라돈 동위 원소
1. 개요
라돈의 동위 원소는 원자 번호 86번의 화학 원소인 라돈의 서로 다른 핵종을 의미하며, 모두 불안정하여 방사성 붕괴를 한다. 라돈은 안정 동위 원소가 없으며, 주요 동위 원소들의 질량, 반감기, 붕괴 방식, 붕괴 생성물, 핵 스핀 등의 정보가 표로 정리되어 있다. 라돈의 주요 동위 원소로는 219Rn (악티논), 220Rn (토론), 222Rn (라돈) 등이 있으며, 우라늄-238 붕괴 사슬을 통해 222Rn이 생성된다.
-
원소별 동위 원소 목록 -
탄소 동위 원소
탄소 동위원소는 양성자 수는 6개로 같지만 중성자 수가 다른 탄소의 여러 형태로, 자연계에는 안정 동위원소인 탄소-12, 탄소-13과 방사성 동위원소인 탄소-14가 존재하며, 각각 원자 질량 단위 기준, 핵자기 공명 분광법, 방사성탄소연대측정법 등에 활용되고 비율 분석은 다양한 학문 분야에서 과거 환경 연구에 사용된다. -
원소별 동위 원소 목록 -
베릴륨 동위 원소
베릴륨 동위 원소는 자연계에 주로 존재하는 안정 동위원소 베릴륨-9와 방사성 동위원소로 구성되며, 베릴륨-7과 베릴륨-10은 우주선에 의해 생성되어 연구에 활용되고, 베릴륨은 안정 동위원소가 하나뿐인 특이한 원소이다.
2. 동위 원소
라돈은 원자번호 86번의 원소로, 다양한 동위 원소를 가진다. 동위 원소는 원자핵 내 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원소들을 말한다. 라돈의 동위 원소는 193Rn부터 231Rn까지 존재하며, 이들 중 일부는 자연 상태에서 미량 발견되기도 한다.
라돈 동위 원소들은 대부분 짧은 반감기를 가지며, 주로 알파 붕괴를 통해 다른 원소로 변환된다. 일부는 베타 붕괴를 하는 경우도 있다. 특히, 219Rn (악티논), 220Rn (토론), 222Rn (라돈)은 자연에서 붕괴 사슬의 일부로 미량 존재한다.
다음은 주요 라돈 동위 원소에 대한 간략한 표이다.
| 핵종 | 반감기 | 붕괴 방식 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 193Rn | 1.15(27) ms | α | |
| 194Rn | 0.78(16) ms | α, β+? | |
| 217Rn | 593(38) μs | α | 미량 존재 |
| 218Rn | 33.75(15) ms | α | 미량 존재 |
| 219Rn | 3.96(1) s | α | 악티논, 미량 존재 |
| 220Rn | 55.6(1) s | α | 토론, 미량 존재 |
| 221Rn | 25.7(5) 분 | β−, α | 미량 존재 |
| 222Rn | 3.8215(2) 일 | α | 라돈, 미량 존재 |
| 223Rn | 24.3(4) 분 | β− | |
| 224Rn | 107(3) 분 | β− |
2.1. 주요 동위 원소
| 핵종 | Z(p) | N(n) | 원자 질량 (u) | 반감기 | 붕괴 방식 | 생성 핵종 | 핵 스핀 | 참고 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 193Rn | 86 | 107 | 193.009708(27) | 1.15(27) ms | α | 189Po | (3/2−) | |
| 194Rn | 86 | 108 | 194.006146(18) | 0.78(16) ms | α | 190Po | 0+ | |
| β+? | 194At | |||||||
| 195Rn | 86 | 109 | 195.005422(55) | 7(3) ms | α | 191Po | 3/2− | |
| 195mRn | 80(50) keV | 6(3) ms | α | 191Po | 13/2+ | |||
| 196Rn | 86 | 110 | 196.002120(15) | 4.7(11) ms | α | 192Po | 0+ | |
| β+? | 196At | |||||||
| 197Rn | 86 | 111 | 197.001621(17) | 54(6) ms | α | 193Po | 3/2− | |
| β+? | 197At | |||||||
| 197mRn | 199(11) keV | 25.6(25) ms | α | 193Po | 13/2+ | |||
| β+? | 197At | |||||||
| 198Rn | 86 | 112 | 197.998679(14) | 64.4(16) ms | α (93%) | 194Po | 0+ | |
| β+? (7%) | 198At | |||||||
| 199Rn | 86 | 113 | 198.9983254(78) | 590(30) ms | α | 195Po | 3/2− | |
| β+? | 199At | |||||||
