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.
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주석 - 주석 (원소) 주석(Sn)은 청동기 시대부터 사용된 은백색 금속 원소로, 이산화 주석 형태로 존재하며 구리와 합금하여 청동을 만들고, 땜납, 양철, 합금, 화합물 등 다양한 용도로 활용된다.
주석 - 양철 양철은 철의 부식 방지를 위해 주석을 얇게 입힌 강판으로, 납땜이 용이하고 무독성이어서 식품 용기에 안전하며, 미려한 외관을 가져 식품 포장재, 전자 부품, 장식용품 등에 사용된다.
원소별 동위 원소 목록 - 탄소 동위 원소 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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121mSn과 126Sn은 핵 폐기물에서 발견될 수 있는 방사성 동위 원소이다. 특히 주석-126은 반감기가 길고 붕괴 과정에서 감마선과 베타 입자를 방출하므로 주의가 필요하다.[15]
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.
핵종
양성자 수
중성자 수
핵 스핀 수
자연 존재비 (%)
112Sn
50
62
0+
0.97
114Sn
50
64
0+
0.66
115Sn
50
65
1/2+
0.34
116Sn
50
66
0+
14.54
117Sn
50
67
1/2+
7.68
118Sn
50
68
0+
24.22
119Sn
50
69
1/2+
8.59
120Sn
50
70
0+
32.58
122Sn
50
72
0+
4.63
124Sn
50
74
0+
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.[10]
'''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.[11]
'''주석-126'''은 주석의 방사성 동위 원소 중 하나로, 우라늄과 플루토늄의 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 중성자로나 핵무기에서의 고속 핵분열, 또는 마이너 악티나이드인 캘리포늄과 같은 일부 중원소의 핵분열은 더 높은 수율로 주석-126을 생성한다.
주석-117m은 핵의학 치료에 사용되는 주석의 방사성 동위 원소이다. 개의 활막염 치료를 위한 방사성 활막 절제술에 사용되는 입자 현탁액에 사용된다.[10]
3. 2. 핵 폐기물
주석-126은 우라늄과 플루토늄의 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.[11]
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 235U나 239Pu를 불균등하게 핵분열시키는 경향이 있기 때문이다. 반면, 고속 중성자로나 핵무기에서의 고속 핵분열, 또는 캘리포늄과 같은 마이너 악티나이드 중원소의 핵분열에서는 더 높은 수율로 주석-126이 생성된다.
참조
[1]
논문
Identification and decay spectroscopy of 100Sn at the GSI projectile fragment separator FRS
1997-04
[2]
문서
Heaviest known nuclide with more protons than neutrons
[3]
문서
Heaviest nuclide with equal numbers of protons and neutrons with no observed α decay
[4]
문서
Believed to decay by β+β+ to '''112Cd'''
[5]
문서
Fission product
[6]
문서
Believed to undergo β−β− decay to '''122Te'''
[7]
문서
Believed to undergo β−β− decay to '''124Te''' with a half-life over 1×1017 years
[8]
문서
Long-lived fission product
[9]
논문
Study on measurement of fission product nuclide 126Sn by AMS
https://accelconf.we[...]
2011-02
[10]
웹사이트
https://www.nrc.gov/site-help/search.html?site=AllSites&searchtext=synovetin
https://www.nrc.gov/[...] [11]
문서
Evaluated Nuclear Data File (ENDF) : ENDF/B-VII.1: Nuclear Data for Science and Technology: Cross Sections, Covariances, Fission Product Yields, and Decay Data
https://www-nds.iaea[...]
2011
[12]
논문
Doubly Magic Discovery of Tin-100
http://physicsworlda[...] [13]
웹사이트
http://www.nucleonic[...] [14]
문서
약어: IT: [[이성질핵 전이]]
[15]
문서
안정 동위 원소는 굵은 글씨로 표기
[16]
문서
양성자가 중성자보다 더 많은 가장 무거운 핵자로 알려져 있다.
[17]
문서
양성자와 중성자가 동일한 개수를 가진 가장 무거운 핵자로 알려져 있다.
[18]
문서
β+β+ 붕괴를 통해 '''112Cd'''으로 붕괴할 수 있다.
[19]
문서
이론상으로 [[자발 핵분열]]을 할 수 있다.
[20]
문서
핵분열 생성물
[21]
문서
β-β- 붕괴를 통해 '''122Te'''으로 붕괴할 수 있다.
[22]
문서
β-β- 붕괴를 통해 '''124Te'''으로 붕괴할 수 있으며 반감기는 1027 년을 초과할 것으로 예상된다.
[23]
문서
긴 반감기를 가진 핵분열 생성물
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