아스타틴 동위 원소

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1. 개요
2. 동위 원소
3. 붕괴 특성
- 3.1. 알파 붕괴
- 3.2. 베타 붕괴
4. 핵 이성질체
참조

1. 개요

아스타틴은 자연에서 발견되지 않고 모두 방사성 동위 원소로 존재한다. 아스타틴의 동위 원소는 질량수가 188에서 227 사이에 분포하며, 대부분 짧은 반감기를 갖는다. 아스타틴-210, 아스타틴-211, 아스타틴-215, 아스타틴-218, 아스타틴-219 등이 있으며, 아스타틴-210이 가장 안정적인 동위 원소로 약 8.1시간의 반감기를 갖는다. 아스타틴은 주로 알파 붕괴와 베타 붕괴를 통해 붕괴하며, 핵 이성질체를 갖는 경우도 있다. 아스타틴-211은 핵의학에서 표적 알파 치료에 사용될 가능성이 연구되고 있다.

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2. 동위 원소

아스타틴은 안정한 동위 원소가 존재하지 않으며, 모두 방사성 동위 원소이다. 아스타틴의 동위 원소들은 대부분 알파 붕괴(α)나 베타 붕괴(β⁺)를 통해 다른 원소로 변환된다.^[15]^[16] 몇몇 동위 원소들은 이성질핵 전이(IT)를 통해 에너지를 방출하기도 한다.