| 199mRn | 220(11) keV | 310(20) ms | α | 195Po | 13/2+ | |||
| β+? | 199At | |||||||
| IT? | 199At | |||||||
| 200Rn | 86 | 114 | 199.9957053(62) | 1.09(16) s | α (92%) | 196Po | 0+ | |
| β+? (8%) | 200At | |||||||
| 200mRn | 2320(20)# keV | 28(9) μs | IT | 200Rn | ||||
| 201Rn | 86 | 115 | 200.995591(11) | 7.0(4) s | α | 197Po | 3/2− | |
| β+? | 201At | |||||||
| 201mRn | 245(12) keV | 3.8(1) s | α | 197Po | 13/2+ | |||
| β+? | 201At | |||||||
| 202Rn | 86 | 116 | 201.993264(19) | 9.7(1) s | α (78%) | 198Po | 0+ | |
| β+ (22%) | 202At | |||||||
| 202mRn | 2310(50)# keV | 2.22(7) μs | IT | 202Rn | 11−# | |||
| 203Rn | 86 | 117 | 202.9933612(62) | 44.2(16) s | α (66%) | 199Po | 3/2− | |
| β+ (34%) | 203At | |||||||
| 203mRn | 362(4) keV | 26.9(5) s | α (75%) | 199Po | 13/2+ | |||
| β+ (25%) | 203At | |||||||
| 204Rn | 86 | 118 | 203.9914437(80) | 1.242(23) min | α (72.4%) | 200Po | 0+ | |
| β+ (27.6%) | 204At | |||||||
| 205Rn | 86 | 119 | 204.9917232(55) | 170(4) s | β+ (75.4%) | 205At | 5/2− | |
| α (24.6%) | 201Po | |||||||
| 205mRn | 657.1(5) keV | >10 s | IT | 205Rn | 13/2+# | |||
| α? | 201Po | |||||||
| β+? | 205At | |||||||
| 206Rn | 86 | 120 | 205.9901954(92) | 5.67(17) min | α (62%) | 202Po | 0+ | |
| β+ (38%) | 206At | |||||||
| 207Rn | 86 | 121 | 206.9907302(51) | 9.25(17) min | β+ (79%) | 207At | 5/2− | |
| α (21%) | 203Po | |||||||
| 207mRn | 899.1(10) keV | 184.5(9) μs | IT | 207Rn | 13/2+ | |||
| 208Rn | 86 | 122 | 207.989635(11) | 24.35(14) min | α (62%) | 204Po | 0+ | |
| β+ (38%) | 208At | |||||||
| 208mRn | 1828.3(4) keV | 487(12) ns | IT | 208Rn | 8+ | |||
| 209Rn | 86 | 123 | 208.990401(11) | 28.8(10) min | β+ (83%) | 209At | 5/2− | |
| α (17%) | 205Po | |||||||
| 209m1Rn | 1174.01(13) keV | 13.4(13) μs | IT | 209Rn | 13/2+ | |||
| 209m2Rn | 3636.81(23) keV | 3.0(3) μs | IT | 209Rn | 35/2+ | |||
| 210Rn | 86 | 124 | 209.9896889(49) | 2.4(1) h | α (96%) | 206Po | 0+ | |
| β+ (4%) | 210At | |||||||
| 210m1Rn | 1710(30) keV | 644(40) ns | IT | 210Rn | 8+ | |||
| 210m2Rn | 3857(30) keV | 1.06(5) μs | IT | 210Rn | 17− | |||
| 210m3Rn | 6514(30) keV | 1.04(7) μs | IT | 210Rn | 23+ | |||
| 211Rn | 86 | 125 | 210.9906008(73) | 14.6(2) h | β+ (72.6%) | 211At | 1/2− | |
| α (27.4%) | 207Po | |||||||
