주석 동위 원소

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1. 개요

주석 동위 원소는 주석 원자의 핵에 중성자 수가 다른 원자핵을 가진 형태를 의미한다. 주석은 112Sn, 114Sn, 115Sn, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn, 124Sn 등 10개의 안정 동위 원소를 가지며, 이 중 주석-120이 자연계에 가장 풍부하게 존재한다. 주석-117m은 핵의학 치료, 특히 개의 활막염 치료에 사용되며, 주석-126은 반감기가 23만 년으로 장수명 핵분열 생성물 중 하나로 핵 폐기물 관리에 중요하다.

주석 동위 원소
동위 원소 정보
원소 기호Sn
핵종 데이터베이스 참조 (2020)
질량수112
기호Sn
존재 비율0.97%
반감기안정적
질량수114
기호Sn
존재 비율0.66%
반감기안정적
질량수115
기호Sn
존재 비율0.34%
반감기안정적
질량수116
기호Sn
존재 비율14.54%
반감기안정적
질량수117
기호Sn
존재 비율7.68%
반감기안정적
질량수118
기호Sn
존재 비율24.22%
반감기안정적
질량수119
기호Sn
존재 비율8.59%
반감기안정적
질량수120
기호Sn
존재 비율32.58%
반감기안정적
질량수122
기호Sn
존재 비율4.63%
반감기안정적
질량수124
기호Sn
존재 비율5.79%
반감기안정적
질량수126
기호Sn
존재 비율미량
반감기2.3×10^5 년
붕괴 방식b-
붕괴 생성물안티모니-126
각주
출처
K. Sümmerer, R. Schneider, T Faestermann, J. Friese, H. Geissel, R. Gernhäuser, H. Gilg, F. Heine, J. Homolka, P. Kienle, H. J. Körner, G. Münzenberg, J. Reinhold, K. Zeitelhack, Identification and decay spectroscopy of 100Sn at the GSI projectile fragment separator FRS, Nuclear Physics A, April 1997, 616(1–2):341–345, doi:10.1016/S0375-9474(97)00106-1, bibcode:1997NuPhA.616..341S
Phil Walker, Doubly Magic Discovery of Tin-100, PHYSICS WORLD, 7(June), 1994
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2. 주석 동위 원소 목록

다음은 주석 동위 원소의 특성을 나타낸 표이다.

