붕소 동위 원소

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1. 개요

붕소의 동위 원소는 질량수가 6에서 21 사이이며, 핵물리학 연구에 중요한 정보를 제공한다. 붕소-10과 붕소-11은 안정적인 동위 원소이며, 붕소-10은 붕소 중성자 포획 암 치료법에 사용된다. 붕소-8은 반감기가 짧고, 태양 중성미자 연구 및 암흑 물질 직접 검출 실험의 배경으로 작용한다.

붕소 동위 원소

붕소 동위 원소 개요

기호	B
양성자 수	5
중성자 수	3에서 12
핵종	13
표준 원자량	[10.806, 10.821]
동위 원소	¹¹B
존재 비율	[79.6%, 81.1%]
반감기	안정적
붕괴 방식	안정적
동위 원소	¹⁰B
존재 비율	[18.9%, 20.4%]
반감기	안정적
붕괴 방식	안정적

붕소 동위 원소 표

질량수	원자 질량 (u)
존재 비율	반감기
붕괴 방식	딸 핵종
핵 스핀	동위 원소 조성
⁷B	7.02992(37)
합성	350(50)E-24 s
p+	⁶Be
⁸B	8.0246072(11)
β⁺	⁸Be
⁹B	9.0133288(11)
합성	53(4)E-19 s
p+	⁸Be
¹⁰B	10.012936861(13)
18.9%, 20.4%	안정적
3+	1.0000
¹¹B	11.009305401(12)
79.6%, 81.1%	안정적
3/2-	1.0000
¹²B	12.0143521(15)
β^-	¹²C
¹³B	13.01778(32)
n	¹²B

주석

"na 값은 IUPAC에서 제공된 값이다. # 값은 확실하지 않음.

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2. 동위 원소 목록

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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)
⁶B	5	1	6.04681(75)#
⁷B	5	2	7.02992(8)	s [1.4(2) MeV]	p		(−)
⁸B	5	3	8.0246072(11)	770(3) ms	β⁺	2	2+
⁹B	5	4	9.0133288(11)	s [0.54(21) keV]	p		−
¹⁰B	5	5	10.0129370(4)	안정			3+	0.199(7)	0.18929 – 0.20386
¹¹B	5	6	11.0093054(4)	안정			−	0.801(7)	0.79614 – 0.81071
¹²B	5	7	12.0143521(15)	20.20(2) ms	β⁻ (98.4%)		1+
¹²B	5	7	12.0143521(15)	20.20(2) ms	β⁻, α (1.6%)		1+
¹³B	5	8	13.0177802(12)	17.33(17) ms	β⁻ (99.72%)		−
¹³B	5	8	13.0177802(12)	17.33(17) ms	β⁻, n (0.279%)		−
¹⁴B	5	9	14.025404(23)	12.5(5) ms	β⁻ (93.96%)		2−
¹⁴B	5	9	14.025404(23)	12.5(5) ms	β⁻, n (6.04%)		2−
¹⁵B	5	10	15.031103(24)	9.87(7) ms	β⁻, n (93.6%)		−
					β⁻ (6.0%)
					β⁻, 2n (0.40%)
¹⁶B	5	11	16.03981(6)	<190×10⁻¹² s [<0.1 MeV]	n		0−
¹⁷B	5	12	17.04699(18)	5.08(5) ms	β⁻, n (63.0%)		(−)
					β⁻ (22.1%)
					β⁻, 2n (11.0%)
					β⁻, 3n (3.5%)
					β⁻, 4n (0.40%)
¹⁸B	5	13	18.05560(86)#	<26 ns	n		(4−)#
¹⁹B	5	14	19.06373(43)#	2.92(13) ms	β⁻		(−)#
²⁰B	5	15	20.07451(59)	>912.4 ys	n	(1-,2-)
²¹B	5	16	21.08415(60)	>760 ys	2n	(3/2-)

붕소는 원자 번호 5번 원소로, 2개의 안정 동위 원소(¹⁰B, ¹¹B)와 여러 방사성 동위 원소를 가진다. 각 동위 원소의 정보는 위 표와 같다.

2.1. 붕소-6

붕소-6(⁶B)은 양성자 5개와 중성자 1개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 동위체 질량은 6.04681(75)# u이며, 반감기는 알려져 있지 않다. 핵 스핀 수는 명확한 데이터가 없어 괄호 안에 표기한다.

2.2. 붕소-7

붕소-7(⁷B)은 양성자 5개와 중성자 2개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 동위체 질량은 7.02992(8) u이며, 반감기는 350(50)E-24 s [1.4(2) MeV]로 매우 짧다. 핵 스핀 수는 (3/2-)이다.

2.3. 붕소-8

붕소-8(⁸B)은 붕소의 동위 원소로, 의 반감기를 가지며 β⁺ 붕괴를 통해 베릴륨-8로 변환된다. 이는 리튬-11과 같은 중성자 헤일로 핵과는 대조적으로, 느슨하게 결합된 양성자를 가진 헤일로 핵의 가장 강력한 후보이다.

태양 내 붕소-8 베타 붕괴로부터 발생하는 중성미자는 전체 태양 중성미자 플럭스의 약 80 ppm에 불과하지만, 10 MeV를 중심으로 더 높은 에너지를 가진다. 이러한 특징은 암흑 물질 직접 검출 실험의 중요한 배경이 되며, 암흑 물질 직접 검출 실험이 궁극적으로 마주하게 될 중성미자 플로어의 첫 번째 구성 요소이다.

붕소-8의 자세한 정보는 아래 표와 같다.

