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칼륨 동위 원소

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목차

1. 개요

칼륨 동위 원소는 원자 번호 19번인 칼륨의 다양한 동위 원소들을 설명한다. 칼륨은 세 가지 동위 원소, 즉 안정적인 39K와 41K, 그리고 방사성 40K로 존재한다. 40K는 12억 4800만 년의 반감기를 가지며, 베타 붕괴를 통해 40Ca 또는 전자 포획을 통해 40Ar으로 붕괴한다. 이 외에도 31K부터 59K에 이르는 다양한 방사성 동위 원소들이 존재하며, 40K는 칼륨-아르곤 연대 측정에 활용된다.

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2. 칼륨 동위원소

칼륨은 원자번호 19번 원소로, 여러 종류의 동위 원소를 가지고 있다. 이 중 39K와 41K는 안정 동위 원소이고, 40K는 방사성 동위 원소이다. 40K는 칼륨-아르곤 연대 측정에 사용된다.[13]

칼륨 동위 원소의 자세한 정보는 아래 표와 같다.

칼륨 동위 원소
핵종Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)
32K191332.02192(54)#?p31Ar1+#
32mK191332.02192(54)#?4+#
33K191433.00726(21)#<25 nsp32Ar(3/2+)#
34K191533.99841(32)#<25 nsp33Ar1+#
35K191634.988010(21)178(8) msβ+ (99.63%)35Ar3/2+rowspan=2|
β+, p (.37%)34Cl
36K191735.981292(8)342(2) msβ+ (99.94%)36Ar2+rowspan=3|
β+, p (.048%)35Cl
β+, α (.012%)32S
37K191836.97337589(10)1.226(7) sβ+37Ar3/2+
38K191937.9690812(5)7.636(18) minβ+38Ar3+
38m1K191937.9690812(5)924.2(3) ms0+
38m2K191937.9690812(5)21.98(11) µs(7+),(5+)
39K192038.96370668(20)안정3/2+0.932581(44)
40K[15][16]192139.96399848(21)1.248(3)×109 yearβ- (89.28%)40Ca4-1.17(1)×10−4
ε (10.72%)40Ar
β+ (0.001%)[17]
40mK192139.96399848(21)336(12) ns0+
41K192240.96182576(21)안정3/2+0.067302(44)
42K192341.96240281(24)12.360(12) hβ-42Ca2-
43K192442.960716(10)22.3(1) hβ-43Ca3/2+
44K192543.96156(4)22.13(19) minβ-44Ca2-
45K192644.960699(11)17.3(6) minβ-45Ca3/2+
46K192745.961977(17)105(10) sβ-'46Ca'2(-)
47K192846.961678(9)17.50(24) sβ-47Ca1/2+
48K192947.965514(26)6.8(2) sβ- (98.86%)'48Ca'(2-)rowspan=2|
β-, n (1.14%)47Ca
49K193048.96745(8)1.26(5) sβ-, n (86%)'48Ca'(3/2+)rowspan=2|
β- (14%)49Ca
50K193149.97278(30)472(4) msβ- (71%)50Ca(0-,1,2-)rowspan=2|
β-, n (29%)49Ca
51K193250.97638(54)#365(5) msβ- (53%)51Ca3/2+#rowspan=2|
β-, n (47%)50Ca
52K193351.98261(75)#105(5) msβ-, n (64%)51Ca(2-)#rowspan=3|
β-, 2n (21%)50Ca
β- (15%)52Ca
53K193452.98712(75)#30(5) msβ-, n (67%)52Ca(3/2+)#rowspan=3|
β-, 2n (17%)51Ca
β- (16%)53Ca
54K193553.99420(97)#10(5) msβ- (>99.9%)54Ca2-#rowspan=2|
β-, n (<.1%)53Ca
55K193654.99971(107)#3# msβ-55Ca3/2+#rowspan=2|
β-, n54Ca


2. 1. 안정 동위원소

칼륨의 안정 동위 원소는 2가지로, 39K와 41K이다. 39K는 칼륨 동위 원소 중 가장 풍부하며, 자연에 존재하는 칼륨의 93.2581%를 차지한다. 41K는 나머지 6.7302%를 차지한다.[1]

핵종양성자 수중성자 수원자 질량 (u)핵 스핀자연 존재비
39K192038.96370668(20)3/2+0.932581(44)
41K192240.96182576(21)3/2+0.067302(44)


2. 2. 방사성 동위원소

칼륨의 방사성 동위원소 중 가장 잘 알려진 것은 40K이다. 40K는 자연에 존재하는 칼륨 중 0.0117%를 차지하며, 12억 4800만 년의 매우 긴 반감기를 가진다. 40K는 β- 붕괴하여 40Ca이 되거나, 전자 포획 또는 β+ 붕괴하여 40Ar이 된다.[1] 이러한 특성 때문에 40K는 칼륨-아르곤 연대 측정에 사용된다.40K 외에도 32K부터 55K까지 다양한 방사성 동위원소가 존재하지만, 대부분 반감기가 매우 짧다.