👆
좌우로 밀어서 보기
핵자
Z
(양성자)
N
(중성자)
동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성
동위 원소
핵 스핀자연계에 존재하는
동위 원소
범위
(몰 분율)
자연계에 존재하는
최대 범위
(몰 분율)
99Sn504998.94933(64)#5# ms9/2+#
100Sn505099.93904(76)1.1(4) s
[0.94(+54-27) s]
β+ (83%)100In0+
β+, p (17%)99Cd
101Sn5051100.93606(32)#3(1) sβ+101In5/2+#
β+, p (극히 드묾)100Cd
102Sn5052101.93030(14)4.5(7) sβ+102In0+
β+, p (극히 드묾)101Cd
102mSn2017(2) keV720(220) ns(6+)
103Sn5053102.92810(32)#7.0(6) sβ+103In5/2+#
β+, p (극히 드묾)102Cd
104Sn5054103.92314(11)20.8(5) sβ+104In0+
105Sn5055104.92135(9)34(1) sβ+105In(5/2+)
β+, p (극히 드묾)105Cd
106Sn5056105.91688(5)115(5) sβ+106In0+
107Sn5057106.91564(9)2.90(5) minβ+107In(5/2+)
108Sn5058107.911925(21)10.30(8) minβ+108In0+
109Sn5059108.911283(11)18.0(2) minβ+109In5/2(+)
110Sn5060109.907843(15)4.11(10) hε110In0+
111Sn5061110.907734(7)35.3(6) minβ+111In7/2+
111mSn254.72(8) keV12.5(10) µs1/2+
112Sn5062111.904818(5)안정0+0.0097(1)
113Sn5063112.905171(4)115.09(3) dβ+113In1/2+
113mSn77.386(19) keV21.4(4) minIT (91.1%)113Sn7/2+
β+ (8.9%)113In
114Sn5064113.902779(3)안정0+0.0066(1)
114mSn3087.37(7) keV733(14) ns7-
115Sn5065114.903342(3)안정1/2+0.0034(1)
115m1Sn612.81(4) keV3.26(8) µs7/2+
115m2Sn713.64(12) keV159(1) µs11/2-
116Sn5066115.901741(3)안정0+0.1454(9)
117Sn5067116.902952(3)안정1/2+0.0768(7)
117m1Sn314.58(4) keV13.76(4) dIT117Sn11/2-
117m2Sn2406.4(4) keV1.75(7) µs(19/2+)
118Sn5068117.901603(3)안정0+0.2422(9)
119Sn5069118.903308(3)안정1/2+0.0859(4)
119m1Sn89.531(13) keV293.1(7) dIT119Sn11/2-
119m2Sn2127.0(10) keV9.6(12) µs(19/2+)
120Sn5070119.9021947(27)안정0+0.3258(9)
120m1Sn2481.63(6) keV11.8(5) µs(7-)
120m2Sn2902.22(22) keV6.26(11) µs(10+)#
121Sn5071120.9042355(27)27.03(4) hβ-121Sb3/2+
121m1Sn6.30(6) keV43.9(5) aIT (77.6%)121Sn11/2-
β- (22.4%)121Sb
121m2Sn1998.8(9) keV5.3(5) µs(19/2+)#
121m3Sn2834.6(18) keV0.167(25) µs(27/2-)
122Sn5072121.9034390(29)안정0+0.0463(3)
123Sn5073122.9057208(29)129.2(4) dβ-123Sb11/2-
123m1Sn24.6(4) keV40.06(1) minβ-123Sb3/2+
123m2Sn1945.0(10) keV7.4(26) µs(19/2+)
123m3Sn2153.0(12) keV6 µs(23/2+)
123m4Sn2713.0(14) keV34 µs(27/2-)
124Sn5074123.9052739(15)관찰 안정0+0.0579(5)
124m1Sn2204.622(23) keV0.27(6) µs5-
124m2Sn2325.01(4) keV3.1(5) µs7-
124m3Sn2656.6(5) keV45(5) µs(10+)#
125Sn5075124.9077841(16)9.64(3) dβ-125Sb11/2-
125mSn27.50(14) keV9.52(5) min3/2+
126Sn5076125.907653(11)2.30(14)×105 aβ- (66.5%)126m2Sb0+
β- (33.5%)126m1Sb
126m1Sn2218.99(8) keV6.6(14) µs7-
126m2Sn2564.5(5) keV7.7(5) µs(10+)#
127Sn5077126.910360(26)2.10(4) hβ-127Sb(11/2-)
127mSn4.7(3) keV4.13(3) minβ-127Sb(3/2+)
128Sn5078127.910537(29)59.07(14) minβ-128Sb0+
128mSn2091.50(11) keV6.5(5) sIT128Sn(7-)
129Sn5079128.91348(3)2.23(4) minβ-129Sb(3/2+)#
129mSn35.2(3) keV6.9(1) minβ- (99.99%)129Sb(11/2-)#
IT (0.002%)129Sn
130Sn5080129.913967(11)3.72(7) minβ-130Sb0+
130m1Sn1946.88(10) keV1.7(1) minβ-130Sb(7-)#
130m2Sn2434.79(12) keV1.61(15) µs(10+)
131Sn5081130.917000(23)56.0(5) sβ-131Sb(3/2+)
131m1Sn80(30)# keV58.4(5) sβ- (99.99%)131Sb(11/2-)
IT (0.0004%)131Sn
131m2Sn4846.7(9) keV300(20) ns(19/2- ~ 23/2-)
132Sn5082131.917816(15)39.7(8) sβ-132Sb0+
133Sn5083132.92383(4)1.45(3) sβ- (99.97%)133Sb(7/2-)#
β-, n (0.0294%)132Sb
134Sn5084133.92829(11)1.050(11) sβ- (83%)134Sb0+
β-, n (17%)133Sb
135Sn5085134.93473(43)#530(20) msβ-135Sb(7/2-)
β-, n134Sb
136Sn5086135.93934(54)#0.25(3) sβ-136Sb0+
β-, n135Sb
137Sn5087136.94599(64)#190(60) msβ-137Sb5/2-#

2.1. 주요 동위 원소

주석은 10가지의 안정 동위 원소와 여러 방사성 동위 원소를 가진다. 안정 동위 원소는 112Sn부터 124Sn까지 10종이 있으며, 120Sn이 자연에 가장 많이 존재한다.

주석의 주요 방사성 동위 원소들은 아래 표와 같다.

