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베릴륨 동위 원소

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1. 개요

베릴륨의 동위 원소는 중성자가 없는 핵종은 확인되지 않았으며, 안정 동위 원소는 ⁹Be(베릴륨-9) 뿐이다. 베릴륨 동위 원소는 주로 베타 붕괴 또는 알파 붕괴를 통해 붕괴하며, ⁷Be은 전자 포획으로 붕괴한다. 8Be는 알파 붕괴를 통해 헬륨-4로 붕괴한다. 베릴륨-7은 태양 중성미자 연구에 사용되며, 베릴륨-10은 지구 대기에서 생성되어 토양 침식 연구 등에 활용된다. 베릴륨-11은 중성자 헤일로를 가지며, ⁵Be, ⁶Be, ¹²Be, ¹³Be, ¹⁴Be는 불안정하여 붕괴한다. 베릴륨은 짝수 원자번호를 가진 유일한 단일 동위 원소 원소이다.

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베릴륨 동위 원소
동위 원소 정보
기호Be
참고 테이블해당 없음
NUBASE2020 참조
동위 원소
핵종7Be
존재 비율미량 연결
반감기53.22일
붕괴 방식전자 포획 연결
붕괴 생성물7Li
핵종8Be
존재 비율합성 연결
반감기81.9as
붕괴 방식알파 붕괴 연결
붕괴 생성물4He
핵종9Be
존재 비율100%
반감기안정 연결
핵종10Be
존재 비율미량
반감기1.387×10^6년
붕괴 방식베타 마이너스 붕괴 연결
붕괴 생성물10B
주석NUBASE2020은 년과 다른 시간 단위 사이의 변환에 그레고리력이 아닌 열대년을 사용한다. NUBASE2020의 년과 다른 시간 단위 사이의 관계는 다음과 같다: 1년 = 365.2422일 = 31,556,926초
기타 정보
베릴륨-9 질량9.0121831(5)
베릴륨-10 반감기1.387(12)×10^6년
베릴륨-7 반감기53.22(6)일
베릴륨-16 반감기650(130)yoctoseconds
베릴륨-8 반감기81.9(3.7)attoseconds
베릴륨-753.22(6)일
베릴륨-101.387(12)×10^6년
베릴륨-7 생성 원인초기 태양계에서 7Be의 원천으로 늦은 슈퍼플레어가 있었다는 운석 증거

2. 베릴륨의 동위 원소

베릴륨동위 원소안정 동위 원소는 ⁹Be(베릴륨-9) 뿐이며, 현재 지구상에 천연으로 존재하는 베릴륨은 기본적으로 모두 ⁹Be이다. 베릴륨과 같이 안정적으로 존재하는 동위원소가 하나뿐인 원소를 단일동위원소원소라고 한다.

⁷Be¹⁰Be은 우주선 등의 영향으로 미량이 계속 생성되고 있기 때문에, 현재 지구에서도 미량 관찰되는 핵종이다.

⁵Be, ⁶Be, ⁸Be는 매우 불안정하여, 각각 양성자 또는 알파 입자를 방출하며 붕괴한다. ¹¹Be는 중성자 헤일로를 가지고 있다고 생각된다. ¹²Be, ¹³Be, ¹⁴Be는 중성자가 너무 많기 때문에 모두 매우 불안정하며, 붕괴하여 최종적으로 모두 붕소가 된다.

⁷Be전자 포획을 통해서만 붕괴하며, ⁸Be은 알파 붕괴를 통해 붕괴한다.

베릴륨 동위 원소의 붕괴 방식은 아래와 같다.

:\begin{array}{l}{}\\

\ce{^5_4Be -> [\ce{미지}] {^4_3Li} + {^1_1H}} \\

\ce{^6_4Be -> [5 \ \ce{zs}] {^4_2He} + {2^1_1H}} \\

\ce{^8_4Be -> [81.9 \ \ce{as}] {2^4_2He}} \\

\ce{^{10}_4Be -> [1.387 \ \ce{Ma}] {^{10}_5B} + e^-} \\

\ce{^{11}_4Be -> [13.76 \ \ce{s}] {^{11}_5B} + e^-} \\

\ce{^{11}_4Be -> [13.76 \ \ce{s}] {^7_3Li} + {^4_2He} + e^-} \\

\ce{^{12}_4Be -> [21.46 \ \ce{ms}] {^{12}_5B} + e^-} \\

\ce{^{12}_4Be -> [21.46 \ \ce{ms}] {^{11}_5B} + {^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{13}_4Be -> [1 \ \ce{zs}] {^{12}_4Be} + {^1_0n}} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{13}_5B} + {^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{14}_5B} + e^-} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{12}_5B} + {2^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{15}_4Be -> [790 \ \ce{ys}] {^{14}_4Be} + {^1_0n}} \\{}

