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아스타틴 동위 원소

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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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아스타틴 동위 원소
동위 원소 정보
mn=209, sym=Atna: 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=Atna: 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=Atna: 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
각주footnote:

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.

핵종반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
191At1.7(+11-5) ms(1/2+)
191mAt2.1(+4-3) ms(7/2-)
192At11.5(0.6) ms3+#
192mAt88(6) ms(9-,10-)
193At28(+5-4) msα189Bi(1/2+)
193m1At21(5) ms(7/2-)
193m2At27(+4-5) ms(13/2+)
194At~40 msα190Bi3+#
β+ (드묾)194Po
194mAt~250 msα190Bi10-#
IT (드묾)194At
195At328(20) msα (75%)191Bi(1/2+)
β+ (25%)195Po
195mAt147(5) ms9/2-#
196At253(9) msα (96%)192Bi3+#
β+ (4.0%)196Po
196m1At20# ms10-#
196m2At11 µs5+#
197At0.390(16) sα (96%)193Bi(9/2-)
β+ (4.0%)197Po
197mAt2.0(2) s(1/2+)
198At4.2(3) sα (94%)194Bi(3+)
β+ (6%)198Po
198mAt1.0(2) s(10-)
199At6.92(13) sα (89%)195Bi(9/2-)
β+ (11%)199Po
200At43.2(9) sα (57%)196Bi(3+)
β+ (43%)200Po
200m1At47(1) sα (43%)196Bi(7+)
IT200At
β+200Po
200m2At3.5(2) s(10-)
201At85(3) sα (71%)197Bi(9/2-)
β+ (29%)201Po
202At184(1) sβ+ (88%)202Po(2,3)+
α (12%)198Bi
202m1At182(2) s(7+)
202m2At460(50) ms(10-)
203At7.37(13) 분β+ (69%)203Po9/2-
α (31%)199Bi
204At9.2(2) 분β+ (96%)204Po7+
α (3.8%)200Bi
204mAt108(10) msIT204At(10-)
205At26.2(5) 분β+ (90%)205Po9/2-
α (10%)201Bi
205mAt7.76(14) µs29/2+
206At30.6(13) 분β+ (99.11%)206Po(5)+
α (0.9%)202Bi
206mAt410(80) ns(10)-
207At1.80(4) 시간β+ (91%)207Po9/2-
α (8.6%)203Bi
208At1.63(3) 시간β+ (99.5%)208Po6+
α (0.55%)204Bi
209At5.41(5) 시간β+ (96%)209Po9/2-
α (4.0%)205Bi
210At8.1(4) 시간β+ (99.8%)210Po(5)+
α (0.18%)206Bi
210m1At482(6) µs(15)-
210m2At5.66(7) µs(19)+
211At7.214(7) 시간ε (58.2%)211Po9/2-
α (42%)207Bi
212At0.314(2) sα (99.95%)208Bi(1-)
β+ (0.05%)212Po
β- (2×10−6%)212Rn
212m1At0.119(3) sα (99%)208Bi(9-)
IT (1%)212At
212m2At152(5) µs(25-)
213At125(6) nsα209Bi9/2-
214At558(10) nsα210Bi1-
214m1At265(30) ns
214m2At760(15) ns9-
215At0.10(2) msα211Bi9/2-
216At0.30(3) msα (99.99%)212Bi1-
β- (0.006%)216Rn
ε (3×10−7%)216Po
216mAt100# µs(9-)
217At32.3(4) msα (99.98%)213Bi9/2-
β- (0.012%)217Rn
218At1.5(3) sα (99.9%)214Bi1-#
β- (0.10%)218Rn
219At56(3) sα (97%)215Bi5/2-#
β- (3.0%)219Rn
220At3.71(4) 분β- (92%)220Rn3(-#)
α (8.0%)216Bi
221At2.3(2) 분β-221Rn3/2-#
222At54(10) sβ-222Rn
223At50(7) sβ-223Rn3/2-#


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.

