탈륨 동위 원소
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1. 개요
탈륨 동위 원소는 원자 번호 81번인 탈륨의 다양한 동위 원소들을 설명한다. 탈륨에는 두 가지 안정 동위 원소(203Tl, 205Tl)가 존재하며, 176부터 212까지의 질량수를 갖는 다수의 방사성 동위 원소가 있다. 특히 201Tl은 반감기가 약 73시간으로, 핵의학 영상 검사, 특히 심근경색 진단에 사용되는 방사성의약품으로 활용된다. 201Tl은 사이클로트론에서 203Tl에 양성자를 충돌시켜 생성되는 201Pb의 붕괴를 통해 얻을 수 있다.
탈륨 동위 원소는 일반적으로 핵 스핀이 낮고, 대부분 짧은 반감기를 가진다.
2. 특성
핵종 Z(p) N(n) 동위 원소 질량 (u) 반감기 핵 스핀 붕괴 방식[27][28] 붕괴 생성물[29] 들뜬 에너지 176Tl 81 95 176.00059(21)# 5.2(+30-14) ms (3-,4-,5-) 177Tl 81 96 176.996427(27) 18(5) ms (1/2+) p 176Hg α (드묾) 173Au 177mTl colspan="3" | rowspan=2| 807(18) keV 230(40) µs (11/2-) p 176Hg α 173Au 178Tl 81 97 177.99490(12)# 255(10) ms α 174Au p (드묾) 177Hg 179Tl 81 98 178.99109(5) 270(30) ms (1/2+) α 175Au p (드묾) 178Hg 179mTl colspan="3" | rowspan=2| 860(30)# keV 1.60(16) ms (9/2-) α 175Au IT (드묾) 179Tl 180Tl 81 99 179.98991(13)# 1.5(2) s α (75%) 176Au β+ (25%) 180Hg SF (10−4%) 100Ru, 80Kr[30] 181Tl 81 100 180.986257(10) 3.2(3) s 1/2+# α 177Au β+ 181Hg 181mTl colspan="3" | rowspan=2| 857(29) keV 1.7(4) ms 9/2-# α 177Au β+ 181Hg 182Tl 81 101 181.98567(8) 2.0(3) s 2-# β+ (96%) 182Hg α (4%) 178Au 182m1Tl colspan="3" | rowspan=2| 100(100)# keV 2.9(5) s (7+) α 178Au β+ (드묾) 182Hg 182m2Tl 600(140)# keV 10- 183Tl 81 102 182.982193(10) 6.9(7) s 1/2+# β+ (98%) 183Hg α (2%) 179Au 183m1Tl colspan="3" | rowspan=2| 630(17) keV 53.3(3) ms 9/2-# IT (99.99%) 183Tl α (0.01%) 179Au 183m2Tl 976.8(3) keV 1.48(10) µs (13/2+) 184Tl 81 103 183.98187(5) 9.7(6) s 2-# β+ 184Hg 184m1Tl colspan="3" | rowspan=2| 100(100)# keV 10# s 7+# β+ (97.9%) 184Hg α (2.1%) 180Au 184m2Tl 500(140)# keV >20 ns (10-) 185Tl 81 104 184.97879(6) 19.5(5) s 1/2+# α 181Au β+ 185Hg 185mTl colspan="3" | rowspan=3| 452.8(20) keV 1.93(8) s 9/2-# IT (99.99%) 185Tl α (0.01%) 181Au β+ 185Hg 186Tl 81 105 185.97833(20) 40# s (2-) β+ 186Hg α (0.006%) 182Au 186m1Tl 320(180) keV 27.5(10) s (7+) β+ 186Hg 186m2Tl 690(180) keV 2.9(2) s (10-) 187Tl 81 106 186.975906(9) ~51 s (1/2+) β+ 187Hg α (드묾) 183Au 187mTl colspan="3" | rowspan=3| 335(3) keV 15.60(12) s (9/2-) α 183Au IT 187Tl β+ 187Hg 188Tl 81 107 187.97601(4) 71(2) s (2-) β+ 188Hg 188m1Tl 40(30) keV 71(1) s (7+) β+ 188Hg 188m2Tl 310(30) keV 41(4) ms (9-) 189Tl 81 108 188.973588(12) 2.3(2) 분 (1/2+) β+ 189Hg 189mTl colspan="3" | rowspan=2| 257.6(13) keV 1.4(1) 분 (9/2-) β+ (96%) 189Hg IT (4%) 189Tl 190Tl 81 109 189.97388(5) 2.6(3) 분 2(-) β+ 190Hg 190m1Tl 130(90)# keV 3.7(3) 분 7(+#) β+ 190Hg 190m2Tl 290(70)# keV 750(40) µs (8-) 190m3Tl 410(70)# keV >1 µs 9- 191Tl 81 110 190.971786(8) 20# 분 (1/2+) β+ 191Hg 191mTl 297(7) keV 5.22(16) 분 9/2(-) β+ 191Hg 192Tl 81 111 191.97223(3) 9.6(4) 분 (2-) β+ 192Hg 192m1Tl 160(50) keV 10.8(2) 분 (7+) β+ 192Hg 192m2Tl 407(54) keV 296(5) ns (8-) 193Tl 81 112 192.97067(12) 21.6(8) 분 1/2(+#) β+ 193Hg 193mTl colspan="3" | rowspan=2| 369(4) keV 2.11(15) 분 9/2- IT (75%) 193Tl β+ (25%) 193Hg 194Tl 81 113 193.97120(15) 33.0(5) 분 2- β+ 194Hg α (10−7%) 190Au 194mTl 300(200)# keV 32.8(2) 분 (7+) β+ 194Hg 195Tl 81 114 194.969774(15) 1.16(5) 시간 1/2+ β+ 195Hg 195mTl 482.63(17) keV 3.6(4) 초 9/2- IT 195Tl 196Tl 81 115 195.970481(13) 1.84(3) 시간 2- β+ 196Hg 196mTl colspan="3" | rowspan=2| 394.2(5) keV 1.41(2) 시간 (7+) β+ (95.5%) 196Hg IT (4.5%) 196Tl 197Tl 81 116 196.969575(18) 2.84(4) 시간 1/2+ β+ 197Hg 197mTl 608.22(8) keV 540(10) ms 9/2- IT 197Tl 198Tl 81 117 197.97048(9) 5.3(5) 시간 2- β+ 198Hg 198m1Tl colspan="3" | rowspan=2| 543.5(4) keV 1.87(3) 시간 7+ β+ (54%) 198Hg IT (46%) 198Tl 198m2Tl 687.2(5) keV 150(40) ns (5+) 198m3Tl 742.3(4) keV 32.1(10) ms (10-)# 199Tl 81 118 198.96988(3) 7.42(8) 시간 1/2+ β+ 199Hg 199mTl 749.7(3) keV 28.4(2) ms 9/2- IT 199Tl 200Tl 81 119 199.970963(6) 26.1(1) 시간 2- β+ 200Hg 200m1Tl 753.6(2) keV 34.3(10) ms 7+ IT 200Tl 200m2Tl 762.0(2) keV 0.33(5) µs 5+ 201Tl 81 120 200.970819(16) 72.912(17) 시간 1/2+ ε 201Hg 201mTl 919.50(9) keV 2.035(7) ms (9/2-) IT 201Tl 202Tl 81 121 201.972106(16) 12.23(2) 일 2- β+ 202Hg 202mTl 950.19(10) keV 572(7) µs 7+ 203Tl 81 122 202.9723442(14) 관측상 안정[32] 1/2+ 203mTl 3400(300) keV 7.7(5) µs (25/2+) 204Tl 81 123 203.9738635(13) 3.78(2) 년 2- β- (97.1%) 204Pb ε (2.9%) 204Hg 204m1Tl 1104.0(4) keV 63(2) µs (7)+ 204m2Tl 2500(500) keV 2.6(2) µs (12-) 204m3Tl 3500(500) keV 1.6(2) µs (20+) 205Tl 81 124 204.9744275(14) 관측상 안정[34] 1/2+ 205m1Tl 3290.63(17) keV 2.6(2) µs 25/2+ 205m2Tl 4835.6(15) keV 235(10) ns (35/2-) 206Tl 81 125 205.9761103(15) 4.200(17) 분 0- β- 206Pb 206mTl 2643.11(19) keV 3.74(3) 분 (12-) IT 206Tl 207Tl 81 126 206.977419(6) 4.77(2) 분 1/2+ β- 207Pb 207mTl colspan="3" | rowspan=2| 1348.1(3) keV 1.33(11) 초 11/2- IT (99.9%) 207Tl β- (0.1%) 207Pb 208Tl 81 127 207.9820187(21) 3.053(4) 분 5(+) β- 208Pb 209Tl 81 128 208.985359(8) 2.161(7) 분 (1/2+) β- 209Pb 210Tl 81 129 209.990074(12) 1.30(3) 분 (5+)# β- (99.991%) 210Pb β-, n (0.009%) 209Pb 211Tl 81 130 210.99348(22)# 1# 분
[>300 ns]1/2+# 212Tl 81 131 211.99823(32)# 30# 초
[>300 ns]5+# 2. 1. 방사성 동위 원소
탈륨은 원자 번호 81번의 화학 원소로, 다양한 방사성 동위 원소를 가지고 있다. 이 동위 원소들은 질량수 176부터 212 사이에 존재하며, 각각 다른 반감기와 붕괴 방식을 가진다.