핵종	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
¹⁹¹At	1.7(+11-5) ms			(1/2+)
^191mAt	2.1(+4-3) ms			(7/2-)
¹⁹²At	11.5(0.6) ms			3+#
^192mAt	88(6) ms			(9-,10-)
¹⁹³At	28(+5-4) ms	α	¹⁸⁹Bi	(1/2+)
^193m1At	21(5) ms			(7/2-)
^193m2At	27(+4-5) ms			(13/2+)
¹⁹⁴At	~40 ms	α	¹⁹⁰Bi	3+#
¹⁹⁴At	~40 ms	β⁺ (드묾)	¹⁹⁴Po	3+#
^194mAt	~250 ms	α	¹⁹⁰Bi	10-#
^194mAt	~250 ms	IT (드묾)	¹⁹⁴At	10-#
¹⁹⁵At	328(20) ms	α (75%)	¹⁹¹Bi	(1/2+)
¹⁹⁵At	328(20) ms	β⁺ (25%)	¹⁹⁵Po	(1/2+)
^195mAt	147(5) ms			9/2-#
¹⁹⁶At	253(9) ms	α (96%)	¹⁹²Bi	3+#
¹⁹⁶At	253(9) ms	β⁺ (4.0%)	¹⁹⁶Po	3+#
^196m1At	20# ms			10-#
^196m2At	11 µs			5+#
¹⁹⁷At	0.390(16) s	α (96%)	¹⁹³Bi	(9/2-)
¹⁹⁷At	0.390(16) s	β⁺ (4.0%)	¹⁹⁷Po	(9/2-)
^197mAt	2.0(2) s			(1/2+)
¹⁹⁸At	4.2(3) s	α (94%)	¹⁹⁴Bi	(3+)
¹⁹⁸At	4.2(3) s	β⁺ (6%)	¹⁹⁸Po	(3+)
^198mAt	1.0(2) s			(10-)
¹⁹⁹At	6.92(13) s	α (89%)	¹⁹⁵Bi	(9/2-)
¹⁹⁹At	6.92(13) s	β⁺ (11%)	¹⁹⁹Po	(9/2-)
²⁰⁰At	43.2(9) s	α (57%)	¹⁹⁶Bi	(3+)
²⁰⁰At	43.2(9) s	β⁺ (43%)	²⁰⁰Po	(3+)
^200m1At	47(1) s	α (43%)	¹⁹⁶Bi	(7+)
		IT	²⁰⁰At
		β⁺	²⁰⁰Po
^200m2At	3.5(2) s			(10-)
²⁰¹At	85(3) s	α (71%)	¹⁹⁷Bi	(9/2-)
²⁰¹At	85(3) s	β⁺ (29%)	²⁰¹Po	(9/2-)
²⁰²At	184(1) s	β⁺ (88%)	²⁰²Po	(2,3)+
²⁰²At	184(1) s	α (12%)	¹⁹⁸Bi	(2,3)+
^202m1At	182(2) s			(7+)
^202m2At	460(50) ms			(10-)
²⁰³At	7.37(13) 분	β⁺ (69%)	²⁰³Po	9/2-
²⁰³At	7.37(13) 분	α (31%)	¹⁹⁹Bi	9/2-
²⁰⁴At	9.2(2) 분	β⁺ (96%)	²⁰⁴Po	7+
²⁰⁴At	9.2(2) 분	α (3.8%)	²⁰⁰Bi	7+
^204mAt	108(10) ms	IT	²⁰⁴At	(10-)
²⁰⁵At	26.2(5) 분	β⁺ (90%)	²⁰⁵Po	9/2-
²⁰⁵At	26.2(5) 분	α (10%)	²⁰¹Bi	9/2-
^205mAt	7.76(14) µs			29/2+
²⁰⁶At	30.6(13) 분	β⁺ (99.11%)	²⁰⁶Po	(5)+
²⁰⁶At	30.6(13) 분	α (0.9%)	²⁰²Bi	(5)+
^206mAt	410(80) ns			(10)-
²⁰⁷At	1.80(4) 시간	β⁺ (91%)	²⁰⁷Po	9/2-
²⁰⁷At	1.80(4) 시간	α (8.6%)	²⁰³Bi	9/2-
²⁰⁸At	1.63(3) 시간	β⁺ (99.5%)	²⁰⁸Po	6+
²⁰⁸At	1.63(3) 시간	α (0.55%)	²⁰⁴Bi	6+
²⁰⁹At	5.41(5) 시간	β⁺ (96%)	²⁰⁹Po	9/2-
²⁰⁹At	5.41(5) 시간	α (4.0%)	²⁰⁵Bi	9/2-
²¹⁰At	8.1(4) 시간	β⁺ (99.8%)	²¹⁰Po	(5)+
²¹⁰At	8.1(4) 시간	α (0.18%)	²⁰⁶Bi	(5)+
^210m1At	482(6) µs			(15)-
^210m2At	5.66(7) µs			(19)+
²¹¹At	7.214(7) 시간	ε (58.2%)	²¹¹Po	9/2-
²¹¹At	7.214(7) 시간	α (42%)	²⁰⁷Bi	9/2-
²¹²At	0.314(2) s	α (99.95%)	²⁰⁸Bi	(1-)
		β⁺ (0.05%)	²¹²Po
		β^- (2×10⁻⁶%)	²¹²Rn
^212m1At	0.119(3) s	α (99%)	²⁰⁸Bi	(9-)
^212m1At	0.119(3) s	IT (1%)	²¹²At	(9-)
^212m2At	152(5) µs			(25-)
²¹³At	125(6) ns	α	²⁰⁹Bi	9/2-
²¹⁴At	558(10) ns	α	²¹⁰Bi	1-
^214m1At	265(30) ns
^214m2At	760(15) ns			9-
²¹⁵At	0.10(2) ms	α	²¹¹Bi	9/2-
²¹⁶At	0.30(3) ms	α (99.99%)	²¹²Bi	1-
		β^- (0.006%)	²¹⁶Rn
		ε (3×10⁻⁷%)	²¹⁶Po
^216mAt	100# µs			(9-)
²¹⁷At	32.3(4) ms	α (99.98%)	²¹³Bi	9/2-
²¹⁷At	32.3(4) ms	β^- (0.012%)	²¹⁷Rn	9/2-
²¹⁸At	1.5(3) s	α (99.9%)	²¹⁴Bi	1-#
²¹⁸At	1.5(3) s	β^- (0.10%)	²¹⁸Rn	1-#
²¹⁹At	56(3) s	α (97%)	²¹⁵Bi	5/2-#
²¹⁹At	56(3) s	β^- (3.0%)	²¹⁹Rn	5/2-#
²²⁰At	3.71(4) 분	β^- (92%)	²²⁰Rn	3(-#)
²²⁰At	3.71(4) 분	α (8.0%)	²¹⁶Bi	3(-#)
²²¹At	2.3(2) 분	β^-	²²¹Rn	3/2-#
²²²At	54(10) s	β^-	²²²Rn
²²³At	50(7) s	β^-	²²³Rn	3/2-#

2. 1. 아스타틴-210

아스타틴-210은 아스타틴 동위 원소 중 반감기가 8.1시간으로 가장 길다.^[15]^[16] 99.8%의 확률로 β⁺ 붕괴하여 폴로늄-210이 되며, 0.18%의 확률로 α 붕괴하여 비스무트-206이 된다. 아스타틴-210의 핵 스핀은 (5)+이다.