핵종반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
191At1.7(+11-5) ms(1/2+)
191mAt2.1(+4-3) ms(7/2-)
192At11.5(0.6) ms3+#
192mAt88(6) ms(9-,10-)
193At28(+5-4) msα189Bi(1/2+)
193m1At21(5) ms(7/2-)
193m2At27(+4-5) ms(13/2+)
194At~40 msα190Bi3+#
β+ (드묾)194Po
194mAt~250 msα190Bi10-#
IT (드묾)194At
195At328(20) msα (75%)191Bi(1/2+)
β+ (25%)195Po
195mAt147(5) ms9/2-#
196At253(9) msα (96%)192Bi3+#
β+ (4.0%)196Po
196m1At20# ms10-#
196m2At11 µs5+#
197At0.390(16) sα (96%)193Bi(9/2-)
β+ (4.0%)197Po
197mAt2.0(2) s(1/2+)
198At4.2(3) sα (94%)194Bi(3+)
β+ (6%)198Po
198mAt1.0(2) s(10-)
199At6.92(13) sα (89%)195Bi(9/2-)
β+ (11%)199Po
200At43.2(9) sα (57%)196Bi(3+)
β+ (43%)200Po
200m1At47(1) sα (43%)196Bi(7+)
IT200At
β+200Po
200m2At3.5(2) s(10-)
201At85(3) sα (71%)197Bi(9/2-)
β+ (29%)201Po
202At184(1) sβ+ (88%)202Po(2,3)+
α (12%)198Bi
202m1At182(2) s(7+)
202m2At460(50) ms(10-)
203At7.37(13) 분β+ (69%)203Po9/2-
α (31%)199Bi
204At9.2(2) 분β+ (96%)204Po7+
α (3.8%)200Bi
204mAt108(10) msIT204At(10-)
205At26.2(5) 분β+ (90%)205Po9/2-
α (10%)201Bi
205mAt7.76(14) µs29/2+
206At30.6(13) 분β+ (99.11%)206Po(5)+
α (0.9%)202Bi
206mAt410(80) ns(10)-
207At1.80(4) 시간β+ (91%)207Po9/2-
α (8.6%)203Bi
208At1.63(3) 시간β+ (99.5%)208Po6+
α (0.55%)204Bi
209At5.41(5) 시간β+ (96%)209Po9/2-
α (4.0%)205Bi
210At8.1(4) 시간β+ (99.8%)210Po(5)+
α (0.18%)206Bi
210m1At482(6) µs(15)-
210m2At5.66(7) µs(19)+
211At7.214(7) 시간ε (58.2%)211Po9/2-
α (42%)207Bi
212At0.314(2) sα (99.95%)208Bi(1-)
β+ (0.05%)212Po
β- (2×10−6%)212Rn
212m1At0.119(3) sα (99%)208Bi(9-)
IT (1%)212At
212m2At152(5) µs(25-)
213At125(6) nsα209Bi9/2-
214At558(10) nsα210Bi1-
214m1At265(30) ns
214m2At760(15) ns9-
215At0.10(2) msα211Bi9/2-
216At0.30(3) msα (99.99%)212Bi1-
β- (0.006%)216Rn
ε (3×10−7%)216Po
216mAt100# µs(9-)
217At32.3(4) msα (99.98%)213Bi9/2-
β- (0.012%)217Rn
218At1.5(3) sα (99.9%)214Bi1-#
β- (0.10%)218Rn
219At56(3) sα (97%)215Bi5/2-#
β- (3.0%)219Rn
220At3.71(4) 분β- (92%)220Rn3(-#)
α (8.0%)216Bi
221At2.3(2) 분β-221Rn3/2-#
222At54(10) sβ-222Rn
223At50(7) sβ-223Rn3/2-#