칼륨의 방사성 동위원소
핵종반감기핵 스핀자연 존재비여기 에너지
32K?1+#
32mK?4+#950(100)# keV
33K<25 ns(3/2+)#
34K<40 ns1+#
35K178(8) ms3/2+
36K342(2) ms2+
37K1.226(7) s3/2+
38K7.636(18) min3+
38m1K924.2(3) ms0+130.50(28) keV
38m2K21.98(11) µs(7+),(5+)3458.0(2) keV
40K1.28(3)×109 년4-0.000117(1)
40mK336(12) ns0+1643.639(11) keV
42K12.360(12) h2-
43K22.3(1) h3/2+
44K22.13(19) min2-
45K17.3(6) min3/2+
46K105(10) s2(-)
47K17.50(24) s1/2+
48K6.8(2) s(2-)
49K1.26(5) s(3/2+)
50K472(4) ms(0-,1,2-)
51K365(5) ms3/2+#
52K105(5) ms(2-)#
53K30(5) ms(3/2+)#
54K10(5) ms2-#
55K3# ms3/2+#


2. 2. 1. 칼륨-아르곤 연대 측정

칼륨-아르곤 연대 측정은 칼륨의 동위 원소인 40K를 이용해 암석의 절대 연령을 측정하는 방사선 연대 측정법의 일종이다.

3. 칼륨 동위원소 목록

칼륨은 원자 번호 19번 원소로, 26가지의 동위 원소가 알려져 있다. 이 중 39K (93.3%)와 41K (6.7%)는 안정 동위 원소이며, 40K (0.0117%)는 반감기가 1.248(3)×109년으로 매우 긴 방사성 동위 원소이다. 40K는 89.28%의 확률로 β- 붕괴하여 40Ca이 되거나, 10.72%의 확률로 전자 포획하여 40Ar이 된다. 또한 0.001%의 확률로 β+ 붕괴하여 40Ar이 된다.[17]

칼륨 동위 원소들의 자세한 목록은 하위 섹션의 표와 같다.

3. 1. 칼륨 동위원소 표

기호Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[13]붕괴 생성물[14]핵 스핀전형적 동위 원소 구성비
(몰 분율)32K191332.02192(54)#unknownp31Ar1+#32mK950(100)# keVunknown4+#33K191433.00726(21)#<25 nsp32Ar(3/2+)#34K191533.99841(32)#<25 nsp33Ar1+#35K191634.988010(21)178(8) msβ+ (99.63%)35Ar3/2+β+, p (.37%)34Cl36K191735.981292(8)342(2) msβ+ (99.94%)36Ar2+β+, p (.048%)35Clβ+, α (.012%)32S37K191836.97337589(10)1.226(7) sβ+37Ar3/2+38K191937.9690812(5)7.636(18) minβ+38Ar3+38m1K130.50(28) keV924.2(3) ms0+38m2K3458.0(2) keV21.98(11) µs(7+),(5+)39K192038.96370668(20)안정3/2+0.932581(44)40K[15][16]192139.96399848(21)1.248(3)×109 yearβ- (89.28%)40Ca4-1.17(1)×10−4ε (10.72%)40Arβ+ (0.001%)[17]40mK1643.639(11) keV336(12) ns0+41K192240.96182576(21)안정3/2+0.067302(44)42K192341.96240281(24)12.360(12) hβ-42Ca2-43K192442.960716(10)22.3(1) hβ-43Ca3/2+44K192543.96156(4)22.13(19) minβ-44Ca2-45K192644.960699(11)17.3(6) minβ-45Ca3/2+46K192745.961977(17)105(10) sβ-46Ca2(-)47K192846.961678(9)17.50(24) sβ-47Ca1/2+48K192947.965514(26)6.8(2) sβ- (98.86%)48Ca(2-)β-, n (1.14%)47Ca49K193048.96745(8)1.26(5) sβ- (86%)48Ca(3/2+)β- (14%)49Ca50K193149.97278(30)472(4) msβ- (71%)50Ca(0-,1,2-)β-, n (29%)49Ca51K193250.97638(54)#365(5) msβ- (53%)51Ca3/2+#β-, n (47%)50Ca52K193351.98261(75)#105(5) msβ-, n (64%)51Ca(2-)#β- (21%)50Caβ- (15%)52Ca53K193452.98712(75)#30(5) msβ-, n (67%)52Ca(3/2+)#β- (17%)51Caβ- (16%)53Ca54K193553.99420(97)#10(5) msβ- (>99.9%)54Ca2-#β-, n (<.1%)53Ca55K193654.99971(107)#3# msβ-55Ca3/2+#β-, n54Ca


참조

[1] 논문 Neutron Drip Line in the Ca Region from Bayesian Model Averaging 2019-02-14
[2] 웹사이트 Radioactive Human Body http://www.fas.harva[...] 2011-05-18
[3] 논문 A peculiar atom shakes up assumptions of nuclear structure 2019-09-06
[4] 논문 Towards the Limits of Existence of Nuclear Structure: Observation and First Spectroscopy of the Isotope 31K by Measuring Its Three-Proton Decay 2019
[5] 웹사이트 Soil potassium isotope composition during four million years of ecosystem development in Hawai'i https://par.nsf.gov/[...] 2022-06
[6] 논문 Evolution of shell gaps in the neutron-poor calcium region from invariant-mass spectroscopy of 37,38Sc, 35Ca, and 34K 2024-09-12
[7] 문서 Used in potassium-argon dating
[8] 문서 Primordial radionuclide
[9] 논문 Positron Emission in the Decay of K40 1962
[10] 문서 Decay product of 42Ar
[11] 문서 Discovery of this isotope is unconfirmed.
[12] 저널 https://www.ncbi.nlm[...]
[13] URL http://www.nucleonica.net/unc.aspx
[14] 문서 굵은 글꼴은 안정 동위 원소, 굵은 기울임꼴은 감기가 우주의 나이보다 긴 동위 원소(거의 안정적)
[15] 문서 칼륨-아르곤 연대 측정 에 사용된다.
[16] 문서 원시 핵종|원시 방사성 핵종
[17] 저널 Positron Emission in the Decay of K40 http://link.aps.org/[...] 1962


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