루비듐 동위 원소

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1. 개요
2. 루비듐 동위 원소 목록
3. 루비듐-87의 활용
4. 루비듐 동위 원소와 핵의학
5. 루비듐 동위 원소와 환경
참조

1. 개요

루비듐은 원자 번호 37번의 화학 원소로, 여러 동위 원소를 가지고 있다. 자연 상태에서 루비듐은 ⁸⁵Rb와 ⁸⁷Rb 두 가지 동위 원소로 존재한다. ⁸⁵Rb는 안정 동위 원소이며 약 72.17%의 비율로 존재하고, ⁸⁷Rb는 방사성 동위 원소로 약 27.83%를 차지하며, 492억 년의 반감기를 가지고 ⁸⁷Sr로 붕괴한다. 그 외의 루비듐 동위 원소들은 모두 인공적으로 생성된 방사성 동위 원소이며, 짧은 반감기를 가지며 베타 붕괴, 양성자 방출, 중성자 방출, 또는 이성질핵 전이 등의 과정을 거쳐 다른 원소로 붕괴한다. ⁸⁷Rb는 보스-아인슈타인 응축을 생성하는 데 사용되며, ⁸²Rb, ⁸³Rb, ⁸⁴Rb, ⁸⁶Rb 등 일부 방사성 동위 원소는 핵의학 및 연대 측정에 활용된다.

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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.
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루비듐 동위 원소
루비듐 동위 원소 정보
원소 기호	Rb
참조 테이블	해당 없음
참조 - 누베이스2020	예
동위 원소
루비듐-82	mn: 82 sym: Rb na: 인공 hl: 1.2575분 dm1: b+ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: 크립톤-82 pn1: 82 ps1: Kr
루비듐-83	mn: 83 sym: Rb na: 인공 hl: 86.2일 dm1: 엡실론 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: 크립톤-83 pn1: 83 ps1: Kr dm2: 감마 붕괴 perc2: 해당 없음 pn2: 해당 없음 ps2: 해당 없음
루비듐-84	mn: 84 sym: Rb na: 인공 hl: 32.9일 dm1: ε 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: 크립톤-84 pn1: 84 ps1: Kr dm2: β+ 붕괴 perc2: 해당 없음 pn2: 84 ps2: Kr dm3: γ 붕괴 perc3: 해당 없음 pn3: 해당 없음 ps3: 해당 없음 dm4: β- 붕괴 perc4: 해당 없음 link4: 스트론튬-84 pn4: 84 ps4: Sr
루비듐-85	mn: 85 sym: Rb na: 72.17% hl: 안정
루비듐-86	mn: 86 sym: Rb na: 인공 hl: 18.7일 dm1: β- 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: 스트론튬-86 pn1: 86 ps1: Sr dm2: γ 붕괴 perc2: 해당 없음 pn2: 해당 없음 ps2: 해당 없음
루비듐-87	mn: 87 sym: Rb na: 27.83% hl: 4.923×10^10년 dm1: β- 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: 스트론튬-87 pn1: 87 ps1: Sr
추가 정보
참고	4.92 x 10^10 년
발견	Rb 72의 발견: 양성자 방출 한계 너머의 핵 모래톱