👆
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동위 원소 핵종반감기핵 스핀 수붕괴 방식붕괴 생성 동위 원소
99Sn5# ms9/2+#
100Sn1.1(4) s0+β+ (83%), p (17%)100In, 99Cd
101Sn3(1) s5/2+#β+101In
102Sn4.5(7) s0+β+102In
103Sn7.0(6) s5/2+#β+103In
104Sn20.8(5) s0+β+104In
105Sn34(1) s(5/2+)β+105In
106Sn115(5) s0+β+106In
107Sn2.90(5) min(5/2+)β+107In
108Sn10.30(8) min0+β+108In
109Sn18.0(2) min5/2(+)β+109In
110Sn4.11(10) h0+ε110In
111Sn35.3(6) min7/2+β+111In
113Sn115.09(3) d1/2+β+113In
121Sn27.03(4) h3/2+β-121Sb
123Sn129.2(4) d11/2-β-123Sb
125Sn9.64(3) d11/2-β-125Sb
126Sn2.30(14)×105 a0+β-126m2Sb, 126m1Sb
127Sn2.10(4) h(11/2-)β-127Sb
128Sn59.07(14) min0+β-128Sb
129Sn2.23(4) min(3/2+)#β-129Sb
130Sn3.72(7) min0+β-130Sb
131Sn56.0(5) s(3/2+)β-131Sb
132Sn39.7(8) s0+β-132Sb
133Sn1.45(3) s(7/2-)#β-, n (0.0294%)133Sb, 132Sb
134Sn1.050(11) s0+β- (83%), β-, n (17%)134Sb, 133Sb
135Sn530(20) ms(7/2-)β-, β-, n135Sb, 134Sb
136Sn0.25(3) s0+β-, β-, n136Sb, 135Sb
137Sn190(60) ms5/2-#β-137Sb


121mSn과 126Sn은 핵 폐기물에서 발견될 수 있는 방사성 동위 원소이다. 특히 주석-126은 반감기가 길고 붕괴 과정에서 감마선과 베타 입자를 방출하므로 주의가 필요하다.

2.1.1. 안정 동위 원소

주석은 안정 동위 원소를 10종이나 가지는 특별한 원소이다. 이는 다른 어떤 원소보다도 많은 수이다. 112Sn, 114Sn, 115Sn, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn, 124Sn가 이에 해당한다. 이 중 120Sn이 자연에서 가장 풍부하게 존재하며(32.58%), 그 뒤를 이어 116Sn (14.54%), 118Sn (24.22%), 119Sn (8.59%), 117Sn (7.68%), 124Sn (5.79%), 122Sn (4.63%), 112Sn (0.97%), 114Sn (0.66%), 115Sn (0.34%) 순으로 존재한다.

👆
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핵종양성자 수중성자 수핵 스핀 수자연 존재비 (%)
112Sn50620+0.97
114Sn50640+0.66
115Sn50651/2+0.34
116Sn50660+14.54
117Sn50671/2+7.68
118Sn50680+24.22
119Sn50691/2+8.59
120Sn50700+32.58
122Sn50720+4.63
124Sn50740+5.79

2.1.2. 방사성 동위 원소

주석-117m은 주석의 방사성 동위원소로, 개의 활막염(방사성 활막 절제술) 치료를 위한 입자 현탁액에 사용될 수 있다.

주석-121m(121mSn)은 반감기가 43.9년인 주석의 방사성 동위 원소이자 핵 이성질체이다. 일반적인 열 중성자 원자로에서는 핵분열 생성물 수율이 매우 낮아 핵 폐기물에 큰 영향을 주지 않는다. 그러나 고속 중성자 핵분열이나 일부 무거운 악티늄족 원소의 핵분열에서는 더 높은 수율로 생성된다. 예를 들어 우라늄-235의 경우 열 중성자 핵분열에서 0.0007%, 고속 중성자 핵분열에서 0.002%의 수율을 보인다.

주석-126은 주석의 방사성 동위 원소 중 하나로, 우라늄플루토늄의 7가지 장수명 핵분열 생성물에 속한다. 반감기는 23만 년이며, 낮은 비 방사능의 감마선을 방출한다. 그러나 단수명 붕괴 생성물인 안티몬-126 동위 원소는 안정적인 텔루륨-126으로 붕괴하는 과정에서 17 및 40 keV의 감마선과 3.67 MeV의 베타 입자를 방출하므로, 주석-126에 대한 외부 노출은 주의가 필요하다.

주석-126은 핵분열 생성물의 질량 범위 중간에 위치하며, 현재 대부분의 원자력 발전소를 구성하는 열 중성자로는 매우 낮은 수율(235U의 경우 0.056%)로 생성된다. 이는 느린 중성자가 235U 또는 239Pu를 불균등하게 핵분열시키기 때문이다. 고속 중성자로핵무기에서의 고속 핵분열, 또는 마이너 악티나이드인 캘리포늄과 같은 일부 중원소의 핵분열은 더 높은 수율로 주석-126을 생성한다.