\ce{^{16}_4Be -> [650 \ \ce{ys}] {^{14}_4Be} + {2^1_0n}} \\{}

\end{array}

베릴륨의 동위 원소에 대한 정보는 아래 표와 같다.

동위 원소Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기핵 스핀붕괴 생성물천연 존재비
5Be415.04079(429)(+1/2)4Li
6Be426.019726(6)5.0(3) × 10−21 s0+4He
7Be437.01692983(11)53.22(6) d-3/27Li
8Be448.00530510(4)6.7(17) × 10−17 s0+4He
9Be459.0121822(4)안정-3/2안정1.0000
10Be4610.0135338(4)1.387(12) × 106010B
11Be4711.021658(7)13.76(7) s+1/211B 또는 7Li
12Be4812.026921(16)21.46(5) ms012B 또는 11B
13Be4913.03569(8)1.0(7) × 10-21 s+1/212Be
14Be41014.04289(14)4.53(27) ms012B 또는 13B 또는 14B
15Be41115.05346(54)<200 ns
16Be41216.06192(54)<200 ns014Be


2. 1. 베릴륨-7 (⁷Be)

Beryllium-7은 반감기가 약 53일인 베릴륨의 동위 원소이다. 전자 포획을 통해 Lithium-7로 붕괴하며 안정된다.[4] 우주선 등의 영향으로 미량이 계속 생성되기 때문에, 현재 지구에서도 미량 관찰되는 핵종(우주 생성 핵종)이다.[1]

일본에서 ⁷Be를 관측하여 그 결과를 그래프로 나타낸 것.


⁷Be|⁷Be영어의 붕괴는 태양 중성미자의 근원 중 하나이며, 홈스테이크 실험을 통해 최초로 검출된 유형이다. 퇴적물에서 ⁷Be|⁷Be영어의 존재는 종종 그것들이 최근에 생성되었음을, 즉 약 3~4개월 미만, 또는 ⁷Be|⁷Be영어의 반감기 두 배 정도의 나이임을 나타내는 데 사용된다.[10]

일본에서 2003년부터 약 5년간 실시된 연구에 따르면, 계절적 요인에 의한 변동을 제거한 데이터를 분석한 결과, ⁷Be|⁷Be영어의 대기 중 농도와 규모 5 이상의 지진 발생에는 유의미한 상관관계가 있으며, 지진 발생일에 감소하고 있다는 것이 보고되었다.[19]

⁷Be|⁷Be영어는 다른 베릴륨 동위 원소와 달리 전자 포획을 통해서만 붕괴하는데, 이는 이례적으로 긴 반감기에 기여하는 현상일 수 있다. 특히, 내포 봉입(7Be@C60)을 통해 반감기를 인위적으로 0.83% 낮출 수 있다.[18]

2. 2. 베릴륨-8 (⁸Be)

8Be은 매우 불안정한 핵종으로, 알파 붕괴하여 두 개의 4He로 변한다. 이는 4He가 매우 안정적이기 때문이다.[6]8Be는 헬륨이 축적된 오래된 항성 내부에서 4He끼리 핵융합하여 순차적으로 생성될 수 있다. 수소 핵융합으로 생성된 헬륨이 축적된 오래된 항성이 일정 질량 이상일 경우, 그 내부에서 삼중 알파 과정이 일어나 4He를 융합하여 12C를 생성한다. 이 삼중 알파 과정은 매우 일어나기 어렵지만, 8Be가 불안정하여 곧바로 두 개의 4He로 분열하기 때문이라고 설명된다.[7]

2. 3. 베릴륨-9 (⁹Be)

베릴륨-9는 베릴륨의 안정한 동위 원소로, 베릴륨 매장량의 거의 100%를 차지한다. 9Be는 베릴륨 동위원소 중 유일하게 안정적이다. 지구상에 천연으로 존재하는 베릴륨은 기본적으로 모두 9Be라고 생각해도 좋다.

