393.9072839(26)2.03(16)×10⁴ 년β^-⁹⁴Mo(6)+^94mNb40.902(12) keV6.263(4) 분IT (99.5%)⁹⁴Nb3+rowspan=2|rowspan=2|β^- (0.5%)⁹⁴Mo⁹⁵Nb415494.9068358(21)34.991(6) 일β^-⁹⁵Mo9/2+^95mNb235.690(20) keV3.61(3) 일IT (94.4%)⁹⁵Nb1/2-rowspan=2|rowspan=2|β^- (5.6%)⁹⁵Mo⁹⁶Nb415595.908101(4)23.35(5) hβ^-⁹⁶Mo6+⁹⁷Nb415696.9080986(27)72.1(7) 분β^-⁹⁷Mo9/2+^97mNb743.35(3) keV52.7(18) sIT⁹⁷Nb1/2-⁹⁸Nb415797.910328(6)2.86(6) sβ^-⁹⁸Mo1+^98mNb84(4) keV51.3(4) 분β^- (99.9%)⁹⁸Mo(5+)rowspan=2|rowspan=2|IT (0.1%)⁹⁸Nb⁹⁹Nb415898.911618(14)15.0(2) sβ^-⁹⁹Mo9/2+^99mNb365.29(14) keV2.6(2) 분β^- (96.2%)⁹⁹Mo1/2-rowspan=2|rowspan=2|IT (3.8%)⁹⁹Nb¹⁰⁰Nb415999.914182(28)1.5(2) sβ^-¹⁰⁰Mo1+^100mNb470(40) keV2.99(11) sβ^-¹⁰⁰Mo(4+,5+)¹⁰¹Nb4160100.915252(20)7.1(3) sβ^-¹⁰¹Mo(5/2#)+¹⁰²Nb4161101.91804(4)1.3(2) sβ^-¹⁰²Mo1+^102mNb130(50) keV4.3(4) sβ^-¹⁰²Mohigh¹⁰³Nb4162102.91914(7)1.5(2) sβ^-¹⁰³Mo(5/2+)¹⁰⁴Nb4163103.92246(11)4.9(3) sβ^- (99.94%)¹⁰⁴Mo(1+)rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (0.06%)¹⁰³Mo^104mNb220(120) keV940(40) msβ^- (99.95%)¹⁰⁴Mohighrowspan=2|rowspan=2|β^-, n (0.05%)¹⁰³Mo¹⁰⁵Nb4164104.92394(11)2.95(6) sβ^- (98.3%)¹⁰⁵Mo(5/2+)#rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (1.7%)¹⁰⁴Mo¹⁰⁶Nb4165105.92797(21)#920(40) msβ^- (95.5%)¹⁰⁶Mo2+#rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (4.5%)¹⁰⁵Mo¹⁰⁷Nb4166106.93031(43)#300(9) msβ^- (94%)¹⁰⁷Mo5/2+#rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (6%)¹⁰⁶Mo¹⁰⁸Nb4167107.93484(32)#0.193(17) sβ^- (93.8%)¹⁰⁸Mo(2+)rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (6.2%)¹⁰⁷Mo¹⁰⁹Nb4168108.93763(54)#190(30) msβ^- (69%)¹⁰⁹Mo5/2+#rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (31%)¹⁰⁸Mo¹¹⁰Nb4169109.94244(54)#170(20) msβ^- (60%)¹¹⁰Mo2+#rowspan=2|rowspan=2|β^-, n (40%)¹⁰⁹Mo¹¹¹Nb4170110.94565(54)#80# ms [>300 ns]5/2+#¹¹²Nb4171111.95083(75)#60# ms [>300 ns]2+#¹¹³Nb4172112.95470(86)#30# ms [>300 ns]5/2+#

동위 원소	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴	딸핵종	핵 스핀
동위 원소	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴	딸핵종	핵 스핀	여기 에너지
⁸¹Nb	41	40	80.94903(161)#	<44 ns	3/2-#
⁸²Nb	41	41	81.94438(32)	51(5) ms	β⁺	⁸²Zr	0+
^82mNb	1180(1) keV						93(20) ns	IT	⁸²Nb	(5+)
⁸³Nb	41	42	82.93815(17)	3.9(2) s	β⁺	⁸³Zr	9/2+#
⁸⁴Nb	41	43	83.93430571(43)	9.8(9) s	β⁺	⁸⁴Zr	(1+)
^84m1Nb	48(1) keV						176(46) ns	IT	⁸⁴Nb	(3+)