2. 2. 아스타틴-211

아스타틴-211(²¹¹At)은 반감기가 약 7.2시간인 아스타틴의 동위 원소이다.^[15]^[16] 58.2%는 전자 포획을 통해 ²¹¹Po로 붕괴하고, 41.8%는 알파 붕괴를 통해 ²⁰⁷Bi로 붕괴한다.^[15]^[16]

최근 아스타틴-211을 이용한 표적 알파 치료(Targeted Alpha Therapy, TAT)에 대한 연구가 진행되고 있다.

2. 3. 아스타틴-215, 218, 219

아스타틴-215(²¹⁵At)는 ²³⁵U의 붕괴 사슬에서, 아스타틴-219(²¹⁹At)는 ²³⁵Ac의 붕괴 사슬에서, 아스타틴-218(²¹⁸At)은 ²³⁸U의 붕괴 사슬에서 극미량 발견된다.^[17]^[18] 이들은 아스타틴 동위 원소 중에서 비교적 반감기가 긴 편에 속한다.

아스타틴-218은 1980년대 대한민국에서 핵무기 개발 의혹과 관련하여 주목받은 동위 원소이기도 하다.

2. 4. 기타 동위 원소

아스타틴은 원자번호 85번의 원소로, 다양한 동위 원소들이 존재한다. 아스타틴-191(¹⁹¹At)부터 아스타틴-223(²²³At)까지 여러 동위 원소가 알려져 있으며, 대부분 매우 짧은 반감기를 가진다.^[15]^[16]

아래는 아스타틴 동위 원소의 목록이다.