동위원소 핵종Z(p)N(n)동위원소 질량 (u)핵 스핀 수천연 존재비
9Be459.0121822(4)−3/21.0000


  • Z: p, N: n
  • # 표시된 값은 순수하게 실험값으로부터 산출된 것이 아니고, 일부 체계적인 경향으로부터 유도된 추정값을 포함하고 있다. 명확한 데이터가 얻어지지 않은 핵 스핀에 대해서는 괄호로 표기하고 있다.
  • 동위원소 존재비의 정확성과 질량수는 변화에 의해 제한된다. 천연 존재비의 범위는 일반적인 지구상 어느 곳에서도 같아야 한다.
  • 수치의 마지막에 괄호로 표기하고 있는 것은 그 값의 오차를 나타내고 있다. 오차의 값은 동위원소의 구성과 표준 원자 질량에 대해서는 IUPAC이 공표하는 오차로 표기하고 있으며, 그 외의 값은 표준 편차를 표기하고 있다.

2. 4. 베릴륨-10 (¹⁰Be)

10Be베릴륨방사성 동위 원소 중 하나로, 미량으로 존재한다. 반감기는 139만 년이며[11][12], 베타 붕괴를 통해 안정적인 10B으로 붕괴하면서 최대 556.2 keV의 에너지를 방출한다.[11][12]10Be는 지구 대기에서 주로 질소와 산소의 우주선 파쇄에 의해 생성된다.[13][14][15] 10Be와 그 붕괴 생성물은 토양 침식, 레골리스로부터의 토양 생성, 라테라이트 토양의 발달, 그리고 빙핵의 연대 측정에 사용되어 왔다.[16] 또한, 과거의 지구 표본에서 태양 및 태양계 외부 특성을 나타내는 우주 생성 핵종에 대한 대리 데이터 측정에 사용되는 중요한 동위원소이다.[17]10Be는 우주선 등의 영향으로 미량 계속 생성되고 있기 때문에, 현재 지구에서도 미량 발견된다. 14C를 이용한 방사성 탄소 연대 측정이 화석연료 사용에 의한 14C 희석과 핵실험에 의한 급격한 증가로 인해 어려워짐에 따라, 10Be가 대신 사용되기도 한다.[20][21]

2. 5. 베릴륨-11 (¹¹Be)

[8]은 반감기가 13.76초인 방사성 동위원소로, 중성자 헤일로를 가질 것으로 추정된다. ¹¹Be는 주로 β 붕괴하여 ''''''이 되지만, 일부는 β 붕괴와 동시에 α 붕괴를 일으켜 ''''''이 되기도 한다.

¹¹Be의 붕괴 방식과 그 확률은 다음과 같다.

  • β 붕괴 (96.7%): '''''' 생성
  • βα 붕괴 (3.3%): '''''' 생성
  • βp 붕괴 (0.0013%): 생성


¹¹Be의 핵 스핀은 1/2+이다.

2. 6. 기타 베릴륨 동위 원소

베릴륨의 동위 원소 대부분은 양성자 또는 중성자 적점선에서 베타 붕괴나 베타 붕괴와 알파 붕괴, 또는 중성자 방출의 조합을 통해 붕괴한다. 그러나 SimpleNuclide|베릴륨|7영어전자 포획으로만 붕괴하는데, 이는 이례적으로 긴 반감기에 기여하는 현상일 수 있다. 특히, 내포 풀러렌(7Be@C60)을 통해 반감기를 인위적으로 0.83% 낮출 수 있다.[18] SimpleNuclide|베릴륨|8영어 또한 비정상적인데, SimpleNuclide|헬륨|4영어로 알파 붕괴한다. 이 알파 붕괴는 종종 핵분열로 간주되며, 이는 매우 짧은 반감기를 설명한다.