2. 루비듐 동위 원소 목록

wikitable

핵자 수	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기^[7]^[8]^[9]	붕괴 방식^[10]	붕괴 생성 동위 원소	핵 스핀	자연계 존재비 (몰 분율)	최대 존재비 (몰 분율)
⁷¹Rb	37	34	70.96532(54)#		p	⁷⁰Kr	5/2-#
⁷²Rb	37	35	71.95908(54)#	<1.5 µs	p	⁷¹Kr	3+#
^72mRb	100(100)# keV			1# µs	p	⁷¹Kr	1-#
⁷³Rb	37	36	72.95056(16)#	<30 ns	p	⁷²Kr	3/2-#
⁷⁴Rb	37	37	73.944265(4)	64.76(3) ms	β⁺	⁷⁴Kr	(0+)
⁷⁵Rb	37	38	74.938570(8)	19.0(12) s	β⁺	⁷⁵Kr	(3/2-)
⁷⁶Rb	37	39	75.9350722(20)	36.5(6) s	β⁺	⁷⁶Kr	1(-)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁷⁶Rb	37	39	75.9350722(20)	36.5(6) s	β⁺, α (3.8×10⁻⁷%)	⁷²Se	1(-)
^76mRb	316.93(8) keV			3.050(7) µs			(4+)
⁷⁷Rb	37	40	76.930408(8)	3.77(4) min	β⁺	⁷⁷Kr	3/2-
⁷⁸Rb	37	41	77.928141(8)	17.66(8) min	β⁺	⁷⁸Kr	0(+)
^78mRb	111.20(10) keV			5.74(5) min	β⁺ (90%)	⁷⁸Kr	4(-)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^78mRb	111.20(10) keV			5.74(5) min	IT (10%)	⁷⁸Rb	4(-)
⁷⁹Rb	37	42	78.923989(6)	22.9(5) min	β⁺	⁷⁹Kr	5/2+
⁸⁰Rb	37	43	79.922519(7)	33.4(7) s	β⁺	⁸⁰Kr	1+
^80mRb	494.4(5) keV			1.6(2) µs			6+
⁸¹Rb	37	44	80.918996(6)	4.570(4) h	β⁺	⁸¹Kr	3/2-
^81mRb	86.31(7) keV			30.5(3) min	IT (97.6%)	⁸¹Rb	9/2+	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^81mRb	86.31(7) keV			30.5(3) min	β⁺ (2.4%)	⁸¹Kr	9/2+
⁸²Rb	37	45	81.9182086(30)	1.273(2) min	β⁺	⁸²Kr	1+
^82mRb	69.0(15) keV			6.472(5) h	β⁺ (99.67%)	⁸²Kr	5-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^82mRb	69.0(15) keV			6.472(5) h	IT (.33%)	⁸²Rb	5-
⁸³Rb	37	46	82.915110(6)	86.2(1) d	ε	⁸³Kr	5/2-
^83mRb	42.11(4) keV			7.8(7) ms	IT	⁸³Rb	9/2+
⁸⁴Rb	37	47	83.914385(3)	33.1(1) d	β⁺ (96.2%)	⁸⁴Kr	2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁸⁴Rb	37	47	83.914385(3)	33.1(1) d	β^- (3.8%)	⁸⁴Sr	2-
^84mRb	463.62(9) keV			20.26(4) min	IT (>99.9%)	⁸⁴Rb	6-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^84mRb	463.62(9) keV			20.26(4) min	β⁺ (<.1%)	⁸⁴Kr	6-
⁸⁵Rb^[11]	37	48	84.911789738(12)	안정	5/2-	0.7217(2)
⁸⁶Rb	37	49	85.91116742(21)	18.642(18) d	β^- (99.9948%)	⁸⁶Sr	2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁸⁶Rb	37	49	85.91116742(21)	18.642(18) d	ε (.0052%)	⁸⁶Kr	2-
^86mRb	556.05(18) keV			1.017(3) min	IT	⁸⁶Rb	6-
⁸⁷Rb^[12]^[13]^[11]	37	50	86.909180527(13)	4.923(22)×10¹⁰ 년	β^-	⁸⁷Sr	3/2-	0.2783(2)
⁸⁸Rb	37	51	87.91131559(17)	17.773(11) min	β^-	⁸⁸Sr	2-
⁸⁹Rb	37	52	88.912278(6)	15.15(12) min	β^-	⁸⁹Sr	3/2-
⁹⁰Rb	37	53	89.914802(7)	158(5) s	β^-	⁹⁰Sr	0-
^90mRb	106.90(3) keV			258(4) s	β^- (97.4%)	⁹⁰Sr	3-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^90mRb	106.90(3) keV			258(4) s	IT (2.6%)	⁹⁰ Rb	3-
⁹¹Rb	37	54	90.916537(9)	58.4(4) s	β^-	⁹¹Sr	3/2(-)
⁹²Rb	37	55	91.919729(7)	4.492(20) s	β^- (99.98%)	⁹²Sr	0-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹²Rb	37	55	91.919729(7)	4.492(20) s	β^-, n (.0107%)	⁹¹Sr	0-
⁹³Rb	37	56	92.922042(8)	5.84(2) s	β^- (98.65%)	⁹³Sr	5/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹³Rb	37	56	92.922042(8)	5.84(2) s	β^-, n (1.35%)	⁹²Sr	5/2-
^93mRb	253.38(3) keV			57(15) µs			(3/2-,5/2-)
⁹⁴Rb	37	57	93.926405(9)	2.702(5) s	β^- (89.99%)	⁹⁴Sr	3(-)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹⁴Rb	37	57	93.926405(9)	2.702(5) s	β^-, n (10.01%)	⁹³Sr	3(-)
⁹⁵Rb	37	58	94.929303(23)	377.5(8) ms	β^- (91.27%)	⁹⁵Sr	5/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹⁵Rb	37	58	94.929303(23)	377.5(8) ms	β^-, n (8.73%)	⁹⁴Sr	5/2-
⁹⁶Rb	37	59	95.93427(3)	202.8(33) ms	β^- (86.6%)	⁹⁶Sr	2+	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹⁶Rb	37	59	95.93427(3)	202.8(33) ms	β^-, n (13.4%)	⁹⁵Sr	2+
^96mRb	0(200)# keV			200# ms [>1 ms]	β^-	⁹⁶Sr	1(-#)	rowspan=3\|	rowspan=3\|
					IT	⁹⁶Rb
					β^-, n	⁹⁵Sr
⁹⁷Rb	37	60	96.93735(3)	169.9(7) ms	β^- (74.3%)	⁹⁷Sr	3/2+	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹⁷Rb	37	60	96.93735(3)	169.9(7) ms	β^-, n (25.7%)	⁹⁶Sr	3/2+
⁹⁸Rb	37	61	97.94179(5)	114(5) ms	β^-(86.14%)	⁹⁸Sr	(0,1)(-#)	rowspan=3\|	rowspan=3\|
					β^-, n (13.8%)	⁹⁷Sr
					β^-, 2n (.051%)	⁹⁶Sr
^98mRb	290(130) keV			96(3) ms	β^-	⁹⁷Sr	(3,4)(+#)
⁹⁹Rb	37	62	98.94538(13)	50.3(7) ms	β^- (84.1%)	⁹⁹Sr	(5/2+)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
⁹⁹Rb	37	62	98.94538(13)	50.3(7) ms	β^-, n (15.9%)	⁹⁸Sr	(5/2+)
¹⁰⁰Rb	37	63	99.94987(32)#	51(8) ms	β^- (94.25%)	¹⁰⁰Sr	(3+)	rowspan=3\|	rowspan=3\|
					β^-, n (5.6%)	⁹⁹Sr
					β^-, 2n (.15%)	⁹⁸Sr
¹⁰¹Rb	37	64	100.95320(18)	32(5) ms	β^- (69%)	¹⁰¹Sr	(3/2+)#	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹⁰¹Rb	37	64	100.95320(18)	32(5) ms	β^-, n (31%)	¹⁰⁰Sr	(3/2+)#
¹⁰²Rb	37	65	101.95887(54)#	37(5) ms	β^- (82%)	¹⁰²Sr	rowspan=2\|	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹⁰²Rb	37	65	101.95887(54)#	37(5) ms	β^-, n (18%)	¹⁰¹Sr