핵종	반감기	붕괴 방식	붕괴 생성물	핵 스핀
¹⁹¹At	1.7(+11-5) ms			(1/2+)
^191mAt	2.1(+4-3) ms			(7/2-)
¹⁹²At	11.5(0.6) ms			3+#
^192mAt	88(6) ms			(9-,10-)
¹⁹³At	28(+5-4) ms	α	¹⁸⁹Bi	(1/2+)
^193m1At	21(5) ms			(7/2-)
^193m2At	27(+4-5) ms			(13/2+)
¹⁹⁴At	~40 ms	α	¹⁹⁰Bi	3+#
¹⁹⁴At	~40 ms	β⁺ (드묾)	¹⁹⁴Po	3+#
^194mAt	~250 ms	α	¹⁹⁰Bi	10-#
^194mAt	~250 ms	IT (드묾)	¹⁹⁴At	10-#
¹⁹⁵At	328(20) ms	α (75%)	¹⁹¹Bi	(1/2+)
¹⁹⁵At	328(20) ms	β⁺ (25%)	¹⁹⁵Po	(1/2+)
^195mAt	147(5) ms			9/2-#
¹⁹⁶At	253(9) ms	α (96%)	¹⁹²Bi	3+#
¹⁹⁶At	253(9) ms	β⁺ (4.0%)	¹⁹⁶Po	3+#
^196m1At	20# ms			10-#
^196m2At	11 µs			5+#
¹⁹⁷At	0.390(16) s	α (96%)	¹⁹³Bi	(9/2-)
¹⁹⁷At	0.390(16) s	β⁺ (4.0%)	¹⁹⁷Po	(9/2-)
^197mAt	2.0(2) s			(1/2+)
¹⁹⁸At	4.2(3) s	α (94%)	¹⁹⁴Bi	(3+)
¹⁹⁸At	4.2(3) s	β⁺ (6%)	¹⁹⁸Po	(3+)
^198mAt	1.0(2) s			(10-)
¹⁹⁹At	6.92(13) s	α (89%)	¹⁹⁵Bi	(9/2-)
¹⁹⁹At	6.92(13) s	β⁺ (11%)	¹⁹⁹Po	(9/2-)
²⁰⁰At	43.2(9) s	α (57%)	¹⁹⁶Bi	(3+)
²⁰⁰At	43.2(9) s	β⁺ (43%)	²⁰⁰Po	(3+)
^200m1At	47(1) s	α (43%)	¹⁹⁶Bi	(7+)
		IT	²⁰⁰At
		β⁺	²⁰⁰Po
^200m2At	3.5(2) s			(10-)
²⁰¹At	85(3) s	α (71%)	¹⁹⁷Bi	(9/2-)
²⁰¹At	85(3) s	β⁺ (29%)	²⁰¹Po	(9/2-)
²⁰²At	184(1) s	β⁺ (88%)	²⁰²Po	(2,3)+
²⁰²At	184(1) s	α (12%)	¹⁹⁸Bi	(2,3)+
^202m1At	182(2) s			(7+)
^202m2At	460(50) ms			(10-)
²⁰³At	7.37(13) 분	β⁺ (69%)	²⁰³Po	9/2-
²⁰³At	7.37(13) 분	α (31%)	¹⁹⁹Bi	9/2-
²⁰⁴At	9.2(2) 분	β⁺ (96%)	²⁰⁴Po	7+
²⁰⁴At	9.2(2) 분	α (3.8%)	²⁰⁰Bi	7+
^204mAt	108(10) ms	IT	²⁰⁴At	(10-)
²⁰⁵At	26.2(5) 분	β⁺ (90%)	²⁰⁵Po	9/2-
²⁰⁵At	26.2(5) 분	α (10%)	²⁰¹Bi	9/2-
^205mAt	7.76(14) µs			29/2+
²⁰⁶At	30.6(13) 분	β⁺ (99.11%)	²⁰⁶Po	(5)+
²⁰⁶At	30.6(13) 분	α (0.9%)	²⁰²Bi	(5)+
^206mAt	410(80) ns			(10)-
²⁰⁷At	1.80(4) 시간	β⁺ (91%)	²⁰⁷Po	9/2-
²⁰⁷At	1.80(4) 시간	α (8.6%)	²⁰³Bi	9/2-
²⁰⁸At	1.63(3) 시간	β⁺ (99.5%)	²⁰⁸Po	6+
²⁰⁸At	1.63(3) 시간	α (0.55%)	²⁰⁴Bi	6+
²⁰⁹At	5.41(5) 시간	β⁺ (96%)	²⁰⁹Po	9/2-
²⁰⁹At	5.41(5) 시간	α (4.0%)	²⁰⁵Bi	9/2-
²¹⁰At	8.1(4) 시간	β⁺ (99.8%)	²¹⁰Po	(5)+
²¹⁰At	8.1(4) 시간	α (0.18%)	²⁰⁶Bi	(5)+
^210m1At	482(6) µs			(15)-
^210m2At	5.66(7) µs			(19)+
²¹¹At	7.214(7) 시간	ε (58.2%)	²¹¹Po	9/2-
²¹¹At	7.214(7) 시간	α (42%)	²⁰⁷Bi	9/2-
²¹²At	0.314(2) s	α (99.95%)	²⁰⁸Bi	(1-)
		β⁺ (0.05%)	²¹²Po
		β^- (2×10⁻⁶%)	²¹²Rn
^212m1At	0.119(3) s	α (99%)	²⁰⁸Bi	(9-)
^212m1At	0.119(3) s	IT (1%)	²¹²At	(9-)
^212m2At	152(5) µs			(25-)
²¹³At	125(6) ns	α	²⁰⁹Bi	9/2-
²¹⁴At	558(10) ns	α	²¹⁰Bi	1-
^214m1At	265(30) ns
^214m2At	760(15) ns			9-
²¹⁵At	0.10(2) ms	α	²¹¹Bi	9/2-
²¹⁶At	0.30(3) ms	α (99.99%)	²¹²Bi	1-
		β^- (0.006%)	²¹⁶Rn
		ε (3×10⁻⁷%)	²¹⁶Po
^216mAt	100# µs			(9-)
²¹⁷At	32.3(4) ms	α (99.98%)	²¹³Bi	9/2-
²¹⁷At	32.3(4) ms	β^- (0.012%)	²¹⁷Rn	9/2-
²¹⁸At	1.5(3) s	α (99.9%)	²¹⁴Bi	1-#
²¹⁸At	1.5(3) s	β^- (0.10%)	²¹⁸Rn	1-#
²¹⁹At	56(3) s	α (97%)	²¹⁵Bi	5/2-#
²¹⁹At	56(3) s	β^- (3.0%)	²¹⁹Rn	5/2-#
²²⁰At	3.71(4) 분	β^- (92%)	²²⁰Rn	3(-#)
²²⁰At	3.71(4) 분	α (8.0%)	²¹⁶Bi	3(-#)
²²¹At	2.3(2) 분	β^-	²²¹Rn	3/2-#
²²²At	54(10) s	β^-	²²²Rn
²²³At	50(7) s	β^-	²²³Rn	3/2-#