:\begin{array}{l}{}\\

\ce{^5_4Be -> [\ce{미지}] {^4_3Li} + {^1_1H}} \\

\ce{^6_4Be -> [5 \ \ce{zs}] {^4_2He} + {2^1_1H}} \\

\ce{^8_4Be -> [81.9 \ \ce{as}] {2^4_2He}} \\

\ce{^{10}_4Be -> [1.387 \ \ce{Ma}] {^{10}_5B} + e^-} \\

\ce{^{11}_4Be -> [13.76 \ \ce{s}] {^{11}_5B} + e^-} \\

\ce{^{11}_4Be -> [13.76 \ \ce{s}] {^7_3Li} + {^4_2He} + e^-} \\

\ce{^{12}_4Be -> [21.46 \ \ce{ms}] {^{12}_5B} + e^-} \\

\ce{^{12}_4Be -> [21.46 \ \ce{ms}] {^{11}_5B} + {^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{13}_4Be -> [1 \ \ce{zs}] {^{12}_4Be} + {^1_0n}} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{13}_5B} + {^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{14}_5B} + e^-} \\

\ce{^{14}_4Be -> [4.53 \ \ce{ms}] {^{12}_5B} + {2^1_0n} + e^-} \\

\ce{^{15}_4Be -> [790 \ \ce{ys}] {^{14}_4Be} + {^1_0n}} \\{}

\ce{^{16}_4Be -> [650 \ \ce{ys}] {^{14}_4Be} + {2^1_0n}} \\{}

\end{array}5Be의 원자핵은 양성자 4개와 중성자 1개로 구성되어 있으며, 질량수는 5이다. 질량수 5인 핵종은 불안정하며, 5Be도 빠르게 양성자 1개를 방출하여 4Li로 변한다. 4Li는 이후 양성자 1개를 더 방출하여 3He이 되어 안정된다.6Be도 매우 불안정하며, 빠르게 양성자를 한꺼번에 2개 방출하여 4He로 변한다. 이는 4He가 매우 안정되어 있고 질량수 5인 핵종이 불안정하기 때문이다.12Be, 13Be, 14Be는 중성자가 너무 많아 매우 불안정하다. 이들은 어떤 형태로든 붕괴하여 최종적으로 붕소가 된다.15Be와 그보다 중성자가 더 많은 베릴륨 동위 원소는 매우 불안정하여 성질이 잘 알려져 있지 않다.

동위 원소Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기핵 스핀붕괴 생성물천연 존재비
5Be415.04079(429)(+1/2)4Li
6Be426.019726(6)s []0+4He
7Be437.01692983(11)-3/27Li
8Be448.00530510(4)s []0+4He
9Be459.0121822(4)안정-3/2안정1.0000
10Be4610.0135338(4)010B
11Be4711.021658(7)+1/211B 또는 7Li
12Be4812.026921(16)012B 또는 11B
13Be4913.03569(8)s+1/212Be
14Be41014.04289(14)012B 또는 13B 또는 14B
15Be41115.05346(54)< s
16Be41216.06192(54)< s014Be


3. 베릴륨 동위 원소 표

핵종Z (p)N (n)동위원소 질량 (u)반감기핵 스핀딸핵종천연 존재비
5Be415.04079(429)#(1/2+)#4Li
6Be426.019726(6)5.0(3)×10−21 s [0.092(6) MeV]0+4He
7Be437.01692983(11)53.22(6) 일-3/27Li
8Be448.00530510(4)6.7(17)×10−17 s [6.8(17) eV]0+4He
9Be459.0121822(4)안정-3/2안정1.0000
10Be4610.0135338(4)1.51(6)×1060+10B
11Be4711.021658(7)13.81(8) 초1/2+11B, 7Li
12Be4812.026921(16)21.49(3) 밀리초0+12B, 11B
13Be4913.03569(8)0.5(1) 나노초1/2+12Be
14Be41014.04289(14)4.84(10) 밀리초0+12B, 13B, 14B
15Be41115.05346(54)#<200 ns
16Be41216.06192(54)#<200 ns0+14Be
17Be413


  • # 표시된 값은 순수하게 실험값으로만 산출된 것이 아니고, 일부 체계적인 경향에서 유도된 추정값을 포함한다. 명확한 데이터가 없는 핵 스핀은 괄호 안에 표기했다.
  • 동위원소 존재비의 정확성과 질량수는 변화에 의해 제한된다. 천연 존재비의 범위는 일반적인 지구상 어느 곳에서나 같다.
  • 수치 마지막 괄호 안의 숫자는 값의 오차를 나타낸다. 오차 값은 동위원소 구성과 표준 원자 질량에 대해 IUPAC이 공표하는 오차로 표기하며, 그 외의 값은 표준 편차를 표기한다.

