라듐 동위 원소

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1. 개요

라듐은 질량수 202에서 234 사이에 총 33개의 동위 원소가 알려져 있으며, 자연에서는 ²²³Ra, ²²⁴Ra, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra의 4가지 동위 원소가 발견된다. 라듐-226은 반감기가 약 1600년으로 가장 안정적이며, 과거 야광 페인트나 의료용으로 사용되었지만 현재는 안전 문제로 사용이 제한된다. 라듐-223은 반감기가 약 11.4일, 라듐-224는 약 3.6일, 라듐-228은 약 5.75년의 반감기를 갖는다. 이 외에도 다양한 라듐 동위 원소들이 존재하지만 대부분 반감기가 짧다.

라듐 동위 원소

동위 원소 정보

기호	Ra
Nubase 2020 참고	예

라듐-223

질량수	223
기호	Ra
존재 비율	미량
반감기	11.43일
붕괴 방식	알파 붕괴
붕괴 생성물	라돈-219

라듐-224

질량수	224
기호	Ra
존재 비율	미량
반감기	3.6319일
붕괴 방식	알파 붕괴
붕괴 생성물	라돈-220

라듐-225

질량수	225
기호	Ra
존재 비율	미량
반감기	14.9일
붕괴 방식 1	베타 마이너스 붕괴
붕괴 생성물 1	악티늄-225
붕괴 방식 2	알파 붕괴
붕괴 생성물 2	라돈-221

라듐-226

질량수	226
기호	Ra
존재 비율	미량
반감기	1599년
붕괴 방식	알파 붕괴
붕괴 생성물	라돈-222

라듐-228

질량수	228
기호	Ra
존재 비율	미량
반감기	5.75년
붕괴 방식	베타 마이너스 붕괴
붕괴 생성물	악티늄-228

각주

주석 1	라듐-226의 반감기는 1600년이다.
주석 2	미리엄 C. 네이글, "프레데릭 소디: 연금술에서 동위 원소로", Journal of Chemical Education, 59, 9 (1982년 9월), 739쪽.
주석 3	C. F. 량, P. 파리, R. K. 셸린, "α decay of ²²⁵Ra", Physical Review C, 62, 4 (2000년 9월 19일), 047303쪽.
주석 4	라듐-223, 라듐-224, 라듐-226, 라듐-228은 질량 분석에 사용된다.
주석 5	H. W. 커비, 머렐 L. 살루츠키, "라듐의 방사 화학", 1964년 12월, 3쪽.
주석 6	라듐-226은 퀴리에서 라듐의 양을 정의하는 데 사용되었다. 1910년에 표준으로 분리되었다.
주석 7	카르멘 J. 지운타, "ISOTOPES: IDENTIFYING THE BREAKTHROUGH PUBLICATION (1)", Bull. Hist. Chem., 42, 2 (2017년), 103–111쪽.
주석 8	라듐-228은 다른 동위 원소와 마찬가지로 골수에 축적되어 종양을 유발할 수 있다.
주석 9	윌리엄 B. 루니, "인체 내 라듐의 영향", Science, 127, 3299 (1958년), 630–633쪽.
주석 10	S. A. 미첼, "태양에 라듐이 있는가?", Popular Astronomy, 21, 321-331쪽.
주석 11	라듐 붕괴 계열의 구성원: 라듐 에마나티온 라돈-222, Ra A 폴로늄-218, Ra B 납-214, Ra C 비스무트-214, Ra C 폴로늄-214, Ra C 탈륨-210, Ra D 납-210, Ra E 비스무트-210, Ra F 폴로늄-210, 그리고 Ra G 납-206.
주석 12	W. 쿤, "LXVIII. 토륨 C" 감마선의 라듐 G 및 일반 납에 의한 산란", The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 8, 52, 628쪽.
주석 13	R. R. 킨제이, "방사성 라듐-226 계열", The NUDAT/PCNUDAT Program for Nuclear Data, 1997년 12월 18일.
주석 14	최초의 짧은 수명의 배 모양 원자핵 관찰. CERN. 스테파니 힐스, 2013년 5월 8일.

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1. 개요
2. 라듐 동위 원소
- 2.1. 주요 동위 원소
- 2.2. 동위 원소 표
3. 붕괴 계열
4. 악티늄족 vs 핵분열 생성물

2. 라듐 동위 원소

라듐은 원자번호 88번의 원소로, 자연에는 4가지 동위 원소(²²³Ra, ²²⁴Ra, ²²⁶Ra, ²²⁸Ra)가 존재한다. 질량수 202에서 234 사이에 총 33개의 동위 원소가 알려져 있다. 이 중 가장 잘 알려진 것은 ²²⁶Ra으로, 1600년의 반감기를 가지며 알파 붕괴하여 라돈(²²²Rn)이 된다. 자연에 존재하는 라듐 동위 원소들은 모두 우라늄, 토륨 붕괴 계열의 일부이다.

라듐 동위 원소 중 일부는 과거에 의학적, 산업적 목적으로 사용되었으나, 현재는 안전 문제로 인해 사용이 제한되거나 다른 물질로 대체되었다.