3. 붕괴 특성

아스타틴 동위 원소는 주로 알파 붕괴와 베타 붕괴(양전자 방출, 전자 포획)를 통해 붕괴한다.

아스타틴-213, 214, 214m1, 214m2, 215, 216, 217, 218, 219는 자연 붕괴 사슬에서 미량으로 발견된다.^[17]^[18]

일부 아스타틴 동위 원소는 양전자 방출(β+) 또는 전자 포획(ε)을 통해 폴로늄(Po) 동위 원소로 붕괴하며, 더 무거운 아스타틴 동위 원소는 베타 붕괴(β-)를 통해 라돈(Rn) 동위 원소로 붕괴한다.^[15]^[16]

3. 1. 알파 붕괴

아스타틴의 많은 동위 원소들은 알파 입자(헬륨 원자핵)를 방출하며 붕괴한다. 일반적으로 알파 붕괴 에너지는 동위 원소의 질량수가 커질수록 감소하는 경향을 보인다.^[11] 그러나, 아스타틴-211은 이전 동위 원소보다 상당히 높은 알파 붕괴 에너지를 가지는데, 이는 126개의 중성자를 가지며, 126은 마법수로 채워진 중성자 껍질에 해당하기 때문이다.^[11] 아스타틴-211은 이전 동위 원소(아스타틴-210의 반감기는 8.1시간)와 비슷한 반감기(7.2시간)를 가짐에도, 알파 붕괴 확률은 아스타틴-210(0.18%)보다 훨씬 높은 41.8%이다.^[11] 다음 두 동위 원소(²¹²At, ²¹³At)는 더 많은 알파 붕괴 에너지를 방출하며, 아스타틴-213은 모든 아스타틴 동위 원소 중에서 가장 많은 에너지를 방출하여 가장 짧은 반감기(125ns)를 가진다.^[11]

3. 2. 베타 붕괴

일부 아스타틴 동위 원소는 양전자 방출(β+) 또는 전자 포획(ε)을 통해 폴로늄(Po) 동위 원소로 붕괴한다. 더 무거운 아스타틴 동위 원소는 베타 붕괴(β-)를 통해 라돈(Rn) 동위 원소로 붕괴한다.^[15]^[16]

4. 핵 이성질체

아스타틴은 바닥 상태보다 높은 에너지 준위를 가지는 준안정 상태의 원자핵인 여러 핵 이성질체를 갖는다.^[15]^[16]

참조

_[1] 웹사이트 Decay properties of the new isotopes ¹⁸⁸At and ¹⁹⁰At https://jyx.jyu.fi/b[...] University of Jyväskylä 2023-06-08
_[2] 간행물 Alpha-decay studies of the new isotopes 191At and 193At https://link.springe[...] 2023-06-23
_[3] 간행물 The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties * 2021-03-01
_[4] 웹사이트 Adopted Levels for ²¹²At https://www.nndc.bnl[...] NNDC Chart of Nuclides
_[5] 웹사이트 Adopted Levels for ²¹³At https://www.nndc.bnl[...] NNDC Chart of Nuclides
_[6] 문서 Intermediate decay product of Uranium-235
_[7] 웹사이트 Adopted Levels for ²¹⁶At https://www.nndc.bnl[...] NNDC Chart of Nuclides
_[8] 문서 Intermediate decay product of neptunium-237
_[9] 간행물 Fine structure in the α decay of At218 American Physical Society (APS) 2019-06-14
_[10] 문서 Intermediate decay product of Uranium-238
_[11] 간행물 The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties https://hal.archives[...]
_[12] 서적 Isotope geology Pergamon Press
_[13] 문서
_[14] 저널 The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties http://www.nndc.bnl.[...] 2008-09-23
_[15] URL http://www.nucleonica.net/unc.aspx
_[16] 문서 약자
_[17] 문서 "우라늄-235의 중간 붕괴 생성물"
_[18] 문서 "우라늄-238의 중간 붕괴 생성물"