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동위 원소 핵종	Z(p)	N(n)	동위체 질량 (u)	반감기	핵 스핀 수
⁸B	5	3	8.0246072(11)	770(3) ms	2+

2.4. 붕소-9

붕소-9는 붕소의 동위 원소 중 하나로 양성자 5개와 중성자 4개로 구성된다. 동위체 질량은 9.0133288(u)이며, 반감기는 800(300)E-21 s [0.54(21) keV]이다. 붕소-9의 핵 스핀은 3/2-이다.

2.5. 붕소-10

붕소-10(¹⁰B)은 양성자 5개와 중성자 5개로 구성된 붕소의 안정 동위 원소이다. 붕소-10의 동위체 질량은 10.0129370(4) u이며, 안정 동위 원소이므로 반감기는 없다. 핵 스핀 수는 3+이며, 자연에서 붕소 동위 원소 중 약 19.9%(존재비 범위는 0.18929~0.20386)를 차지한다. 붕소-10은 붕소 중성자 포획 암 치료법에서 일부 뇌종양의 실험적 치료에 사용된다.

2.6. 붕소-11

붕소-11(¹¹B)은 붕소의 안정 동위 원소로, 자연에 존재하는 붕소의 약 80%를 차지한다. 양성자 5개와 중성자 6개로 구성되어 있으며, 핵 스핀 수는 3/2-이다. 붕소-11의 동위체 질량은 11.0093054(4) u이다.

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동위 원소 핵종	Z(p)	N(n)	동위체 질량 (u)	핵 스핀 수	자연 존재비	자연 존재비 (범위)
¹¹B	5	6	11.0093054(4)	3/2-	0.801(7)	0.79614-0.81071

2.7. 붕소-12

붕소-12(¹²B)는 양성자 5개와 중성자 7개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 동위체 질량은 12.0143521(15) u이며, 반감기는 20.20(2) ms이다. 붕소-12의 핵 스핀 수는 1+이다.

2.8. 붕소-13

붕소-13(¹³B)은 붕소의 동위 원소 중 하나로 양성자 5개와 중성자 8개로 구성된다. 동위체 질량은 13.0177802(12) u이며, 반감기는 17.33(17) ms이다. 핵 스핀 수는 3/2-이다.

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붕소-13 정보
양성자 수	5
중성자 수	8
동위체 질량 (u)	13.0177802(12)
반감기	17.33(17) ms
핵 스핀 수	3/2-

2.9. 붕소-14

붕소-14는 붕소의 동위 원소 중 하나로 양성자 5개와 중성자 9개로 구성되어 있다. 동위체 질량은 14.025404(23) u이며, 반감기는 12.5(5) ms이다. 핵 스핀 수는 2-이다.

2.10. 붕소-15

붕소-15(¹⁵B)는 붕소의 동위 원소 중 하나로 양성자 5개와 중성자 10개로 구성되어 있다. 붕소-15의 동위체 질량은 15.031103(24) u이며, 반감기는 9.87(7) ms이다. 핵 스핀 수는 3/2-이다.

2.11. 붕소-16

붕소-16은 붕소 동위 원소 중 하나로, 양성자 5개와 중성자 11개로 구성된다. 동위체 질량은 16.03981(6) u이며, 반감기는 190E-12 s 미만이다. 핵 스핀 수는 0-이다.

2.12. 붕소-17

붕소-17은 양성자 5개와 중성자 12개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 동위체 질량은 17.04699(18) u이며, 반감기는 5.08(5) ms이다. 핵 스핀 수는 3/2-이다.

2.13. 붕소-18

붕소-18은 붕소 동위 원소 중 하나로, 양성자 5개와 중성자 13개로 구성되어 있다. 동위체 질량은 18.05560(22) u이며, 반감기는 26ns 미만으로 매우 짧다. 핵 스핀 수는 (4-)이다.

2.14. 붕소-19

붕소-19(¹⁹B)는 양성자 5개와 중성자 14개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 동위체 질량은 19.06417(56) u이며, 반감기는 2.92(13) ms이다. 핵 스핀 수는 (3/2-)이다.

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동위 원소	양성자(p)	중성자(n)	동위체 질량(u)	반감기	핵 스핀 수
¹⁹B	5	14	19.06417(56)	2.92(13) ms	(3/2-)

2.15. 붕소-20

붕소-20은 붕소 동위 원소 중 하나로, 양성자 5개와 중성자 15개로 구성된다. 붕소-20의 동위체 질량은 20.07451(59)이며, 912.4 ys(년) 이상의 반감기를 가지는 것으로 알려져 있다. 핵 스핀은 (1-, 2-)이다.

2.16. 붕소-21

붕소-21은 양성자 5개와 중성자 16개로 구성된 붕소의 동위 원소이다. 핵 스핀은 (3/2−)이며, 반감기는 760 ys보다 크다.

3. 붕소-8

Boron-8^영어은 붕소의 동위 원소로, 반감기가 이며 β⁺ 붕괴를 통해 베릴륨-8로 변환된다. 이는 리튬-11과 같은 중성자 헤일로 핵과는 대조적으로, 느슨하게 결합된 양성자를 가진 헤일로 핵의 가장 강력한 후보이다.

태양 내 Boron-8^영어 베타 붕괴로부터 발생하는 중성미자는 전체 태양 중성미자 플럭스의 약 80 ppm에 불과하지만, 10 MeV를 중심으로 더 높은 에너지를 가진다. 이는 암흑 물질 직접 검출 실험의 중요한 배경이 되며, 암흑 물질 직접 검출 실험이 결국 마주하게 될 중성미자 플로어의 첫 번째 구성 요소이다.

4. 응용

붕소-10은 뇌종양의 실험적 치료법인 중성자 포획 치료법에 사용된다.

4.1. 붕소-10

¹⁰B는 뇌종양의 실험 단계 치료법인 붕소 중성자 포획 암 치료법에 사용된다.