네오디뮴 동위 원소

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1. 개요
2. 네오디뮴 동위 원소
3. 표준 원자량
참조

1. 개요

네오디뮴은 60개의 양성자를 가지며, 중성자 수에 따라 다양한 동위 원소로 존재한다. 네오디뮴의 동위 원소 중 ¹⁴²Nd, ¹⁴³Nd, ¹⁴⁵Nd, ¹⁴⁶Nd, ¹⁴⁸Nd는 관찰 안정 또는 안정 동위 원소이다. ¹⁴⁴Nd와 ¹⁵⁰Nd는 방사성 붕괴를 하며, 나머지 동위 원소들은 짧은 반감기를 갖는 방사성 동위 원소이다. 네오디뮴 동위 원소는 핵분열 생성물로도 생성되며, 오클로 천연 원자로 연구에 활용되었다.

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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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베릴륨 동위 원소는 자연계에 주로 존재하는 안정 동위원소 베릴륨-9와 방사성 동위원소로 구성되며, 베릴륨-7과 베릴륨-10은 우주선에 의해 생성되어 연구에 활용되고, 베릴륨은 안정 동위원소가 하나뿐인 특이한 원소이다.

네오디뮴 동위 원소
네오디뮴 동위 원소 개요
안정 동위 원소
동위 원소 1	mn: 142 sym: Nd na: 27.2% hl: 안정
동위 원소 2	mn: 143 sym: Nd na: 12.2% hl: 안정
동위 원소 3	mn: 145 sym: Nd na: 8.3% hl: 안정
동위 원소 4	mn: 146 sym: Nd na: 17.2% hl: 안정
동위 원소 5	mn: 148 sym: Nd na: 5.8% hl: 안정
방사성 동위 원소
동위 원소 1	mn: 144 sym: Nd na: 23.8% hl: 2.29×10^15년 dm1: α perc1: link1: 세륨-140 pn1: 140 ps1: Ce
동위 원소 2	mn: 150 sym: Nd na: 5.6% hl: 9.3×10^18년 dm1: β−β− perc1: link1: 사마륨-150 pn1: 150 ps1: Sm

2. 네오디뮴 동위 원소

wikitext

네오디뮴은 60개의 양성자를 가지고 있으며, 중성자(N)수에 따라 다양한 동위 원소로 존재한다.^[10]^[11]^[12]