2. 1. 핵적 특성

루비듐은 37개의 양성자를 가지고 있으며, 여러 동위 원소들이 존재한다. 이들 동위 원소의 핵자 수, 질량, 반감기, 붕괴 방식, 핵 스핀, 그리고 자연계 존재비는 다양하다.^[7]^[8]^[9]^[10]

루비듐의 동위 원소 중 안정 동위 원소는 ⁸⁵Rb가 유일하며, 자연계에 존재하는 루비듐의 약 72.17%를 차지한다.^[11] ⁸⁷Rb는 매우 긴 반감기(4.923×10¹⁰년)를 가지는 방사성 동위 원소로, 자연계에 존재하는 루비듐의 약 27.83%를 차지하며 β^- 붕괴를 통해 '''⁸⁷Sr'''로 붕괴한다.^[12]^[13]^[11]

이 외에도 다양한 루비듐 동위 원소들이 존재하며, 이들은 대부분 짧은 반감기를 가지고 β⁺ 붕괴 또는 β^- 붕괴를 통해 다른 원소로 붕괴한다. 예를 들어, ⁷⁴Rb는 64.76 ms의 반감기를 가지고 β⁺ 붕괴하여 ⁷⁴Kr이 되며, ⁸⁸Rb는 17.773분의 반감기를 가지고 β^- 붕괴하여 '''⁸⁸Sr'''이 된다. 일부 동위 원소는 양성자 방출(⁷¹Rb, ⁷²Rb 등)이나 중성자 방출(⁹²Rb, ⁹³Rb 등)을 통해 붕괴하기도 한다.

몇몇 루비듐 동위 원소들은 IT를 통해 붕괴하기도 한다. 예를 들어, ^81mRb는 30.5분의 반감기를 가지고 97.6%는 IT로, 2.4%는 β⁺ 붕괴하여 ⁸¹Kr로 붕괴한다.

2. 2. 안정 동위 원소

루비듐은 원자번호 37번의 화학 원소로, 자연계에는 두 가지 동위 원소가 존재한다.^[11]

'''⁸⁵Rb''': 자연계에 존재하는 루비듐 동위 원소 중 유일한 안정 동위 원소이며, 전체 루비듐의 약 72.17%를 차지한다.^[11]
'''⁸⁷Rb''': 자연계에 존재하는 방사성 동위 원소로, 약 27.83%를 차지한다.^[11] ⁸⁷Rb의 반감기는 492억 3천만 년이다.^[12]^[13] ⁸⁷Rb는 스트론튬-87 (⁸⁷Sr)로 붕괴한다. ⁸⁷Rb는 희석된 원자 기체에서 보스-아인슈타인 응축을 만드는 데 사용된 최초의 원자이다. ⁸⁷Rb는 낮은 온도에서 상호 반발적인 양의 산란 길이를 가지며, 이는 응축체의 붕괴를 방지하고 증발 냉각을 용이하게 한다. 또한 CD 라이터에 사용되는 저렴한 무코팅 다이오드 레이저의 강력한 공급원으로, 정확한 파장에서 작동할 수 있다.