^84m2Nb	337.7(4) keV						92(5) ns	IT	⁸⁴Nb	(5−)
⁸⁵Nb	41	44	84.9288458(44)	20.5(7) s	β⁺	⁸⁵Zr	9/2+#
^85mNb	150(80)# keV						3.3(9) s	IT (?%)	⁸⁵Nb	(1/2−)	rowspan=2\|
^85mNb	150(80)# keV						3.3(9) s	β⁺ (?%)	⁸⁵Zr	(1/2−)
⁸⁶Nb	41	45	85.9257815(59)	88(1) s	β⁺	⁸⁶Zr	(6+)
^86mNb^[1]	150(100)# keV						20# s	β⁺	⁸⁶Zr	(0−,1−,2−)
⁸⁷Nb	41	46	86.9206925(73)	3.7(1) min	β⁺	⁸⁷Zr	(1/2)−
^87mNb	3.9(1) keV						2.6(1) min	β⁺	⁸⁷Zr	(9/2)+
⁸⁸Nb	41	47	87.918226(62)	14.50(11) min	β⁺	⁸⁸Zr	(8+)
^88mNb^[1]	130(120) keV						7.7(1) min	β⁺	⁸⁸Zr	(4−)
⁸⁹Nb	41	48	88.913445(25)	2.03(7) h	β⁺	⁸⁹Zr	(9/2+)
^89mNb^[1]	0(30)# keV						1.10(3) h	β⁺	⁸⁹Zr	(1/2)−
⁹⁰Nb	41	49	89.9112592(36)	14.60(5) h	β⁺	⁹⁰Zr	8+
^90m1Nb	122.370(22) keV						63(2) μs	IT	⁹⁰Nb	6+
^90m2Nb	124.67(25) keV						18.81(6) s	IT	⁹⁰Nb	4-
^90m3Nb	171.10(10) keV						<1 μs	IT	⁹⁰Nb	7+
^90m4Nb	382.01(25) keV						6.19(8) ms	IT	^90m1Nb	1+
^90m5Nb	1880.21(20) keV						471(6) ns	IT	⁹⁰Nb	(11−)
⁹¹Nb	41	50	90.9069903(31)	680(130) y	EC (99.99%)	⁹¹Zr	9/2+	rowspan=2\|
⁹¹Nb	41	50	90.9069903(31)	680(130) y	β⁺ (0.0138%)	⁹¹Zr	9/2+
^91m1Nb	104.60(5) keV						60.86(22) d	IT (96.6%)	⁹¹Nb	1/2−	rowspan=3\|
								EC (3.4%)	⁹¹Zr
								β⁺ (.0028%)	⁹¹Zr
^91m2Nb	2034.42(20) keV						3.76(12) μs	IT	⁹¹Nb	(17/2−)
⁹²Nb	41	51	91.9071886(19)	3.47E	β⁺	⁹²Zr	7+	미량
^92m1Nb	135.5(4) keV						10.116(13) d	β⁺	⁹²Zr	(2)+
^92m2Nb	225.8(4) keV						5.9(2) μs	IT	⁹²Nb	(2)−
^92m3Nb	2203.3(4) keV						167(4) ns	IT	⁹²Nb	(11−)
⁹³Nb	41	52	92.9063732(16)	안정			9/2+	1.0000
^93m1Nb	30.760(5) keV						16.12(12) y	IT	⁹³Nb	1/2−
^93m2Nb	7460(17) keV						1.5(5) μs	IT	⁹³Nb	33/2−#
⁹⁴Nb	41	53	93.9072790(16)	2.04E	β⁻	⁹⁴Mo	6+	미량
^94mNb	40.892(12) keV						6.263(4) min	IT (99.50%)	⁹⁴Nb	3+	rowspan=2\|
^94mNb	40.892(12) keV						6.263(4) min	β⁻ (0.50%)	⁹⁴Mo	3+
⁹⁵Nb	41	54	94.90683111(55)	34.991(6) d	β⁻	⁹⁵Mo	9/2+
^95mNb	235.69(2) keV						3.61(3) d	IT (94.4%)	⁹⁵Nb	1/2−	rowspan=2\|
^95mNb	235.69(2) keV						3.61(3) d	β⁻ (5.6%)	⁹⁵Mo	1/2−
⁹⁶Nb	41	55	95.90810159(16)	23.35(5) h	β⁻	⁹⁶Mo	6+
⁹⁷Nb	41	56	96.9081016(46)	72.1(7) min	β⁻	⁹⁷Mo	9/2+
^97mNb	743.35(3) keV						58.7(18) s	IT	⁹⁷Nb	1/2−
⁹⁸Nb	41	57	97.9103326(54)	2.86(6) s	β⁻	⁹⁸Mo	1+
^98mNb	84(4) keV						51.1(4) min	β⁻	⁹⁸Mo	(5)+
⁹⁹Nb	41	58	98.911609(13)	15.0(2) s	β⁻	⁹⁹Mo	9/2+
