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비스무트 동위 원소

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목차

1. 개요

비스무트의 동위 원소는 원자핵 내 중성자 수에 따라 질량이 다른 비스무트 원자들의 변종을 의미한다. 비스무트-209는 자연 상태에서 100% 존재하며, 반감기가 매우 길어 안정적인 동위 원소로 간주된다. 비스무트-210, 비스무트-212, 비스무트-213 등은 방사성 붕괴를 하며, 각각 라듐 계열, 토륨 계열, 악티늄 계열에 속한다. 비스무트-213은 의료 분야에서 암 치료에 활용되기도 한다.

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비스무트 동위 원소
동위 원소 정보
기호Bi
비고
기호Bi
존재비합성
반감기31.55년
붕괴 방식β+
붕괴 생성물207Pb
기호Bi
존재비합성
반감기3.68×105년
붕괴 방식β+
붕괴 생성물208Pb
기호Bi
존재비100%
반감기2.01×1019년
붕괴 방식α
붕괴 생성물205Tl
기호Bi
존재비미량
반감기5.012일
붕괴 방식β-, α
붕괴 생성물210Po, 206Tl
기호Bi
존재비합성
반감기3.04×106년
붕괴 방식α
붕괴 생성물206Tl
주석
원자량

2. 비스무트 동위 원소 목록

기호Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기[14]붕괴
방식[15][16]붕괴
생성물[17]핵
스핀전형적
동위 원소
구성비
(몰 분율)자연적
구성비
변동 범위
(몰 분율)들뜬 에너지184Bi83101184.00112(14)#6.6(15) ms3+#184mBi150(100)# keV13(2) ms10-#185Bi83102184.99763(6)#2# msp184Pb9/2-#rowspan=2|rowspan=2|α (드묾)181Tl185mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 70(50)# keV49(7) µsα181Tl1/2+rowspan=2|rowspan=2|p184Pb186Bi83103185.99660(8)14.8(7) msα182Tl(3+)rowspan=2|rowspan=2|β+ (드묾)186Pb186mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 270(140)# keV9.8(4) msα182Tl(10-)rowspan=2|rowspan=2|β+186Pb187Bi83104186.993158(16)32(3) msα (50%)183Tl9/2-#rowspan=2|rowspan=2|β+ (50%)187Pb187m1Bi101(20) keV320(70) µs1/2+#187m2Bi252(1) keV7(5) µs(13/2+)188Bi83105187.99227(5)44(3) msα184Tl3+#rowspan=2|rowspan=2|β+ (드묾)188Pb188mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 210(140)# keV220(40) msα184Tl(10-)rowspan=2|rowspan=2|β+ (드묾)188Pb189Bi83106188.98920(6)674(11) msα (51%)185Tl(9/2-)rowspan=2|rowspan=2|β+ (49%)189Pb189m1Bi181(6) keV5.0(1) ms(1/2+)189m2Bi357(1) keV880(50) ns(13/2+)190Bi83107189.9883(2)6.3(1) sα (77%)186Tl(3+)rowspan=2|rowspan=2|β+ (30%)190Pb190m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 420(180) keV6.2(1) sα (70%)186Tl(10-)rowspan=2|rowspan=2|β+ (23%)190Pb190m2Bi690(180) keV>500(100) ns7+#191Bi83108190.985786(8)12.3(3) sα (60%)187Tl(9/2-)rowspan=2|rowspan=2|β+ (40%)191Pb191mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 240(4) keV124(5) msα (75%)187Tl(1/2+)rowspan=2|rowspan=2|β+ (25%)191Pb192Bi83109191.98546(4)34.6(9) sβ+ (82%)192Pb(3+)rowspan=2|rowspan=2|α (18%)188Tl192mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 150(30) keV39.6(4) sβ+ (90.8%)192Pb(10-)rowspan=2|rowspan=2|α (9.2%)188Tl193Bi83110192.98296(1)67(3) sβ+ (95%)193Pb(9/2-)rowspan=2|rowspan=2|α (5%)189Tl193mBicolspan="3" style="text-indent:2em" | 308(7) keV3.2(6) sα (90%)189Tl(1/2+)rowspan=2|rowspan=2|β+ (10%)193Pb194Bi83111193.98283(5)95(3) sβ+ (99.54%)194Pb(3+)rowspan=2|rowspan=2|α (0.46%)190Tl194m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 110(70) keV125(2) sβ+194Pb(6+,7+)rowspan=2|rowspan=2|α (드묾)190Tl194m2Bi230(90)# keV115(4) s(10-)195Bi83112194.980651(6)183(4) sβ+ (99.97%)195Pb(9/2-)rowspan=2|rowspan=2|α (0.03%)191Tl195m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 399(6) keV87(1) sβ+ (67%)195Pb(1/2+)rowspan=2|rowspan=2|α (33%)191Tl195m2Bi2311.4+X keV750(50) ns(29/2-)196Bi83113195.980667(26)5.1(2) minβ+ (99.99%)196Pb(3+)rowspan=2|rowspan=2|α (0.00115%)192Tl196m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 