핵종	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성 동위 원소	핵 스핀	자연계 존재비	존재비 범위
¹²⁴Nd	60	64	123.95223(64)#	500# ms			0+
¹²⁵Nd	60	65	124.94888(43)#	600(150) ms			5/2(+#)
¹²⁶Nd	60	66	125.94322(43)#	1# s [>200 ns]	β⁺	¹²⁶Pr	0+
¹²⁷Nd	60	67	126.94050(43)#	1.8(4) s	β⁺	¹²⁷Pr	5/2+#	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁷Nd	60	67	126.94050(43)#	1.8(4) s	β⁺, p (드묾)	¹²⁶Ce	5/2+#
¹²⁸Nd	60	68	127.93539(21)#	5# s	β⁺	¹²⁸Pr	0+	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁸Nd	60	68	127.93539(21)#	5# s	β⁺, p (드묾)	¹²⁷Ce	0+
¹²⁹Nd	60	69	128.93319(22)#	4.9(2) s	β⁺	¹²⁹Pr	5/2+#	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁹Nd	60	69	128.93319(22)#	4.9(2) s	β⁺, p (드묾)	¹²⁸Ce	5/2+#
¹³⁰Nd	60	70	129.92851(3)	21(3) s	β⁺	¹³⁰Pr	0+
¹³¹Nd	60	71	130.92725(3)	33(3) s	β⁺	¹³¹Pr	(5/2)(+#)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹³¹Nd	60	71	130.92725(3)	33(3) s	β⁺, p (드묾)	¹³⁰Ce	(5/2)(+#)
¹³²Nd	60	72	131.923321(26)	1.56(10) min	β⁺	¹³²Pr	0+
¹³³Nd	60	73	132.92235(5)	70(10) s	β⁺	¹³³Pr	(7/2+)
^133m1Nd	127.97(11) keV			~70 s	β⁺	¹³³Pr	(1/2)+
^133m2Nd	176.10(10) keV			~300 ns			(9/2-)
¹³⁴Nd	60	74	133.918790(13)	8.5(15) min	β⁺	¹³⁴Pr	0+
^134mNd	2293.1(4) keV			410(30) µs			(8)-
¹³⁵Nd	60	75	134.918181(21)	12.4(6) min	β⁺	¹³⁵Pr	9/2(-)
^135mNd	65.0(2) keV			5.5(5) min	β⁺	¹³⁵Pr	(1/2+)
¹³⁶Nd	60	76	135.914976(13)	50.65(33) min	β⁺	¹³⁶Pr	0+
¹³⁷Nd	60	77	136.914567(12)	38.5(15) min	β⁺	¹³⁷Pr	1/2+
^137mNd	519.43(17) keV			1.60(15) s	IT	¹³⁷Nd	(11/2-)
¹³⁸Nd	60	78	137.911950(13)	5.04(9) h	β⁺	¹³⁸Pr	0+
^138mNd	3174.9(4) keV			410(50) ns			(10+)
¹³⁹Nd	60	79	138.911978(28)	29.7(5) min	β⁺	¹³⁹Pr	3/2+
^139m1Nd	colspan="3"\| 231.15(5) keV	5.50(20) h	β⁺ (88.2%)	¹³⁹Pr	11/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^139m1Nd	colspan="3"\| 231.15(5) keV	5.50(20) h	IT (11.8%)	¹³⁹Nd	11/2-
^139m2Nd	2570.9+X keV			>=141 ns
¹⁴⁰Nd	60	80	139.90955(3)	3.37(2) d	ε	¹⁴⁰Pr	0+
^140mNd	2221.4(1) keV			600(50) µs			7-
¹⁴¹Nd	60	81	140.909610(4)	2.49(3) h	β⁺	¹⁴¹Pr	3/2+
^141mNd	colspan="3"\| 756.51(5) keV	62.0(8) s	IT (99.95%)	¹⁴¹Nd	11/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^141mNd	colspan="3"\| 756.51(5) keV	62.0(8) s	β⁺ (0.05%)	¹⁴¹Pr	11/2-
¹⁴²Nd	60	82	141.9077233(25)	안정^[14]	0+	0.272(5)	0.2680-0.2730
¹⁴³Nd	60	83	142.9098143(25)	안정^[17]	7/2-	0.122(2)	0.1212-0.1232
¹⁴⁴Nd	60	84	143.9100873(25)	2.29(16)×10¹⁵ a^[18]	α	¹⁴⁰Ce	0+	0.238(3)	0.2379-0.2397
¹⁴⁵Nd	60	85	144.9125736(25)	관찰 안정^[19]	7/2-	0.083(1)	0.0823-0.0835
¹⁴⁶Nd	60	86	145.9131169(25)	안정^[20]	0+	0.172(3)	0.1706-0.1735
¹⁴⁷Nd	60	87	146.9161004(25)	10.98(1) d	β^-	¹⁴⁷Pm	5/2-
¹⁴⁸Nd	60	88	147.916893(3)	관찰 안정^[21]	0+	0.057(1)	0.0566-0.0578
¹⁴⁹Nd	60	89	148.920149(3)	1.728(1) h	β^-	¹⁴⁹Pm	5/2-
¹⁵⁰Nd	60	90	149.920891(3)	6.7(7)×10¹⁸ a^[18]	β^-β^-	¹⁵⁰Sm	0+	0.056(2)	0.0553-0.0569
¹⁵¹Nd	60	91	150.923829(3)	12.44(7) min	β^-	¹⁵¹Pm	3/2+
¹⁵²Nd	60	92	151.924682(26)	11.4(2) min	β^-	¹⁵²Pm	0+
¹⁵³Nd	60	93	152.927698(29)	31.6(10) s	β^-	¹⁵³Pm	(3/2)-
¹⁵⁴Nd	60	94	153.92948(12)	25.9(2) s	β^-	¹⁵⁴Pm	0+
^154m1Nd	480(150)# keV			1.3(5) µs
^154m2Nd	1349(10) keV			>1 µs			(5-)
¹⁵⁵Nd	60	95	154.93293(16)#	8.9(2) s	β^-	¹⁵⁵Pm	3/2-#
¹⁵⁶Nd	60	96	155.93502(22)	5.49(7) s	β^-	¹⁵⁶Pm	0+
^156mNd	1432(5) keV			135 ns			5-
¹⁵⁷Nd	60	97	156.93903(21)#	2# s [>300 ns]	β^-	¹⁵⁷Pm	5/2-#
¹⁵⁸Nd	60	98	157.94160(43)#	700# ms [>300 ns]	β^-	¹⁵⁸Pm	0+
¹⁵⁹Nd	60	99	158.94609(54)#	500# ms	β^-	¹⁵⁹Pm	7/2+#
¹⁶⁰Nd	60	100	159.94909(64)#	300# ms	β^-	¹⁶⁰Pm	0+
¹⁶¹Nd	60	101	160.95388(75)#	200# ms	β^-	¹⁶¹Pm	1/2-#