| 211m1Rn | 1603(14)# keV | 596(28) ns | IT | 211Rn | 17/2− | |||
| 211m2Rn | 8905(20)# keV | 201(4) ns | IT | 211Rn | 63/2− | |||
| 212Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 23.9(12) min | α | 208Po | 0+ | |
| 212m1Rn | 1639.68(15) keV | 118(14) ns | IT | 212Rn | 6+ | |||
| 212m2Rn | 1694.1(3) keV | 910(30) ns | IT | 212Rn | 8+ | |||
| 212m3Rn | 6174.2(3) keV | 102(4) ns | IT | 212Rn | 22+ | |||
| 212m4Rn | 8579.2(4) keV | 154(14) ns | IT | 212Rn | 30+ | |||
| 213Rn | 86 | 127 | 212.9938851(36) | 19.5(1) ms | α | 209Po | 9/2+# | |
| 213m1Rn | 1682(10) keV | 1.00(21) μs | IT | 213Rn | (25/2+) | |||
| 213m2Rn | 2205(10) keV | 1.36(7) μs | IT | 213Rn | (31/2−) | |||
| 213m3Rn | 5965(14) keV | 164(11) ns | IT | 213Rn | (55/2+) | |||
| 214Rn | 86 | 128 | 213.9953627(99) | 259(3) ns | α | 210Po | 0+ | |
| 214mRn | 4595.4(18) keV | 245(30) ns | IT | 214Rn | (22+) | |||
| 215Rn | 86 | 129 | 214.9987450(65) | 2.30(10) μs | α | 211Po | 9/2+ | |
| 216Rn | 86 | 130 | 216.0002719(62) | 29(4) μs | α | 212Po | 0+ | |
| 217Rn | 86 | 131 | 217.0039276(45) | 593(38) μs | α | 213Po | 9/2+ | |
| 218Rn | 86 | 132 | 218.0056011(25) | 33.75(15) ms | α | 214Po | 0+ | |
| 219Rn | 86 | 133 | 219.0094787(23) | 3.96(1) s | α | 215Po | 5/2+ | |
| 220Rn | 86 | 134 | 220.0113924(19) | 55.6(1) s | α | 216Po | 0+ | |
| 221Rn | 86 | 135 | 221.0155356(61) | 25.7(5) min | β− (78%) | 221Fr | 7/2+ | |
| α (22%) | 217Po | |||||||
| 222Rn | 86 | 136 | 222.0175760(21) | 3.8215(2) d | α | 218Po | 0+ | |
| 223Rn | 86 | 137 | 223.0218893(84) | 24.3(4) min | β− | 223Fr | 7/2+ | |
| α? | 219Po | |||||||
| 224Rn | 86 | 138 | 224.024096(11) | 107(3) min | β− | 224Fr | 0+ | |
| 225Rn | 86 | 139 | 225.028486(12) | 4.66(4) min | β− | 225Fr | 7/2− | |
| 226Rn | 86 | 140 | 226.030861(11) | 7.4(1) min | β− | 226Fr | 0+ | |
| 227Rn | 86 | 141 | 227.035304(15) | 20.2(4) s | β− | 227Fr | (3/2+) | |
| 228Rn | 86 | 142 | 228.037835(19) | 65(2) s | β− | 228Fr | 0+ | |
| 229Rn | 86 | 143 | 229.042257(14) | 11.9(13) s | β− | 229Fr | (5/2+) | |
| 230Rn | 86 | 144 | 230.04527(22)# | 24# s [>300 ns] | β−? | 230Fr | 0+ | |
| 231Rn | 86 | 145 | 231.04997(32)# | 2# s [>300 ns] | β−? | 231Fr | 1/2+# | |
* 참고
193Rn부터 231Rn까지의 라돈 동위 원소에 대한 정보이다.
각 동위 원소는 원자 번호(Z, 양성자 수), 중성자 수(N), 원자 질량, 반감기, 붕괴 방식, 생성 핵종, 핵 스핀 등의 정보를 포함한다.