4. 단일 동위 원소 원소로서의 베릴륨

베릴륨동위 원소중성자가 존재하지 않는 핵종은 2012년 현재 확인되지 않았다. 따라서 베릴륨 동위 원소의 원자핵은 반드시 양성자 4개와 1개 이상의 중성자로 구성되어 있다고 생각된다. 이 중 안정 동위 원소(안정 핵종)는 ⁹Be(베릴륨-9) 뿐이며, 현재 지구상에 천연으로 존재하는 베릴륨은 기본적으로 모두 ⁹Be(베릴륨-9)라고 생각해도 좋다.9Be는 베릴륨 동위원소 중 유일하게 안정적이다. 베릴륨과 같이 안정적으로 존재하는 동위원소가 하나뿐인 원소를 단일동위원소원소(Monoisotopic element)라고 한다. 단일동위원소원소로서 베릴륨을 볼 때 특징적인 점은, 현재 알려진 단일동위원소원소 중에서 원자핵의 양성자 수가 짝수(원자번호가 짝수)인 것은 현재로서는 베릴륨이 유일하다는 점이다. 다른 단일동위원소원소는 모두 원자핵의 양성자 수가 홀수(원자번호가 홀수)이다.

참조

[1] 논문 Meteoritic evidence of a late superflare as source of 7Be in the early Solar System 2019-03-25
[2] 문서 This isotope has not yet been observed; given data is inferred or estimated from periodic trends.
[3] 문서 Decay mode shown is energetically allowed, but has not been experimentally observed to occur in this nuclide.
[4] 문서 Produced in Big Bang nucleosynthesis, but not primordial, as it all quickly decayed to '''7Li'''
[5] 문서 cosmogenic nuclide
[6] 문서 Intermediate product of triple alpha process in stellar nucleosynthesis as part of the path producing '''12C'''
[7] 문서 Also often considered spontaneous fission, as 8Be splits into two equal 4He nuclei
[8] 문서 Has 1 halo neutron
[9] 문서 Has 4 halo neutrons
[10] 논문 Seasonal and spatial variation of atmospheric 210Pb and 7Be deposition: features of the Japan Sea side of Japan 2006-01
[11] 논문 A new value for the half-life of 10Be by Heavy-Ion Elastic Recoil Detection and liquid scintillation counting 2010
[12] 논문 Determination of the 10Be half-life by multicollector ICP-MS and liquid scintillation counting http://gfzpublic.gfz[...] 2010
[13] 논문 A new 3D numerical model of cosmogenic nuclide 10Be production in the atmosphere 2010
[14] 서적 Cosmogenic radionuclides: theory and applications in the terrestrial and space environments Physics of Earth and Space Environments, Springer, Berlin 2012
[15] 논문 Production of cosmogenic isotopes 7Be, 10Be, 14C, 22Na, and 36Cl in the atmosphere: Altitudinal profiles of yield functions 2016
[16] 논문 26Al-10Be–21Ne burial dating http://www.bgc.org/s[...] 2012-12-10
[17] 논문 Cosmogenic radionuclides reveal an extreme solar particle storm near a solar minimum 9125 years BP 2022
[18] 논문 Enhanced Electron-Capture Decay Rate of 7Be Encapsulated in C60 Cages https://journals.aps[...] 2022-02-23
[19] 논문 日本付近の地震発生日と高崎の大気中ベリリウム-7濃度の関係に係る統計分析 2011
[20] 웹사이트 太陽黒点の長期変動(17 世紀以来)の謎 https://official.rik[...]
[21] 웹사이트 名古屋大学年代測定総合研究センターについて http://www.nendai.na[...]
[22] 웹사이트 http://www.nucleonic[...]
[23] 문서 약자
[24] 문서 굵은 글꼴은 안정 동위 원소
[25] 문서 빅뱅 핵합성 과정에서 생성되나, '''7Li'''로 쉽게 붕괴하므로 원시 핵종에는 포함되지 않는다.
[26] 문서 항성 핵합성에서 '''12C'''를 핵융합하는 삼중알파과정의 중간 생성물이다.



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