핵종 | 반감기 | 붕괴 방식 | 붕괴 생성물 | 핵 스핀 |
---|---|---|---|---|
176Tl | 5.2(+30-14) ms | (3-,4-,5-) | ||
177Tl | 18(5) ms | p | 176Hg | (1/2+) |
α (드묾) | 173Au | |||
177mTl | 230(40) µs | p | 176Hg | (11/2-) |
α | 173Au | |||
178Tl | 255(10) ms | α | 174Au | rowspan=2| |
p (드묾) | 177Hg | |||
179Tl | 270(30) ms | α | 175Au | (1/2+) |
p (드묾) | 178Hg | |||
179mTl | 1.60(16) ms | α | 175Au | (9/2-) |
IT (드묾) | 179Tl | |||
180Tl | 1.5(2) s | α (75%) | 176Au | rowspan=3| |
β+ (25%) | 180Hg | |||
SF (10−4%) | 100Ru, 80Kr | |||
181Tl | 3.2(3) s | α | 177Au | 1/2+# |
β+ | 181Hg | |||
181mTl | 1.7(4) ms | α | 177Au | 9/2-# |
β+ | 181Hg | |||
182Tl | 2.0(3) s | β+ (96%) | 182Hg | 2-# |
α (4%) | 178Au | |||
182m1Tl | 2.9(5) s | α | 178Au | (7+) |
β+ (드묾) | 182Hg | |||
182m2Tl | 10- | |||
183Tl | 6.9(7) s | β+ (98%) | 183Hg | 1/2+# |
α (2%) | 179Au | |||
183m1Tl | 53.3(3) ms | IT (99.99%) | 183Tl | 9/2-# |
α (0.01%) | 179Au | |||
183m2Tl | 1.48(10) µs | (13/2+) | ||
184Tl | 9.7(6) s | β+ | 184Hg | 2-# |
184m1Tl | 10# s | β+ (97.9%) | 184Hg | 7+# |
α (2.1%) | 180Au | |||
184m2Tl | >20 ns | (10-) | ||
185Tl | 19.5(5) s | α | 181Au | 1/2+# |
β+ | 185Hg | |||
185mTl | 1.93(8) s | IT (99.99%) | 185Tl | 9/2-# |
α (0.01%) | 181Au | |||
β+ | 185Hg | |||
186Tl | 40# s | β+ | 186Hg | (2-) |
α (0.006%) | 182Au | |||
186m1Tl | 27.5(10) s | β+ | 186Hg | (7+) |
186m2Tl | 2.9(2) s | (10-) | ||
187Tl | ~51 s | β+ | 187Hg | (1/2+) |
α (드묾) | 183Au | |||
187mTl | 15.60(12) s | α | 183Au | (9/2-) |
IT | 187Tl | |||
β+ | 187Hg | |||
188Tl | 71(2) s | β+ | 188Hg | (2-) |
188m1Tl | 71(1) s | β+ | 188Hg | (7+) |
188m2Tl | 41(4) ms | (9-) | ||
189Tl | 2.3(2) 분 | β+ | 189Hg | (1/2+) |
189mTl | 1.4(1) 분 | β+ (96%) | 189Hg | (9/2-) |
IT (4%) | 189Tl | |||
190Tl | 2.6(3) 분 | β+ | 190Hg | 2(-) |
190m1Tl | 3.7(3) 분 | β+ | 190Hg | 7(+#) |
190m2Tl | 750(40) µs | (8-) | ||
190m3Tl | >1 µs | 9- | ||
191Tl | 20# 분 | β+ | 191Hg | (1/2+) |
191mTl | 5.22(16) 분 | β+ | 191Hg | 9/2(-) |