2. 1. 핵분열 생성물

네오디뮴은 우라늄-233, 우라늄-235, 플루토늄-239 및 플루토늄-241의 분열로 생성되는 비교적 흔한 핵분열 생성물 중 하나이다.^[1]^[2]^[3] 핵분열로 생성된 네오디뮴 동위 원소의 분포는 지구 지각 암석에서 발견되는 분포와 다르다. 가봉의 오클로 천연 원자로는 약 20억 년 전에 자연 핵분열 원자로가 생성되었음을 확인하는 데 네오디뮴 동위 원소의 상대적 존재비가 활용되었다.^[1]^[2]^[3]

2. 2. 동위 원소 목록

네오디뮴은 60개의 양성자를 가지고 있으며, 중성자(N)수에 따라 다양한 동위 원소로 존재한다.^[10]^[11]^[12]

핵종	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성 동위 원소	핵 스핀	자연계 존재비	존재비 범위
¹²⁴Nd	60	64	123.95223(64)#	500# ms			0+
¹²⁵Nd	60	65	124.94888(43)#	600(150) ms			5/2(+#)
¹²⁶Nd	60	66	125.94322(43)#	1# s [>200 ns]	β⁺	¹²⁶Pr	0+
¹²⁷Nd	60	67	126.94050(43)#	1.8(4) s	β⁺	¹²⁷Pr	5/2+#	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁷Nd	60	67	126.94050(43)#	1.8(4) s	β⁺, p (드묾)	¹²⁶Ce	5/2+#
¹²⁸Nd	60	68	127.93539(21)#	5# s	β⁺	¹²⁸Pr	0+	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁸Nd	60	68	127.93539(21)#	5# s	β⁺, p (드묾)	¹²⁷Ce	0+
¹²⁹Nd	60	69	128.93319(22)#	4.9(2) s	β⁺	¹²⁹Pr	5/2+#	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹²⁹Nd	60	69	128.93319(22)#	4.9(2) s	β⁺, p (드묾)	¹²⁸Ce	5/2+#
¹³⁰Nd	60	70	129.92851(3)	21(3) s	β⁺	¹³⁰Pr	0+
¹³¹Nd	60	71	130.92725(3)	33(3) s	β⁺	¹³¹Pr	(5/2)(+#)	rowspan=2\|	rowspan=2\|
¹³¹Nd	60	71	130.92725(3)	33(3) s	β⁺, p (드묾)	¹³⁰Ce	(5/2)(+#)
¹³²Nd	60	72	131.923321(26)	1.56(10) min	β⁺	¹³²Pr	0+
¹³³Nd	60	73	132.92235(5)	70(10) s	β⁺	¹³³Pr	(7/2+)
^133m1Nd	127.97(11) keV			~70 s	β⁺	¹³³Pr	(1/2)+
^133m2Nd	176.10(10) keV			~300 ns			(9/2-)
¹³⁴Nd	60	74	133.918790(13)	8.5(15) min	β⁺	¹³⁴Pr	0+
^134mNd	2293.1(4) keV			410(30) µs			(8)-
¹³⁵Nd	60	75	134.918181(21)	12.4(6) min	β⁺	¹³⁵Pr	9/2(-)
^135mNd	65.0(2) keV			5.5(5) min	β⁺	¹³⁵Pr	(1/2+)
¹³⁶Nd	60	76	135.914976(13)	50.65(33) min	β⁺	¹³⁶Pr	0+
¹³⁷Nd	60	77	136.914567(12)	38.5(15) min	β⁺	¹³⁷Pr	1/2+
^137mNd	519.43(17) keV			1.60(15) s	IT	¹³⁷Nd	(11/2-)
¹³⁸Nd	60	78	137.911950(13)	5.04(9) h	β⁺	¹³⁸Pr	0+
^138mNd	3174.9(4) keV			410(50) ns			(10+)