2.1. 주요 동위 원소

라듐은 자연에 존재하는 방사성 원소로, 여러 동위 원소가 존재한다. 주요 동위 원소는 다음과 같다.

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라듐의 주요 동위 원소
동위 원소	반감기	붕괴 방식	역사적 명칭 및 특징
²²³Ra	약 11.4일	α 붕괴하여 ²¹⁹Rn	악티늄 X (AcX), 악티늄 계열, 과거 암 치료에 사용
²²⁴Ra	약 3.6일	α 붕괴하여 ²²⁰Rn	토륨 X (ThX), 토륨 계열
²²⁶Ra	약 1600년	α 붕괴하여 ²²²Rn	라듐 (Ra), 우라늄 계열, 과거 야광 페인트 및 의료용 방사선원으로 사용, 현재는 안전 문제로 사용 제한
²²⁸Ra	약 5.75년	β^- 붕괴하여 ²²⁸Ac	메조토륨 1 (MsTh₁), 토륨 계열

2.2. 동위 원소 표

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핵종 기호	과거 명칭	Z (p)	N (n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀	전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)
²⁰¹Ra	88	113			α	¹⁹⁷Rn	(3/2−)
^201mRa	260(30) keV				α	^197mRn	(13/2+)
²⁰²Ra	88	114	202.00989(7)	2.6(21) ms	α	¹⁹⁸Rn	0+
²⁰³Ra	88	115	203.00927(9)	4(3) ms	α	¹⁹⁹Rn	(3/2-)
²⁰³Ra	88	115	203.00927(9)	4(3) ms	β⁺ (드묾)	²⁰³Fr	(3/2-)
^203mRa	220(90) keV			41(17) ms	α	¹⁹⁹Rn	(13/2+)
^203mRa	220(90) keV			41(17) ms	β⁺ (드묾)	²⁰³Fr	(13/2+)
²⁰⁴Ra	88	116	204.006500(17)	60(11) ms	α (99.7%)	²⁰⁰Rn	0+
²⁰⁴Ra	88	116	204.006500(17)	60(11) ms	β⁺ (0.3%)	²⁰⁴Fr	0+
²⁰⁵Ra	88	117	205.00627(9)	220(40) ms	α	²⁰¹Rn	(3/2-)
β⁺ (드묾)	²⁰⁵Fr
^205mRa	310(110) keV			180(50) ms	α	²⁰¹Rn	(13/2+)
IT (드묾)	²⁰⁵Ra
²⁰⁶Ra	88	118	206.003827(19)	0.24(2) s	α	²⁰²Rn	0+
²⁰⁷Ra	88	119	207.00380(6)	1.3(2) s	α (90%)	²⁰³Rn	(5/2-,3/2-)
²⁰⁷Ra	β⁺ (10%)	²⁰⁷Fr
^207mRa	560(50) keV			57(8) ms	IT (85%)	²⁰⁷Ra	(13/2+)
α (15%)	²⁰³Rn
β⁺ (0.55%)	²⁰⁷Fr
²⁰⁸Ra	88	120	208.001840(17)	1.3(2) s	α (95%)	²⁰⁴Rn	0+
β⁺ (5%)	²⁰⁸Fr
^208mRa	1800(200) keV			270 ns		(8+)
²⁰⁹Ra	88	121	209.00199(5)	4.6(2) s	α (90%)	²⁰⁵Rn	5/2-
β⁺ (10%)	²⁰⁹Fr
²¹⁰Ra	88	122	210.000495(16)	3.7(2) s	α (96%)	²⁰⁶Rn	0+
β⁺ (4%)	²¹⁰Fr
^210mRa	1800(200) keV			2.24 µs		(8+)
²¹¹Ra	88	123	211.000898(28)	13(2) s	α (97%)	²⁰⁷Rn	5/2(-)
β⁺ (3%)	²¹¹Fr
²¹²Ra	88	124	211.999794(12)	13.0(2) s	α (85%)	²⁰⁸Rn	0+
β⁺ (15%)	²¹²Fr
^212m1Ra	1958.4(5) keV			10.9(4) µs		(8)+
^212m2Ra	2613.4(5) keV			0.85(13) µs		(11)-
²¹³Ra	88	125	213.000384(22)	2.74(6) min	α (80%)	²⁰⁹Rn	1/2-
β⁺ (20%)	²¹³Fr
^213mRa	1769(6) keV			2.1(1) ms	IT (99%)	²¹³Ra	17/2-#
α (1%)	²⁰⁹Rn
²¹⁴Ra	88	126	214.000108(10)	2.46(3) s	α (99.94%)	²¹⁰Rn	0+
β⁺ (0.06%)	²¹⁴Fr
²¹⁵Ra	88	127	215.002720(8)	1.55(7) ms	α	²¹¹Rn	(9/2+)#
^215m1Ra	1877.8(5) keV			7.1(2) µs		(25/2+)
^215m2Ra	2246.9(5) keV			1.39(7) µs		(29/2-)
^215m3Ra	3756.6(6)+X keV			0.555(10) µs		(43/2-)
²¹⁶Ra	88	128	216.003533(9)	182(10) ns	α	²¹²Rn	0+
ε (1×10⁻⁸%)	²¹⁶Fr
²¹⁷Ra	88	129	217.006320(9)	1.63(17) µs	α	²¹³Rn	(9/2+)
²¹⁸Ra	88	130	218.007140(12)	25.2(3) µs	α	²¹⁴Rn	0+
²¹⁹Ra	88	131	219.010085(9)	10(3) ms	α	²¹⁵Rn	(7/2)+
²²⁰Ra	88	132	220.011028(10)	17.9(14) ms	α	²¹⁶Rn	0+
²²¹Ra	88	133	221.013917(5)	28(2) s	α	²¹⁷Rn	5/2+
CD (1.2×10⁻¹⁰%)	²⁰⁷Pb ¹⁴C
²²²Ra	88	134	222.015375(5)	38.0(5) s	α	²¹⁸Rn	0+	미량
CD (3×10⁻⁸%)	²⁰⁸Pb ¹⁴C
²²³Ra	악티늄 X	88	135	223.0185022(27)	11.43(5) d	α	²¹⁹Rn	3/2+	미량
CD (6.4×10⁻⁸%)	²⁰⁹Pb ¹⁴C
²²⁴Ra	토륨 X	88	136	224.0202118(24)	3.6319(23) d	α	²²⁰Rn	0+	미량
CD (4.3×10⁻⁹%)	²¹⁰Pb ¹⁴C
²²⁵Ra	88	137	225.023612(3)	14.9(2) d	β^-	²²⁵Ac	1/2+
α (2.0×10⁻³%)	²²¹Rn
²²⁶Ra	라듐	88	138	226.0254098(25)	1600(7) y	α	²²²Rn	0+	미량
CD (2.6×10⁻⁹%)	²¹²Pb ¹⁴C
²²⁷Ra	88	139	227.0291778(25)	42.2(5) min	β^-	²²⁷Ac	3/2+
²²⁸Ra	메소토륨 1	88	140	228.0310703(26)	5.75(3) y	β^-	²²⁸Ac	0+	미량
²²⁹Ra	88	141	229.034958(20)	4.0(2) min	β^-	²²⁹Ac	5/2(+)
²³⁰Ra	88	142	230.037056(13)	93(2) min	β^-	²³⁰Ac	0+
²³¹Ra	88	143	231.04122(32)#	103(3) s	β^-	²³¹Ac	(5/2+)
^231mRa	66.21(9) keV			~53 µs		(1/2+)
²³²Ra	88	144	232.04364(30)#	250(50) s	β^-	²³²Ac	0+
²³³Ra	88	145	233.04806(50)#	30(5) s	β^-	²³³Ac	1/2+#
²³⁴Ra	88	146	234.05070(53)#	30(10) s	β^-	²³⁴Ac	0+