192Tl | 9.6(4) 분 | β+ | 192Hg | (2-) |
192m1Tl | 10.8(2) 분 | β+ | 192Hg | (7+) |
192m2Tl | 296(5) ns | (8-) | ||
193Tl | 21.6(8) 분 | β+ | 193Hg | 1/2(+#) |
193mTl | 2.11(15) 분 | IT (75%) | 193Tl | 9/2- |
β+ (25%) | 193Hg | |||
194Tl | 33.0(5) 분 | β+ | 194Hg | 2- |
α (10−7%) | 190Au | |||
194mTl | 32.8(2) 분 | β+ | 194Hg | (7+) |
195Tl | 1.16(5) 시간 | β+ | 195Hg | 1/2+ |
195mTl | 3.6(4) 초 | IT | 195Tl | 9/2- |
196Tl | 1.84(3) 시간 | β+ | 196Hg | 2- |
196mTl | 1.41(2) 시간 | β+ (95.5%) | 196Hg | (7+) |
IT (4.5%) | 196Tl | |||
197Tl | 2.84(4) 시간 | β+ | 197Hg | 1/2+ |
197mTl | 540(10) ms | IT | 197Tl | 9/2- |
198Tl | 5.3(5) 시간 | β+ | 198Hg | 2- |
198m1Tl | 1.87(3) 시간 | β+ (54%) | 198Hg | 7+ |
IT (46%) | 198Tl | |||
198m2Tl | 150(40) ns | (5+) | ||
198m3Tl | 32.1(10) ms | (10-)# | ||
199Tl | 7.42(8) 시간 | β+ | 199Hg | 1/2+ |
199mTl | 28.4(2) ms | IT | 199Tl | 9/2- |
200Tl | 26.1(1) 시간 | β+ | 200Hg | 2- |
200m1Tl | 34.3(10) ms | IT | 200Tl | 7+ |
200m2Tl | 0.33(5) µs | 5+ | ||
201Tl[31] | 72.912(17) 시간 | ε | 201Hg | 1/2+ |
201mTl | 2.035(7) ms | IT | 201Tl | (9/2-) |
202Tl | 12.23(2) 일 | β+ | 202Hg | 2- |
202mTl | 572(7) µs | 7+ | ||
203Tl | 관측상 안정[32] | 1/2+ | ||
203mTl | 7.7(5) µs | (25/2+) | ||
204Tl | 3.78(2) 년 | β- (97.1%) | 204Pb | 2- |
ε (2.9%) | 204Hg | |||
204m1Tl | 63(2) µs | (7)+ | ||
204m2Tl | 2.6(2) µs | (12-) | ||
204m3Tl | 1.6(2) µs | (20+) | ||
205Tl[33] | 관측상 안정[34] | 1/2+ | ||
205m1Tl | 2.6(2) µs | 25/2+ | ||
205m2Tl | 235(10) ns | (35/2-) | ||
206Tl | 4.200(17) 분 | β- | 206Pb | 0- |
206mTl | 3.74(3) 분 | IT | 206Tl | (12-) |
207Tl | 4.77(2) 분 | β- | 207Pb | 1/2+ |
207mTl | 1.33(11) 초 | IT (99.9%) | 207Tl | 11/2- |
β- (0.1%) | 207Pb | |||
208Tl | 3.053(4) 분 | β- | 208Pb | 5(+) |
209Tl | 2.161(7) 분 | β- | 209Pb | (1/2+) |
210Tl | 1.30(3) 분 | β- (99.991%) | 210Pb | (5+)# |
β-, n (0.009%) | 209Pb | |||
211Tl | 1# 분 [>300 ns] | 1/2+# | ||
212Tl | 30# 초 [>300 ns] | 5+# |
- 붕괴 방식:
- α (알파 붕괴): 알파 입자(헬륨 원자핵)를 방출하며, 원자 번호가 2, 질량수가 4 감소한다.