일부 동위 원소는 이성질체(m) 상태로 존재하며, 이 경우 여기 에너지 정보가 추가된다.
217Rn, 218Rn, 219Rn, 220Rn, 221Rn, 222Rn은 자연에서 미량 존재한다.
2.2. 동위 원소 목록
| 핵종 기호 | Z(p) | N(n) | 동위 원소 질량 (u) | 반감기 | 붕괴 방식 | 붕괴 생성물 | 핵 스핀 | 전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율) | 자연적 구성비 변동 범위 (몰 분율) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 193Rn | 86 | 107 | 193.009708(27) | 1.15(27) ms | α | 189Po | (3/2−) | ||
| 194Rn | 86 | 108 | 194.006146(18) | 0.78(16) ms | α | 190Po | 0+ | ||
| β+? | 194At | ||||||||
| 195Rn | 86 | 109 | 195.005422(55) | 7(3) ms | α | 191Po | 3/2− | ||
| β+? | 195At | ||||||||
| 195mRn | 86 | 109 | 195.005422(55) | 6(3) ms | α | 191Po | 13/2+ | ||
| 196Rn | 86 | 110 | 196.002120(15) | 4.7(11) ms | α | 192Po | 0+ | ||
| β+? | 196At | ||||||||
| 197Rn | 86 | 111 | 197.001621(17) | 54(6) ms | α | 193Po | 3/2− | ||
| β+? | 197At | ||||||||
| 197mRn | 86 | 111 | 197.001621(17) | 25.6(25) ms | α | 193Po | 13/2+ | ||
| β+? | 197At | ||||||||
| 198Rn | 86 | 112 | 197.998679(14) | 64.4(16) ms | α (93%) | 194Po | 0+ | ||
| β+? (7%) | 198At | ||||||||
| 199Rn | 86 | 113 | 198.9983254(78) | 590(30) ms | α | 195Po | 3/2− | ||
| β+? | 199At | ||||||||
| 199mRn | 86 | 113 | 198.9983254(78) | 310(20) ms | α | 195Po | 13/2+ | ||
| β+? | 199At | ||||||||
| IT? | 199At | ||||||||
| 200Rn | 86 | 114 | 199.9957053(62) | 1.09(16) s | α (92%) | 196Po | 0+ | ||
| β+? (8%) | 200At | ||||||||
| 200mRn | 86 | 114 | 199.9957053(62) | 28(9) μs | IT | 200Rn | |||
| 201Rn | 86 | 115 | 200.995591(11) | 7.0(4) s | α | 197Po | 3/2− | ||
| β+? | 201At | ||||||||
| 201mRn | 86 | 115 | 200.995591(11) | 3.8(1) s | α | 197Po | 13/2+ | ||
| β+? | 201At | ||||||||
| 202Rn | 86 | 116 | 201.993264(19) | 9.7(1) s | α (78%) | 198Po | 0+ | ||
| β+ (22%) | 202At | ||||||||
| 202mRn | 86 | 116 | 201.993264(19) | 2.22(7) μs | IT | 202Rn | 11−# | ||
| 203Rn | 86 | 117 | 202.9933612(62) | 44.2(16) s | α (66%) | 199Po | 3/2− | ||
| β+ (34%) | 203At | ||||||||
| 203mRn | 86 | 117 | 202.9933612(62) | 26.9(5) s | α (75%) | 199Po | 13/2+ | ||
| β+ (25%) | 203At | ||||||||
| 204Rn | 86 | 118 | 203.9914437(80) | 1.242(23) 분 | α (72.4%) | 200Po | 0+ | ||
| β+ (27.6%) | 204At | ||||||||
| 205Rn | 86 | 119 | 204.9917232(55) | 170(4) 초 | β+ (75.4%) | 205At | 5/2− | ||
| α (24.6%) | 201Po | ||||||||
| 205mRn | 86 | 119 | 204.9917232(55) | >10 s | IT | 205Rn | 13/2+# | ||