166.6(30) keV0.6(5) sIT196Bi(7+)rowspan=2|rowspan=2|β+196Pb196m2Bi270(3) keV4.00(5) min(10-)197Bi83114196.978864(9)9.33(50) minβ+ (99.99%)197Pb(9/2-)rowspan=2|rowspan=2|α (10−4%)193Tl197m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 690(110) keV5.04(16) minα (55%)193Tl(1/2+)rowspan=3|rowspan=3|β+ (45%)197PbIT (0.3%)197Bi197m2Bi2129.3(4) keV204(18) ns(23/2-)197m3Bi2360.4(5)+X keV263(13) ns(29/2-)197m4Bi2383.1(7)+X keV253(39) ns(29/2-)197m5Bi2929.5(5) keV209(30) ns(31/2-)198Bi83115197.97921(3)10.3(3) minβ+198Pb(2+,3+)198m1Bi280(40) keV11.6(3) minβ+198Pb(7+)198m2Bi530(40) keV7.7(5) s10-199Bi83116198.977672(13)27(1) minβ+199Pb9/2-199m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 667(4) keV24.70(15) minβ+ (98%)199Pb(1/2+)rowspan=3|rowspan=3|IT (2%)199Biα (0.01%)195Tl199m2Bi1947(25) keV0.10(3) µs(25/2+)199m3Bi~2547.0 keV168(13) ns29/2-200Bi83117199.978132(26)36.4(5) minβ+200Pb7+200m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 100(70)# keV31(2) minε (90%)200Pb(2+)rowspan=2|rowspan=2|IT (10%)200Bi200m2Bi428.20(10) keV400(50) ms(10-)201Bi83118200.977009(16)108(3) minβ+ (99.99%)201Pb9/2-rowspan=2|rowspan=2|α (10−4%)197Tl201m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 846.34(21) keV59.1(6) minε (92.9%)201Pb1/2+rowspan=3|rowspan=3|IT (6.8%)201Biα (0.3%)197Tl201m2Bi1932.2+X keV118(28) ns(25/2+)201m3Bi1971.2+X keV105(75) ns(27/2+)201m4Bi2739.90(20)+X keV124(4) ns(29/2-)202Bi83119201.977742(22)1.72(5) hβ+202Pb5(+#)rowspan=2|rowspan=2|α (10−5%)198Tl202m1Bi615(7) keV3.04(6) µs(10#)-202m2Bi2607.1(5) keV310(50) ns(17+)203Bi83120202.976876(23)11.76(5) hβ+203Pb9/2-rowspan=2|rowspan=2|α (10−5%)199Tl203m1Bi1098.14(7) keV303(5) msIT203Bi1/2+203m2Bi2041.5(6) keV194(30) ns25/2+204Bi83121203.977813(28)11.22(10) hβ+204Pb6+204m1Bi805.5(3) keV13.0(1) msIT204Bi10-204m2Bi2833.4(11) keV1.07(3) ms(17+)205Bi83122204.977389(8)15.31(4) dβ+205Pb9/2-206Bi83123205.978499(8)6.243(3) dβ+206Pb6(+)206m1Bi59.897(17) keV7.7(2) µs(4+)206m2Bi1044.8(5) keV890(10) µs(10-)207Bi83124206.9784707(26)32.9(14) aβ+207Pb9/2-207mBi2101.49(16) keV182(6) µs21/2+208Bi83125207.9797422(25)3.68(4)×105 aβ+208Pb(5)+208mBi1571.1(4) keV2.58(4) msIT208Bi(10)-209Bi[18][19]83126208.9803987(16)2.01(8)×1019 a[20]α205Tl9/2-1.0000210Bi라듐 E83127209.9841204(16)5.012(5) dβ-210Po1-미량[21]rowspan=2|α (1.32×10−4%)206Tl210mBi271.31(11) keV3.04(6)×106 aα206Tl9-211Bi악티늄 C83128210.987269(6)2.14(2) minα (99.72%)207Tl9/2-미량[22]rowspan=2|β- (0.276%)211Po211mBi1257(10) keV1.4(3) µs(25/2-)212Bi토륨 C83129211.9912857(21)60.55(6) minβ- (64.05%)212Po1(-)미량[23]rowspan=3|α (35.94%)208Tlβ-, α (0.014%)208Pb212m1Bicolspan="3" style="text-indent:2em" | 250(30) keV25.0(2) minα (67%)208Tl(9-)rowspan=3|rowspan=3|β- (33%)212mPoβ-, α (0.3%)208Pb212m2Bi2200(200)# keV7.0(3) min>15213Bi[24]83130212.994385(5)45.59(6) minβ- (97.91%)213Po9/2-rowspan=2|rowspan=2|α (2.09%)209Tl214Bi라듐 C83131213.998712(12)19.9(4) minβ- (99.97%)214Po1-미량[21]rowspan=3|α (0.021%)210Tlβ-, α (0.003%)210Pb215Bi83132215.001770(16)7.6(2) minβ-215Po(9/2-)미량[22]215mBi1347.5(25) keV36.4(25) min(25/2-)216Bi83133216.006306(12)2.17(5) minβ-216Po1-#217Bi83134217.00947(21)#98.5(8) s9/2-#218Bi83135218.01432(39)#33(1) s1-#