아래는 주석의 방사성 동위 원소 중 일부를 표로 정리한 것이다.

👆
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동위 원소 핵종반감기핵 스핀 수
99Sn5# ms9/2+#
100Sn1.1(4) s0+
101Sn3(1) s5/2+#
102Sn4.5(7) s0+
103Sn7.0(6) s5/2+#
104Sn20.8(5) s0+
105Sn34(1) s(5/2+)
106Sn115(5) s0+
107Sn2.90(5) min(5/2+)
108Sn10.30(8) min0+
109Sn18.0(2) min5/2(+)
110Sn4.11(10) h0+
111Sn35.3(6) min7/2+
113Sn115.09(3) d1/2+
121Sn27.03(4) h3/2+
123Sn129.2(4) d11/2-
125Sn9.64(3) d11/2-
126Sn2.30(14)E+5 a0+
127Sn2.10(4) h(11/2-)
128Sn59.07(14) min0+
129Sn2.23(4) min(3/2+)#
130Sn3.72(7) min0+
131Sn56.0(5) s(3/2+)
132Sn39.7(8) s0+
133Sn1.45(3) s(7/2-)#
134Sn1.050(11) s0+
135Sn530(20) ms(7/2-)
136Sn0.25(3) s0+
137Sn190(60) ms5/2-#

2.2. 전체 목록

👆
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핵자
Z
(양성자)
N
(중성자)
동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성
동위 원소
핵 스핀자연계에 존재하는
동위 원소
범위
(몰 분율)
자연계에 존재하는
최대 범위
(몰 분율)
99Sn504998.94933(64)#5# ms9/2+#
100Sn505099.93904(76)1.1(4) s
[0.94(+54-27) s]
β+ (83%)100In0+
β+, p (17%)99Cd
101Sn5051100.93606(32)#3(1) sβ+101In5/2+#
β+, p (극히 드묾)100Cd
102Sn5052101.93030(14)4.5(7) sβ+102In0+
β+, p (극히 드묾)101Cd
102mSn2017(2) keV720(220) ns(6+)
103Sn5053102.92810(32)#7.0(6) sβ+103In5/2+#
β+, p (극히 드묾)102Cd
104Sn5054103.92314(11)20.8(5) sβ+104In0+
105Sn5055104.92135(9)34(1) sβ+105In(5/2+)
β+, p (극히 드묾)105Cd
106Sn5056105.91688(5)115(5) sβ+106In0+
107Sn5057106.91564(9)2.90(5) minβ+107In(5/2+)
108Sn5058107.911925(21)10.30(8) minβ+108In0+
109Sn5059108.911283(11)18.0(2) minβ+109In5/2(+)
110Sn5060109.907843(15)4.11(10) hε110In0+
111Sn5061110.907734(7)35.3(6) minβ+111In7/2+
111mSn254.72(8) keV12.5(10) µs1/2+
112Sn5062111.904818(5)안정0+0.0097(1)
113Sn5063112.905171(4)115.09(3) dβ+113In1/2+
113mSn77.386(19) keV21.4(4) minIT (91.1%)113Sn7/2+
β+ (8.9%)113In
114Sn5064113.902779(3)안정0+0.0066(1)
114mSn3087.37(7) keV733(14) ns7-
115Sn5065114.903342(3)안정1/2+0.0034(1)
115m1Sn612.81(4) keV3.26(8) µs7/2+
115m2Sn713.64(12) keV159(1) µs11/2-
116Sn5066115.901741(3)안정0+0.1454(9)
117Sn5067116.902952(3)안정1/2+0.0768(7)
117m1Sn314.58(4) keV13.76(4) dIT117Sn11/2-
117m2Sn2406.4(4) keV1.75(7) µs(19/2+)
118Sn5068117.901603(3)안정0+0.2422(9)
119Sn5069118.903308(3)안정1/2+0.0859(4)
119m1Sn89.531(13) keV293.1(7) dIT119Sn11/2-
119m2Sn2127.0(10) keV9.6(12) µs(19/2+)
120Sn5070119.9021947(27)안정0+0.3258(9)
120m1Sn2481.63(6) keV11.8(5) µs(7-)
120m2Sn2902.22(22) keV6.26(11) µs(10+)#
121Sn5071120.9042355(27)27.03(4) hβ-121Sb3/2+
121m1Sn6.30(6) keV43.9(5) aIT (77.6%)121Sn11/2-
β- (22.4%)121Sb
121m2Sn1998.8(9) keV5.3(5) µs(19/2+)#
121m3Sn2834.6(18) keV0.167(25) µs(27/2-)
122Sn5072121.9034390(29)안정0+0.0463(3)
123Sn5073122.9057208(29)129.2(4) dβ-123Sb11/2-
123m1Sn24.6(4) keV40.06(1) minβ-123Sb3/2+
123m2Sn1945.0(10) keV7.4(26) µs(19/2+)
123m3Sn2153.0(12) keV6 µs(23/2+)
123m4Sn2713.0(14) keV34 µs(27/2-)
124Sn5074123.9052739(15)관찰 안정0+0.0579(5)
124m1Sn2204.622(23) keV0.27(6) µs5-
124m2Sn2325.01(4) keV3.1(5) µs7-
124m3Sn2656.6(5) keV45(5) µs(10+)#
125Sn5075124.9077841(16)9.64(3) dβ-125Sb11/2-
125mSn27.50(14) keV9.52(5) min3/2+
126Sn5076125.907653(11)2.30(14)×105 aβ- (66.5%)126m2Sb0+
β- (33.5%)126m1Sb
126m1Sn2218.99(8) keV6.6(14) µs7-
126m2Sn2564.5(5) keV7.7(5) µs(10+)#
127Sn5077126.910360(26)2.10(4) hβ-127Sb(11/2-)
127mSn4.7(3) keV4.13(3) minβ-127Sb(3/2+)
128Sn5078127.910537(29)59.07(14) minβ-128Sb0+
128mSn2091.50(11) keV6.5(5) sIT128Sn(7-)
129Sn5079128.91348(3)2.23(4) minβ-129Sb(3/2+)#
129mSn35.2(3) keV6.9(1) minβ- (99.99%)129Sb(11/2-)#
IT (0.002%)129Sn
130Sn5080129.913967(11)3.72(7) minβ-130Sb0+
130m1Sn1946.88(10) keV1.7(1) minβ-130Sb(7-)#
130m2Sn2434.79(12) keV1.61(15) µs(10+)
131Sn5081130.917000(23)56.0(5) sβ-131Sb(3/2+)
131m1Sn80(30)# keV58.4(5) sβ- (99.99%)131Sb(11/2-)
IT (0.0004%)131Sn
131m2Sn4846.7(9) keV300(20) ns(19/2- ~ 23/2-)
132Sn5082131.917816(15)39.7(8) sβ-132Sb0+
133Sn5083132.92383(4)1.45(3) sβ- (99.97%)133Sb(7/2-)#
β-, n (0.0294%)132Sb
134Sn5084133.92829(11)1.050(11) sβ- (83%)134Sb0+
β-, n (17%)133Sb
135Sn5085134.93473(43)#530(20) msβ-135Sb(7/2-)
β-, n134Sb
136Sn5086135.93934(54)#0.25(3) sβ-136Sb0+
β-, n135Sb
137Sn5087136.94599(64)#190(60) msβ-137Sb5/2-#