| α? | 201Po | ||||||||
| β+? | 205At | ||||||||
| 206Rn | 86 | 120 | 205.9901954(92) | 5.67(17) 분 | α (62%) | 202Po | 0+ | ||
| β+ (38%) | 206At | ||||||||
| 207Rn | 86 | 121 | 206.9907302(51) | 9.25(17) 분 | β+ (79%) | 207At | 5/2− | ||
| α (21%) | 203Po | ||||||||
| 207mRn | 86 | 121 | 206.9907302(51) | 184.5(9) μs | IT | 207Rn | 13/2+ | ||
| 208Rn | 86 | 122 | 207.989635(11) | 24.35(14) 분 | α (62%) | 204Po | 0+ | ||
| β+ (38%) | 208At | ||||||||
| 208mRn | 86 | 122 | 207.989635(11) | 487(12) ns | IT | 208Rn | 8+ | ||
| 209Rn | 86 | 123 | 208.990401(11) | 28.8(10) 분 | β+ (83%) | 209At | 5/2− | ||
| α (17%) | 205Po | ||||||||
| 209m1Rn | 86 | 123 | 208.990401(11) | 13.4(13) μs | IT | 209Rn | 13/2+ | ||
| 209m2Rn | 86 | 123 | 208.990401(11) | 3.0(3) μs | IT | 209Rn | 35/2+ | ||
| 210Rn | 86 | 124 | 209.9896889(49) | 2.4(1) 시간 | α (96%) | 206Po | 0+ | ||
| β+ (4%) | 210At | ||||||||
| 210m1Rn | 86 | 124 | 209.9896889(49) | 644(40) ns | IT | 210Rn | 8+ | ||
| 210m2Rn | 86 | 124 | 209.9896889(49) | 1.06(5) μs | IT | 210Rn | 17− | ||
| 210m3Rn | 86 | 124 | 209.9896889(49) | 1.04(7) μs | IT | 210Rn | 23+ | ||
| 211Rn | 86 | 125 | 210.9906008(73) | 14.6(2) 시간 | β+ (72.6%) | 211At | 1/2− | ||
| α (27.4%) | 207Po | ||||||||
| 211m1Rn | 86 | 125 | 210.9906008(73) | 596(28) ns | IT | 211Rn | 17/2− | ||
| 211m2Rn | 86 | 125 | 210.9906008(73) | 201(4) ns | IT | 211Rn | 63/2− | ||
| 212Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 23.9(12) 분 | α | 208Po | 0+ | ||
| 212m1Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 118(14) ns | IT | 212Rn | 6+ | ||
| 212m2Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 910(30) ns | IT | 212Rn | 8+ | ||
| 212m3Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 102(4) ns | IT | 212Rn | 22+ | ||
| 212m4Rn | 86 | 126 | 211.9907039(33) | 154(14) ns | IT | 212Rn | 30+ | ||
| 213Rn | 86 | 127 | 212.9938851(36) | 19.5(1) ms | α | 209Po | 9/2+# | ||
| 213m1Rn | 86 | 127 | 212.9938851(36) | 1.00(21) μs | IT | 213Rn | (25/2+) | ||
| 213m2Rn | 86 | 127 | 212.9938851(36) | 1.36(7) μs | IT | 213Rn | (31/2−) | ||
| 213m3Rn | 86 | 127 | 212.9938851(36) | 164(11) ns | IT | 213Rn | (55/2+) | ||
| 214Rn | 86 | 128 | 213.9953627(99) | 259(3) ns | α | 210Po | 0+ | ||
| 214mRn | 86 | 128 | 213.9953627(99) | 245(30) ns | IT | 214Rn | (22+) | ||
| 215Rn | 86 | 129 | 214.9987450(65) | 2.30(10) μs | α | 211Po | 9/2+ | ||