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아스타틴 동위 원소
동위 원소 정보
mn=209, sym=At	na: 합성 hl: 5.41시간 dm1: β+ 붕괴 perc1: link1: 폴로늄-209 pn1: 209 ps1: Po dm2: α 붕괴 perc2: link2: 비스무트-205 pn2: 205 ps2: Bi
mn=210, sym=At	na: 합성 hl: 8.1시간 dm1: β+ 붕괴 perc1: link1: 폴로늄-210 pn1: 210 ps1: Po dm2: α 붕괴 perc2: link2: 비스무트-206 pn2: 206 ps2: Bi
mn=211, sym=At	na: 합성 hl: 7.21시간 dm1: 전자 포획 perc1: link1: 폴로늄-211 pn1: 211 ps1: Po dm2: α 붕괴 perc2: link2: 비스무트-207 pn2: 207 ps2: Bi
추가 정보
각주	footnote:

질량수	질량 과잉	딸핵의 질량 과잉	평균 알파 붕괴 에너지	반감기	알파 붕괴 확률	알파 붕괴 반감기
207
208
209
210
211
212
213
214
219
220
221						∞

핵종	들뜬 에너지 (keV)	반감기	핵 스핀	붕괴 방식	붕괴 생성물
^191mAt	50(30)	2.1(+4-3) ms	(7/2-)	α	¹⁸⁷Bi
^192mAt	0(40)	88(6) ms	(9-,10-)	α	^188mBi
^193m1At	50	21(5) ms	(7/2-)	α	^189m1Bi
^193m2At	39	27(+4-5) ms	(13/2+)	IT (76%), α (24%)	¹⁹³At, ^189m2Bi
^194mAt	480(190)	~250 ms	10-#	α	¹⁹⁰Bi
^195mAt	34(7)	147(5) ms	9/2-#	α (88%), IT (12%)	¹⁹¹Bi, ¹⁹⁵At
^196m1At	-30(80)	20# ms	10-#	α	^192mBi
^196m2At	157.9(1)	11 µs	5+#	IT	¹⁹⁶At
^197m1At	45(8)	2.0(2) s	(1/2+)	α	^193m1Bi
^197m2At	310.7(2)	1.3(0.2) µs	(13/2+)	IT	¹⁹⁷At
^198mAt	330(90)#	1.0(2) s	(10-)
^200m1At	112.7(30)	47(1) s	(7+)	α (43%), IT, β⁺	¹⁹⁶Bi, ²⁰⁰At, ²⁰⁰Po
^200m2At	344(3)	3.5(2) s	(10-)
^202m1At	190(40)	182(2) s	(7+)
^202m2At	580(40)	460(50) ms	(10-)
^204mAt	587.30(20)	108(10) ms	(10-)	IT	²⁰⁴At
^205mAt	2339.65(23)	7.76(14) µs	29/2+
^206mAt	807(3)	410(80) ns	(10)-
^210m1At	2549.6(2)	482(6) µs	(15)-
^210m2At	4027.7(2)	5.66(7) µs	(19)+
^212m1At	223(7)	0.119(3) s	(9-)	α (99%), IT (1%)	²⁰⁸Bi, ²¹²At
^212m2At	4771.6(11)	152(5) µs	(25-)	IT	²¹²At
^214m1At	59(9)	265(30) ns		α	²¹⁰Bi
^214m2At	232(5)	760(15) ns	9-	α	²¹⁰Bi
^216mAt	413(5)	100# µs	(9-)	α	²¹²Bi