¹³⁹Nd	60	79	138.911978(28)	29.7(5) min	β⁺	¹³⁹Pr	3/2+
^139m1Nd	colspan="3"\| 231.15(5) keV	5.50(20) h	β⁺ (88.2%)	¹³⁹Pr	11/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^139m1Nd	colspan="3"\| 231.15(5) keV	5.50(20) h	IT (11.8%)	¹³⁹Nd	11/2-
^139m2Nd	2570.9+X keV			>=141 ns
¹⁴⁰Nd	60	80	139.90955(3)	3.37(2) d	ε	¹⁴⁰Pr	0+
^140mNd	2221.4(1) keV			600(50) µs			7-
¹⁴¹Nd	60	81	140.909610(4)	2.49(3) h	β⁺	¹⁴¹Pr	3/2+
^141mNd	colspan="3"\| 756.51(5) keV	62.0(8) s	IT (99.95%)	¹⁴¹Nd	11/2-	rowspan=2\|	rowspan=2\|
^141mNd	colspan="3"\| 756.51(5) keV	62.0(8) s	β⁺ (0.05%)	¹⁴¹Pr	11/2-
¹⁴²Nd	60	82	141.9077233(25)	안정^[14]	0+	0.272(5)	0.2680-0.2730
¹⁴³Nd	60	83	142.9098143(25)	안정^[17]	7/2-	0.122(2)	0.1212-0.1232
¹⁴⁴Nd	60	84	143.9100873(25)	2.29(16)×10¹⁵ a^[18]	α	¹⁴⁰Ce	0+	0.238(3)	0.2379-0.2397
¹⁴⁵Nd	60	85	144.9125736(25)	관찰 안정^[19]	7/2-	0.083(1)	0.0823-0.0835
¹⁴⁶Nd	60	86	145.9131169(25)	안정^[20]	0+	0.172(3)	0.1706-0.1735
¹⁴⁷Nd	60	87	146.9161004(25)	10.98(1) d	β^-	¹⁴⁷Pm	5/2-
¹⁴⁸Nd	60	88	147.916893(3)	관찰 안정^[21]	0+	0.057(1)	0.0566-0.0578
¹⁴⁹Nd	60	89	148.920149(3)	1.728(1) h	β^-	¹⁴⁹Pm	5/2-
¹⁵⁰Nd	60	90	149.920891(3)	6.7(7)×10¹⁸ a^[18]	β^-β^-	¹⁵⁰Sm	0+	0.056(2)	0.0553-0.0569
¹⁵¹Nd	60	91	150.923829(3)	12.44(7) min	β^-	¹⁵¹Pm	3/2+
¹⁵²Nd	60	92	151.924682(26)	11.4(2) min	β^-	¹⁵²Pm	0+
¹⁵³Nd	60	93	152.927698(29)	31.6(10) s	β^-	¹⁵³Pm	(3/2)-
¹⁵⁴Nd	60	94	153.92948(12)	25.9(2) s	β^-	¹⁵⁴Pm	0+
^154m1Nd	480(150)# keV			1.3(5) µs
^154m2Nd	1349(10) keV			>1 µs			(5-)
¹⁵⁵Nd	60	95	154.93293(16)#	8.9(2) s	β^-	¹⁵⁵Pm	3/2-#
¹⁵⁶Nd	60	96	155.93502(22)	5.49(7) s	β^-	¹⁵⁶Pm	0+
^156mNd	1432(5) keV			135 ns			5-
¹⁵⁷Nd	60	97	156.93903(21)#	2# s [>300 ns]	β^-	¹⁵⁷Pm	5/2-#
¹⁵⁸Nd	60	98	157.94160(43)#	700# ms [>300 ns]	β^-	¹⁵⁸Pm	0+
¹⁵⁹Nd	60	99	158.94609(54)#	500# ms	β^-	¹⁵⁹Pm	7/2+#
¹⁶⁰Nd	60	100	159.94909(64)#	300# ms	β^-	¹⁶⁰Pm	0+
¹⁶¹Nd	60	101	160.95388(75)#	200# ms	β^-	¹⁶¹Pm	1/2-#