3. 붕괴 특성

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

핵종 기호Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[15][16]붕괴 생성물핵 스핀
191At851061.7(+11-5) ms(1/2+)
191mAtcolspan="3" |2.1(+4-3) ms(7/2-)
193At85108192.99984(6)28(+5-4) msα189Bi(1/2+)
193m1At50 keV21(5) ms(7/2-)
193m2At39 keV27(+4-5) ms(13/2+)
194At85109193.99873(20)~40 msα190Bi3+#
β+ (드묾)194Po
194mAt480(190) keV~250 msα190Bi10-#
IT (드묾)194At
195At85110194.996268(10)328(20) msα (75%)191Bi(1/2+)
β+ (25%)195Po
195mAt34(7) keV147(5) ms9/2-#
196At85111195.99579(6)253(9) msα (96%)192Bi3+#
β+ (4.0%)196Po
196m1At-30(80) keV20# ms10-#
196m2At157.9(1) keV11 µs5+#
197At85112196.99319(5)0.390(16) sα (96%)193Bi(9/2-)
β+ (4.0%)197Po
197mAt52(10) keV2.0(2) s(1/2+)
198At85113197.99284(5)4.2(3) sα (94%)194Bi(3+)
β+ (6%)198Po
198mAt330(90)# keV1.0(2) s(10-)
199At85114198.99053(5)6.92(13) sα (89%)195Bi(9/2-)
β+ (11%)199Po
200At85115199.990351(26)43.2(9) sα (57%)196Bi(3+)
β+ (43%)200Po
200m1At112.7(30) keV47(1) sα (43%)196Bi(7+)
IT200At
β+200Po
200m2At344(3) keV3.5(2) s(10-)
201At85116200.988417(9)85(3) sα (71%)197Bi(9/2-)
β+ (29%)201Po
202At85117201.98863(3)184(1) sβ+ (88%)202Po(2,3)+
α (12%)198Bi
202m1At190(40) keV182(2) s(7+)
202m2At580(40) keV460(50) ms(10-)
203At85118202.986942(13)7.37(13) 분β+ (69%)203Po9/2-
α (31%)199Bi
204At85119203.987251(26)9.2(2) 분β+ (96%)204Po7+
α (3.8%)200Bi
204mAt587.30(20) keV108(10) msIT204At(10-)
205At85120204.986074(16)26.2(5) 분β+ (90%)205Po9/2-
α (10%)201Bi
205mAt2339.65(23) keV7.76(14) µs29/2+
206At85121205.986667(22)30.6(13) 분β+ (99.11%)206Po(5)+
α (0.9%)202Bi
206mAt807(3) keV410(80) ns(10)-
207At85122206.985784(23)1.80(4) 시β+ (91%)207Po9/2-
α (8.6%)203Bi
208At85123207.986590(28)1.63(3) 시β+ (99.5%)208Po6+
α (0.55%)204Bi
209At85124208.986173(8)5.41(5) 시β+ (96%)209Po9/2-
α (4.0%)205Bi
210At85125209.987148(8)8.1(4) 시β+ (99.8%)210Po(5)+
α (0.18%)206Bi
210m1At2549.6(2) keV482(6) µs(15)-
210m2At4027.7(2) keV5.66(7) µs(19)+
211At85126210.9874963(30)7.214(7) 시ε (58.2%)211Po9/2-
α (42%)207Bi
212At85127211.990745(8)0.314(2) sα (99.95%)208Bi(1-)
β+ (0.05%)212Po
β- (2×10−6%)212Rn
212m1At223(7) keV0.119(3) sα (99%)208Bi(9-)
IT (1%)212At
212m2At4771.6(11) keV152(5) µs(25-)
213At85128212.992937(5)125(6) nsα'209Bi'9/2-
214At85129213.996372(5)558(10) nsα210Bi1-
214m1At59(9) keV265(30) ns
214m2At231(6) keV760(15) ns9-
215At85130214.998653(7)0.10(2) msα211Bi9/2-미량[17]
216At85131216.002423(4)0.30(3) msα (99.99%)212Bi1-
β- (0.006%)216Rn
ε (3×10−7%)216Po
216mAt413(5) keV100# µs(9-)
217At85132217.004719(5)32.3(4) msα (99.98%)213Bi9/2-
β- (0.012%)217Rn
218At85133218.008694(12)1.5(3) sα (99.9%)214Bi1-#
β- (0.10%)218Rn
219At85134219.011162(4)56(3) sα (97%)215Bi5/2-#
β- (3.0%)219Rn
220At85135220.01541(6)3.71(4) 분β- (92%)220Rn3(-#)
α (8.0%)216Bi
221At85136221.01805(21)#2.3(2) 분β-221Rn3/2-#
222At85137222.02233(32)#54(10) sβ-222Rn
223At85138223.02519(43)#50(7) sβ-223Rn3/2-#



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]

아스타틴 동위 원소의 알파 붕괴 특성[11]
질량수질량 과잉딸핵의 질량 과잉평균 알파 붕괴 에너지반감기알파 붕괴 확률알파 붕괴 반감기
207
208
209
210
211
212
213
214
219
220
221


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]

핵종들뜬 에너지 (keV)반감기핵 스핀붕괴 방식붕괴 생성물
191mAt50(30)2.1(+4-3) ms(7/2-)α187Bi
192mAt0(40)88(6) ms(9-,10-)α188mBi
193m1At5021(5) ms(7/2-)α189m1Bi
193m2At3927(+4-5) ms(13/2+)IT (76%), α (24%)193At, 189m2Bi
194mAt480(190)~250 ms10-#α190Bi
195mAt34(7)147(5) ms9/2-#α (88%), IT (12%)191Bi, 195At
196m1At-30(80)20# ms10-#α192mBi
196m2At157.9(1)11 µs5+#IT196At
197m1At45(8)2.0(2) s(1/2+)α193m1Bi
197m2At310.7(2)1.3(0.2) µs(13/2+)IT197At
198mAt330(90)#1.0(2) s(10-)
200m1At112.7(30)47(1) s(7+)α (43%), IT, β+196Bi, 200At, 200Po
200m2At344(3)3.5(2) s(10-)
202m1At190(40)182(2) s(7+)
202m2At580(40)460(50) ms(10-)
204mAt587.30(20)108(10) ms(10-)IT204At
205mAt2339.65(23)7.76(14) µs29/2+
206mAt807(3)410(80) ns(10)-
210m1At2549.6(2)482(6) µs(15)-
210m2At4027.7(2)5.66(7) µs(19)+
212m1At223(7)0.119(3) s(9-)α (99%), IT (1%)208Bi, 212At
212m2At4771.6(11)152(5) µs(25-)IT212At
214m1At59(9)265(30) nsα210Bi
214m2At232(5)760(15) ns9-α210Bi
216mAt413(5)100# µs(9-)α212Bi


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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