3. 주석 동위 원소의 활용

주석 동위 원소는 핵의학과 핵 폐기물 분야에서 활용된다.

3.1. 핵의학

주석-117m은 핵의학 치료에 사용되는 주석의 방사성 동위 원소이다. 개의 활막염 치료를 위한 방사성 활막 절제술에 사용되는 입자 현탁액에 사용된다.

3.2. 핵 폐기물

주석-126은 우라늄플루토늄의 핵분열 과정에서 생성되는 7가지 장수명 핵분열 생성물 중 하나이다. 이 동위 원소는 반감기가 23만 년으로, 자체적으로는 낮은 비 방사능의 감마선을 방출한다. 그러나 주석-126이 붕괴하면서 생성되는 두 핵 이성체인 안티몬-126은 안정된 텔루륨-126으로 붕괴하는 과정에서 17 keV 및 40 keV의 감마선과 3.67 MeV의 베타 입자를 방출하기 때문에, 주석-126에 대한 외부 노출은 잠재적인 위험 요소가 될 수 있다.

주석-126은 핵분열 생성물 질량 범위의 중간 부분에 위치한다. 대부분의 원자력 발전소에서 사용되는 열 중성자로에서는 235U 핵분열 시 0.056%의 매우 낮은 수율로 생성된다. 이는 느린 중성자가 235U239Pu를 불균등하게 핵분열시키는 경향이 있기 때문이다. 반면, 고속 중성자로핵무기에서의 고속 핵분열, 또는 캘리포늄과 같은 마이너 악티나이드 중원소의 핵분열에서는 더 높은 수율로 주석-126이 생성된다.