- β+ (베타 붕괴): 양전자를 방출하며, 원자 번호가 1 감소한다.
- p (양성자 방출): 양성자를 방출하며, 원자 번호와 질량수가 1 감소한다.
- IT (이성질핵 전이): 들뜬 상태의 원자핵이 에너지를 방출하며 안정된 상태로 전이한다.
- ε (전자 포획): 원자핵이 궤도 전자를 포획하여 양성자가 중성자로 변환되며, 원자 번호가 1 감소한다.
- SF (자발 핵분열): 원자핵이 자발적으로 두 개 이상의 작은 핵으로 분열한다.
- 주요 방사성 동위 원소:
- 201Tl: 반감기는 약 73시간이며, 전자 포획을 통해 안정한 201Hg으로 붕괴한다. 주로 심장 근육의 혈류를 평가하는 데 사용되는 방사성 의약품으로 활용된다.[31]
- 그 외의 동위원소들은 원본 자료에 있는 내용 외에는 추가 정보가 존재하지 않으므로, 추가 정보를 작성하지 않는다.
이 표는 각 동위 원소의 핵적 특성을 요약하여 보여준다.
3. 응용
탈륨 동위 원소는 핵의학 분야에서 널리 활용된다. 특히 201Tl은 심장 스트레스 검사에 사용되는 방사성의약품으로 잘 알려져 있다.[24]
3. 1. 핵의학
201Tl은 반감기가 73시간인 인공 방사성 동위 원소이다. 전자 포획으로 붕괴하며 X선(~70–80 keV)과 135 및 167 keV의 광자를 총 10% 발생 빈도로 방출한다.[21] 201Tl은 원자로에서 안정적인 탈륨을 중성자 활성화하거나 사이클로트론에서 203Tl(p, 3n)201Pb 핵반응으로 합성할 수 있다. 201Pb는 자연적으로 201Tl로 붕괴한다.[23]201Tl은 환자에게 과도한 방사선량을 주지 않으면서도 뛰어난 영상 특성을 갖는 방사성의약품으로, 탈륨 핵 심장 스트레스 검사에 가장 많이 사용되는 동위 원소이다.[24]참조
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[12]
논문
The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties *
2021-03-01
[13]
문서
Main isotope used in scintigraphy
[14]
문서
Believed to undergo α decay to 199Au
[15]
문서
Final decay product of 4n+1 decay chain (the Neptunium series)
[16]
문서
Believed to undergo α decay to 201Au
[17]
문서
Intermediate decay product of Uranium-238
[18]
문서
Intermediate decay product of Uranium-235
[19]
문서
Intermediate decay product of Thorium-232
[20]
문서
Intermediate decay product of neptunium-237
[21]
인용
The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties
https://hal.archives[...]
[22]
웹사이트
Manual for reactor produced radioisotopes
http://www-pub.iaea.[...]
International Atomic Energy Agency
2010-05-13
[23]
서적
Cyclotron Produced Radionuclides: Principles and Practice
https://www-pub.iaea[...]
International Atomic Energy Agency
2022-07-01
[24]
서적
Cardiac SPECT imaging
Lippincott Williams & Wilkins
2016-09-26
[25]
웹사이트
Thallium Research
http://www.eh.doe.go[...]
Department of Energy
[26]
간행물
Manual for reactor produced radioisotopes
http://www-pub.iaea.[...]
International Atomic Energy Agency
[27]
URL
http://www.nucleonica.net/unc.aspx
http://www.nucleonic[...]
[28]
문서
약자: ε: 전자 포획 IT: 이성질핵 전이
[29]
문서
굵은 글꼴은 안정 동위 원소
[30]
URL
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=mercury-serves-up-a-nuclear-su
http://www.scientifi[...]
[31]
문서
신티그래피에 사용되는 주요 동위 원소이다.
[32]
문서
알파 붕괴를 통해 199Au로 붕괴할 것으로 추정된다.
[33]
문서
붕괴 계열 중 넵투늄 계열의 최종 붕괴 생성물이다.
[34]
문서
알파 붕괴를 통해 201Au로 붕괴할 것으로 추정된다.
[35]
문서
우라늄-238의 중간 붕괴 생성물이다.
[36]
문서
우라늄-235의 중간 붕괴 생성물
[37]
문서
토륨-232의 중간 붕괴 생성물
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