^99mNb	365.27(8) keV						2.5(2) min	β⁻ (?%)	⁹⁹Mo	1/2−	rowspan=2\|
^99mNb	365.27(8) keV						2.5(2) min	IT (?%)	⁹⁹Nb	1/2−
¹⁰⁰Nb	41	59	99.9143406(86)	1.5(2) s	β⁻	'¹⁰⁰Mo'	1+
^100m1Nb	313(8) keV						2.99(11) s	β⁻	'¹⁰⁰Mo'	(5+)
^100m2Nb	347(8) keV						460(60) ns	IT	¹⁰⁰Nb	(4−,5−)
^100m3Nb	734(8) keV						12.43(26) μs	IT	¹⁰⁰Nb	(8−)
¹⁰¹Nb	41	60	100.9153065(40)	7.1(3) s	β⁻	¹⁰¹Mo	5/2+
¹⁰²Nb	41	61	101.9180904(27)	4.3(4) s	β⁻	¹⁰²Mo	(4+)
^102mNb	94(7) keV						1.31(16) s	β⁻	¹⁰²Mo	(1+)
¹⁰³Nb	41	62	102.9194534(42)	1.34(7) s	β⁻	¹⁰³Mo	5/2+
¹⁰⁴Nb	41	63	103.9229077(19)	0.98(5) s	β⁻ (99.95%)	¹⁰⁴Mo	(1+)	rowspan=2\|
¹⁰⁴Nb	41	63	103.9229077(19)	0.98(5) s	β⁻, n (0.05%)	¹⁰³Mo	(1+)
^104mNb^[1]	9.8(26) keV						4.9(3) s	β⁻ (99.94%)	¹⁰⁴Mo	(0−,1−)	rowspan=2\|
^104mNb^[1]	9.8(26) keV						4.9(3) s	β⁻, n (0.06%)	¹⁰³Mo	(0−,1−)
¹⁰⁵Nb	41	64	104.9249426(43)	2.91(5) s	β⁻ (98.3%)	¹⁰⁵Mo	(5/2+)	rowspan=2\|
¹⁰⁵Nb	41	64	104.9249426(43)	2.91(5) s	β⁻, n (1.7%)	¹⁰⁴Mo	(5/2+)
¹⁰⁶Nb	41	65	105.9289285(15)	900(20) ms	β⁻ (95.5%)	¹⁰⁶Mo	1−#	rowspan=2\|
¹⁰⁶Nb	41	65	105.9289285(15)	900(20) ms	β⁻, n (4.5%)	¹⁰⁵Mo	1−#
^106m1Nb	100(50)# keV						1.20(6) s	β⁻	¹⁰⁶Mo	(4−)
^106m2Nb	204.8(5) keV						820(38) ns	IT	¹⁰⁶Nb	(3+)
¹⁰⁷Nb	41	66	106.9315897(86)	286(8) ms	β⁻ (92.6%)	¹⁰⁷Mo	(5/2+)	rowspan=2\|
¹⁰⁷Nb	41	66	106.9315897(86)	286(8) ms	β⁻, n (7.4%)	¹⁰⁶Mo	(5/2+)
¹⁰⁸Nb	41	67	107.9360756(88)	201(4) ms	β⁻ (93.7%)	¹⁰⁸Mo	(2+)	rowspan=2\|
¹⁰⁸Nb	41	67	107.9360756(88)	201(4) ms	β⁻, n (6.3%)	¹⁰⁷Mo	(2+)
^108mNb	166.6(5) keV						109(2) ns	IT	¹⁰⁹Nb	6−#
¹⁰⁹Nb	41	68	108.93914(46)	106.9(49) ms	β⁻ (69%)	¹⁰⁹Mo	3/2−#	rowspan=2\|
¹⁰⁹Nb	41	68	108.93914(46)	106.9(49) ms	β⁻, n (31%)	¹⁰⁸Mo	3/2−#
^109mNb	312.5(4) keV						115(8) ns	IT	¹⁰⁹Nb	7/2+#
¹¹⁰Nb	41	69	109.94384(90)	75(1) ms	β⁻ (60%)	¹¹⁰Mo	5+#	rowspan=2\|
¹¹⁰Nb	41	69	109.94384(90)	75(1) ms	β⁻, n (40%)	¹⁰⁹Mo	5+#
^110mNb^[1]	100(50)# keV						94(9) ms	β⁻ (60%)	¹⁰⁴Mo	2+#	rowspan=2\|
^110mNb^[1]	100(50)# keV						94(9) ms	β⁻, n (40%)	¹⁰³Mo	2+#
¹¹¹Nb	41	70	110.94744(32)#	54(2) ms	β⁻	¹¹¹Mo	3/2−#
¹¹²Nb	41	71	111.95269(32)#	38(2) ms	β⁻	¹¹²Mo	1+#
¹¹³Nb	41	72	112.95683(43)#	32(4) ms	β⁻	¹¹³Mo	3/2−#
¹¹⁴Nb	41	73	113.96247(54)#	17(5) ms	β⁻	¹¹⁴Mo	2−#
¹¹⁵Nb	41	74	114.96685(54)#	23(8) ms	β⁻	¹¹⁵Mo	3/2−#
¹¹⁶Nb	41	75	115.97291(32)#	12# ms [>550 ns]	β⁻	¹¹⁶Mo	1−#
¹¹⁷Nb^[2]	41	76	미정	미정	β⁻	¹¹⁷Mo	미정