2. 1. 주요 동위 원소

2. 1. 1. 비스무트-209

비스무트-209는 자연에 100% 존재하는 동위 원소이다. 209Bi의 반감기는 1900경 년에 이른다. 이 정도의 시간이면 영원이라고 해도 무방하므로 안정 동위 원소들 중 가장 무겁고 붕괴 계열 중 넵투늄 계열의 최종 붕괴 생성물로 알려져 있다.

중성자 흡수율이 극도로 낮아 중성자를 거의 흡수하지 않기 때문에 4세대 원자로의 냉각제로 부분적이나마 주목받고 있다. 다만 중성자를 한 개 흡수하면 폴로늄-210으로 변환되기 때문에 꺼려지기도 하는 면이 있다. (폴로늄-210은 반감기가 짧아 초극미량으로도 방사능이 매우 강하다.)

독성이 없는 큰 장점 때문에 차세대 초전도체의 연료로써 많이 이용되고 있으며 철강 산업에서 합금으로 이용되며, 의약품으로도 이용한다. 이러한 큰 장점과 중요한 이용가치로 인해 지각에 불과 48ppb밖에 존재하지 않음에도 불구하고 전세계에서 8500톤이나 생산되어 매우 중요한 동위체로 자리잡은 원소이다.

2. 1. 2. 비스무트-210

라듐 계열에 해당하는 동위 원소로 반감기가 짧아 자연계에 극미량 존재하는 붕괴사슬의 한 동위체이다.

2. 1. 3. 비스무트-212

붕괴 계열 중 토륨 계열에 해당하는 극미량 존재하는 붕괴 사슬의 한 동위체이다. 비스무트-212 중 64%는 탈륨-208로 붕괴되며 탈륨-208은 강한 감마선을 내뿜고 납-208로 붕괴되기 된다. 이로 인해 토륨 사이클에서 생성되는 우라늄-232는 핵전지의 연료가 아닌 핵 폐기물로 분류케되는 원인의 동위체이다.

2. 1. 4. 비스무트-213

비스무트-213(213Bi)은 반감기가 45분이며 알파 붕괴를 통해 붕괴된다. 상업적으로 비스무트-213은 라듐에 제동 복사 광자를 선형 입자 가속기로 충돌시켜 생성할 수 있으며, 이는 모핵종 악티늄-225를 생성한다. 1997년, 213Bi와 결합된 항체를 사용하여 백혈병 환자를 치료했다. 이 동위 원소는 또한 다양한 암을 치료하기 위한 표적 알파 치료법(TAT) 프로그램에서도 시도되었다.[13] 비스무트-213은 또한 토륨 원자로에 의해 생성되는 연료인 우라늄-233의 붕괴 연쇄에서도 발견된다.

3. 붕괴 계열

4. 응용 분야

5. 연구 개발 현황 (한국 중심)

참조

[1] 논문 α-decay spectroscopy of light odd-odd Bi isotopes - II: 186Bi and the new nuclide 184Bi https://link.springe[...] 2003-10-01
[2] 문서
[3] 논문 Solving the Puzzles of the Decay of the Heaviest Known Proton-Emitting Nucleus 185Bi https://journals.aps[...] 2021-11-12
[4] 문서
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[6] 문서
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[8] 문서
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[12] 문서
[13] 논문 Advancements in cancer therapy with alpha-emitters: a review 2001
[14] 문서
[15] url http://www.nucleonic[...]
[16] 문서
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[19] 문서
[20] 문서
[21] 문서
[22] 문서
[23] 문서
[24] 문서


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