2. 3. 장수명 방사성 동위 원소

¹⁴³Nd는 ¹³⁹Ce로 알파 붕괴할 가능성이 지적되고 있으며,¹⁴⁵Nd도 6×10¹⁶년 이상의 반감기로 ¹⁴¹Ce로 알파 붕괴하는 방사성 핵종으로 여겨지고 있다. 그리고, ¹⁴⁶Nd도 알파 붕괴를 일으켜 ¹⁴²Ce가 되어 처음으로 안정되는, 장수명 방사성 핵종일 가능성이 지적되고 있으며,¹⁴⁸Nd도 3.0×10¹⁸년 이상의 반감기로 ¹⁴⁴Ce로 알파 붕괴한다고 생각되어 왔다.

한편, ¹⁵⁰Nd나 ¹⁴⁴Nd는 이전부터 방사성 핵종인 것이 알려져 있었는데, ¹⁵⁰Nd는 약 6.7×10¹⁸년의 반감기로 이중 베타 붕괴를 일으켜, ¹⁵⁰Sm이 되어 안정되며, ¹⁴⁴Nd는 2.29×10¹⁵년의 반감기로 알파 붕괴를 일으켜, ¹⁴⁰Ce가 되어 안정된다. 그 외의 방사성 핵종의 반감기는, 모두 11일 이내이며, 그 대부분은 70초 이내이다. 또한, 이들 외에 핵 이성체도 존재하지만, 그것들도 물론 안정된 핵종은 아니다.

이와 같이, ¹⁴²Nd 이외의 모든 네오디뮴의 동위 원소는, 방사성 동위 원소일 가능성이 지적되고 있다.

3. 표준 원자량

참조

_[1] 논문 U and Nd Isotopes from the New Oklo Reactor 10 (GABON): Evidence for Radioelements Migration https://link.springe[...]
_[2] 웹사이트 Oklo's Natural Nuclear Reactors https://medium.com/p[...] 2020-10-24
_[3] 웹사이트 The Implications of the Oklo Phenomenon on the Constancy of Radiometric Decay Rates https://grisda.org/o[...]
_[4] 문서 Fission product
_[5] 학술대회 Alpha decay of naturally occurring neodymium isotopes https://indico.cern.[...] 2023-07-11
_[6] 논문 Experimental searches for rare alpha and beta decays 2019
_[7] 문서 Primordial nuclide|Primordial radionuclide
_[8] 문서 Predicted to be capable of undergoing Double beta decay|triple beta decay and quadruple beta decay with very long partial half-lives
_[9] 논문 First β⁻-decay spectroscopy study of ¹⁵⁷Nd American Physical Society (APS) 2023-08-14
_[10] 문서 안정 동위 원소는 굵은체로 표기, 우주의 나이보다 반감기가 긴 동위 원소의 반감기는 굵은 흘림체로 표기
_[11] URL http://www.nucleonic[...]
_[12] 문서 약어:
ε: [[전자 포획]]
IT: [[이성질핵 전이]]
_[13] 문서 안정 동위 원소는 굵은 글씨로 표기
_[14] 문서 이론적으로 [[자발 핵분열]]을 할 수 있다.
_[15] 문서 핵분열 생성물
_[16] 문서 사마륨]]-[[네오디뮴 연대 측정에 이용
_[17] 문서 알파 붕괴]]를 통해 ¹³⁹Ce으로 붕괴할 수 있다.
_[18] 문서 태양계 초창기부터 존재해 왔었던 방사성 핵자
_[19] 문서 α 붕괴를 통해 ¹⁴¹Ce으로 붕괴할 수 있으며 반감기는 7.3×10²¹ 년을 초과할 것으로 예상된다.
_[20] 문서 알파 붕괴를 통해 '''¹⁴²Ce'''으로 붕괴할 수 있다.
_[21] 문서 이론상으로 알파 붕괴를 통해 ¹⁴⁴Ce으로 붕괴할 수 있으며 반감기는 3.8×10²⁰ 년을 초과할 것으로 예상된다.

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