| 216Rn | 86 | 130 | 216.0002719(62) | 29(4) μs | α | 212Po | 0+ | ||
| 217Rn | 86 | 131 | 217.0039276(45) | 593(38) μs | α | 213Po | 9/2+ | 미량 | |
| 218Rn | 86 | 132 | 218.0056011(25) | 33.75(15) ms | α | 214Po | 0+ | 미량 | |
| 219Rn | 86 | 133 | 219.0094787(23) | 3.96(1) s | α | 215Po | 5/2+ | 미량 | |
| 220Rn | 86 | 134 | 220.0113924(19) | 55.6(1) s | α | 216Po | 0+ | 미량 | |
| 221Rn | 86 | 135 | 221.0155356(61) | 25.7(5) 분 | β− (78%) | 221Fr | 7/2+ | 미량 | |
| α (22%) | 217Po | ||||||||
| 222Rn | 86 | 136 | 222.0175760(21) | 3.8215(2) 일 | α | 218Po | 0+ | 미량 | |
| 223Rn | 86 | 137 | 223.0218893(84) | 24.3(4) 분 | β− | 223Fr | 7/2+ | ||
| α? | 219Po | ||||||||
| 224Rn | 86 | 138 | 224.024096(11) | 107(3) 분 | β− | 224Fr | 0+ | ||
| 225Rn | 86 | 139 | 225.028486(12) | 4.66(4) 분 | β− | 225Fr | 7/2− | ||
| 226Rn | 86 | 140 | 226.030861(11) | 7.4(1) 분 | β− | 226Fr | 0+ | ||
| 227Rn | 86 | 141 | 227.035304(15) | 20.2(4) s | β− | 227Fr | (3/2+) | ||
| 228Rn | 86 | 142 | 228.037835(19) | 65(2) s | β− | 228Fr | 0+ | ||
| 229Rn | 86 | 143 | 229.042257(14) | 11.9(13) s | β− | 229Fr | (5/2+) | ||
| 230Rn | 86 | 144 | 230.04527(22)# | 24# s [>300 ns] | β−? | 230Fr | 0+ | ||
| 231Rn | 86 | 145 | 231.04997(32)# | 2# s [>300 ns] | β−? | 231Fr | 1/2+# |
3. 붕괴 사슬
--
우라늄-238에서 라돈을 생성하는 붕괴 계열은 다음과 같다. 이 과정에서 222Rn은 3.82일의 반감기를 가진다.
* 238U (45억 년)
* 234Th (24.1일)
* 234Pa (1.18분)
* 234U (24만 5700년)
* 230Th (7만 5000년)
* 226Ra (1600년)
* 222Rn (3.82일)
* 218Po (3.1분)
* 214Pb (26.8분)
* 214Bi (19.7분)
* 214Po (164마이크로초)
* 210Pb (22.3년)
* 210Bi (5.01일)
* 210Po (138일)
* 206Pb (안정)
3.1. 붕괴 사슬 예시 (<sup>238</sup>U → <sup>222</sup>Rn)
Uranium-238영어(4.5×109 년)에서 라돈을 생성하는 붕괴 사슬은 다음과 같다.
| 핵종 | 반감기 |
|---|---|
| 238U | 4.5×109 년 |
| 234Th | 24.1일 |
| 234Pa | 1.18분 |
| 234U | 2.457×105 년 |
| 230Th | 7.5×104 년 |
| 226Ra | 1600년 |
| 222Rn | 3.82일 |
| 218Po | 3.1분 |
| 214Pb | 26.8분 |
| 214Bi | 19.7분 |
| 214Po | 164마이크로초 |
| 210Pb | 22.3년 |
| 210Bi | 5.01일 |
| 210Po | 138일 |
| 206Pb | 안정 |
4. 위험성
라돈은 기체이기 때문에 호흡을 통해 쉽게 몸 속으로 들어올 수 있으며, 폐에 축적되어 폐암을 유발할 수 있다. 특히 라돈은 담배와 함께 폐암의 주요 원인으로 꼽히며, 흡연자가 라돈에 노출될 경우 폐암 발생 위험이 크게 증가한다.
라돈은 지구 어디에서나 발견될 수 있는 자연 방사성 물질이지만, 농도는 지역에 따라 다르다. 특히 화강암 지대나 지하 공간에서 라돈 농도가 높게 나타날 수 있다. 따라서 이러한 지역에서는 주기적인 환기를 통해 실내 라돈 농도를 낮추는 것이 중요하다.
세계보건기구(WHO)는 라돈을 1급 발암물질로 지정하고 있으며, 실내 라돈 농도를 낮추기 위한 다양한 노력을 권고하고 있다.