2. 3. 방사성 동위 원소

⁸⁷Rb을 제외한 루비듐의 나머지 동위 원소들은 모두 인공적으로 합성된 방사성 동위 원소이며, 짧은 반감기를 가진다.

루비듐/Rubidium^영어의 주요 방사성 동위 원소는 다음과 같다.

'''⁸²Rb''': 양전자 방출을 통해 안정한 크립톤/Krypton^영어 동위 원소인 ⁸²Kr으로 붕괴한다. 핵의학 영상(PET)에 사용된다.
'''⁸³Rb''': 전자 포획을 통해 안정한 ⁸³Kr으로 붕괴한다. 크립톤 동위 원소 연대 측정에 사용된다.
'''⁸⁴Rb''': 96.2%는 양전자 방출을 통해 안정한 ⁸⁴Kr으로 붕괴하지만, 3.8%는 β^- 붕괴를 통해 안정한 스트론튬/Strontium^영어 동위 원소 ⁸⁴Sr로 붕괴한다.
'''⁸⁶Rb''': 99.9948%는 β^- 붕괴를 통해 안정한 ⁸⁶Sr로 붕괴하지만, 0.0052%는 전자 포획을 통해 안정한 ⁸⁶Kr으로 붕괴한다.

2. 3. 1. 주요 방사성 동위 원소

루비듐/Rubidium^영어의 주요 방사성 동위 원소는 다음과 같다.

'''⁸²Rb''': 양전자 방출을 통해 안정한 크립톤/Krypton^영어 동위 원소인 ⁸²Kr으로 붕괴한다. 핵의학 영상(PET)에 사용된다.
'''⁸³Rb''': 전자 포획을 통해 안정한 ⁸³Kr으로 붕괴한다. 크립톤 동위 원소 연대 측정에 사용된다.
'''⁸⁴Rb''': 96.2%는 양전자 방출을 통해 안정한 ⁸⁴Kr으로 붕괴하지만, 3.8%는 β^- 붕괴를 통해 안정한 스트론튬/Strontium^영어 동위 원소 ⁸⁴Sr로 붕괴한다.
'''⁸⁶Rb''': 99.9948%는 β^- 붕괴를 통해 안정한 ⁸⁶Sr로 붕괴하지만, 0.0052%는 전자 포획을 통해 안정한 ⁸⁶Kr으로 붕괴한다.

3. 루비듐-87의 활용

루비듐-87은 낮은 온도에서 상호 반발적인 양의 산란 길이를 가지므로, 희석된 원자 기체에서 보스-아인슈타인 응축을 만드는 데 사용된 최초이자 가장 인기 있는 원자였다. 이는 극소수의 응축체를 제외하고는 붕괴를 방지한다. 또한 일관적이고 강한 상호 산란을 통해 증발 냉각도 용이하며, CD 라이터에 일반적으로 사용되는 저렴한 무코팅 다이오드 레이저의 강력한 공급원이 존재하여 정확한 파장에서 작동할 수 있다는 장점이 있다.

루비듐-87의 원자 질량은 86.9091835 u이며, 결합 에너지는 757,853 keV, 원자 퍼센트 존재량은 27.835%, 반감기는 492억 년이다.

4. 루비듐 동위 원소와 핵의학

5. 루비듐 동위 원소와 환경

참조

_[1] 문서 Fission product
_[2] 문서 Primordial radionuclide
_[3] 문서 rubidium–strontium dating
_[4] 문서 Order of ground state and isomer is uncertain.
_[5] 학술지 Observation of new neutron-rich isotopes in the vicinity of 110Zr https://journals.aps[...] 2021
_[6] 학술지 Discovery of Rb 72 : A Nuclear Sandbank Beyond the Proton Drip Line https://link.aps.org[...] 2017-11-06
_[7] 문서 안정 동위 원소는 굵은 글씨로 표기, 우주의 나이보다 반감기가 긴 동위 원소의 반감기는 굵은 흘림체로 표기
_[8] 웹사이트 http://www.nucleonic[...]
_[9] 문서 약어:
IT: 이성질핵 전이
_[10] 문서 안정 동위 원소는 굵은 글씨로 표기
_[11] 문서 핵분열 생성물
_[12] 문서 태양계 초창기부터 존재해 왔었던 방사성 핵자
_[13] 문서 루비듐-스트론튬 연대 측정에 이용

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