3. 붕괴 계열

라듐은 4가지의 자연 붕괴 사슬에서 나타나는데, 이들은 각각 우라늄 계열(우라늄-238로부터), 토륨 계열(토륨-232로부터), 악티늄 계열(우라늄-235로부터), 넵투늄 계열(넵투늄-237로부터)이라고 불린다. 이 중 넵투늄 계열은 반감기가 짧은 동위 원소들로 구성되어 이미 자연 상태에서는 사라졌지만, 인공적으로 생성되는 넵투늄-237로부터 다시 생성될 수 있다. 라듐은 이들 붕괴 계열에서 모두 중간 생성물로 나타난다.

4. 악티늄족 vs 핵분열 생성물

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반감기에 따른 악티늄족 및 핵분열 생성물
악티늄족 원소 (방사성 붕괴 계열)				반감기 (년)	핵분열 생성물 (²³⁵U)의 수율
4n	4n + 1	4n + 2	4n + 3	반감기 (년)	4.5–7%	0.04–1.25%	<0.001%
{{Iso1^영어^№				4–6		{{Iso1^영어^þ
		{{Iso1^영어^№	{{Iso1^영어	1,300–1,600	핵분열 생성물 중 반감기가 100년에서 21만 년 사이인 것은 없다.
{{Iso1^영어	{{Iso1^영어	{{Iso1^영어^ƒ	{{Iso1^영어^ƒ	4,700–7,400
	{{Iso1^영어^ƒ	{{Iso1^영어		8,300–8,500
			{{Iso1^영어^ƒ	24,100
		{{Iso1^영어^№	{{Iso1^영어^№	32,000–76,000

설명:
* 위 표는 악티늄족 원소와 핵분열 생성물을 반감기 순서에 따라 비교한다.
* 라듐 동위 원소 중 ²²⁸Ra는 반감기가 4-6년, ²²⁶Ra는 1,300-1,600년이다.
* 악티늄족 원소는 주로 원자로에서 핵연료로 사용되거나 핵무기에 사용되는 무거운 방사성 원소이다.
* 핵분열 생성물은 원자로에서 핵연료가 핵분열할 때 생성되는 가벼운 원소이다.
* 핵분열 생성물 중에는 반감기가 100년에서 21만 년 사이인 것이 없어, 장기간 보관 및 처리가 필요하다.