하프늄 동위 원소

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1. 개요
2. 하프늄 동위 원소
3. 하프늄 동위 원소 표
- 3.1. 표준 표
참조

1. 개요

하프늄은 원자 번호 72번의 화학 원소로, 6개의 자연 동위 원소를 가지고 있다. 이 중 ¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁷Hf, ¹⁷⁸Hf, ¹⁷⁹Hf, ¹⁸⁰Hf는 안정 동위 원소이며, ¹⁷⁴Hf는 매우 긴 반감기를 갖는 방사성 동위 원소이다. 하프늄의 방사성 동위 원소와 핵 이성질체에 대한 정보는 표로 정리되어 있다.

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하프늄 동위 원소
하프늄 동위 원소 개요
기타 정보

2. 하프늄 동위 원소

하프늄(Hf)은 자연에서 6개의 동위 원소로 존재한다. 이 중 5개는 안정적이며, ¹⁷⁴Hf는 매우 긴 반감기를 가진 방사성 동위 원소이다.

하프늄 동위 원소
핵종	양성자 수	중성자 수	반감기	붕괴 방식	딸핵종	핵 스핀	자연 존재비
¹⁵³Hf	72	81	400 ms			1/2+#
¹⁵⁴Hf	72	82	2 s	β⁺, α	¹⁵⁴Lu, ¹⁵⁰Yb	0+
¹⁵⁵Hf	72	83	890 ms	β⁺, α	¹⁵⁵Lu, ¹⁵¹Yb	7/2-#
¹⁵⁶Hf	72	84	23 ms	α, β⁺	¹⁵²Yb, ¹⁵⁶Lu	0+
¹⁵⁷Hf	72	85	115 ms	α, β⁺	¹⁵³Yb, ¹⁵⁷Lu	7/2-
¹⁵⁸Hf	72	86	2.84 s	β⁺, α	¹⁵⁸Lu, ¹⁵⁴Yb	0+
¹⁵⁹Hf	72	87	5.20 s	β⁺, α	¹⁵⁹Lu, ¹⁵⁵Yb	7/2-#
¹⁶⁰Hf	72	88	13.6 s	β⁺, α	¹⁶⁰Lu, ¹⁵⁶Yb	0+
¹⁶¹Hf	72	89	18.2 s	β⁺, α	¹⁶¹Lu, ¹⁵⁷Yb	3/2-#
¹⁶²Hf	72	90	39.4 s	β⁺, α	¹⁶²Lu, ¹⁵⁸Yb	0+
¹⁶³Hf	72	91	40.0 s	β⁺	¹⁶³Lu	3/2-#
¹⁶⁴Hf	72	92	111 s	β⁺	¹⁶⁴Lu	0+
¹⁶⁵Hf	72	93	76 s	β⁺	¹⁶⁵Lu	(5/2-)
¹⁶⁶Hf	72	94	6.77 분	β⁺	¹⁶⁶Lu	0+
¹⁶⁷Hf	72	95	2.05 분	β⁺	¹⁶⁷Lu	(5/2)-
¹⁶⁸Hf	72	96	25.95 분	β⁺	¹⁶⁸Lu	0+
¹⁶⁹Hf	72	97	3.24 분	β⁺	¹⁶⁹Lu	(5/2)-
¹⁷⁰Hf	72	98	16.01 시간	EC	¹⁷⁰Lu	0+
¹⁷¹Hf	72	99	12.1 시간	β⁺	¹⁷¹Lu	7/2(+)
¹⁷²Hf	72	100	1.87 년	EC	¹⁷²Lu	0+
¹⁷³Hf	72	101	23.6 시간	β⁺	¹⁷³Lu	1/2-
¹⁷⁴Hf	72	102	2.0×10¹⁵ 년	α	¹⁷⁰Yb	0+	0.0016
¹⁷⁵Hf	72	103	70 일	β⁺	¹⁷⁵Lu	5/2-
¹⁷⁶Hf	72	104	관측적 안정		0+	0.0526
¹⁷⁷Hf	72	105	관측적 안정		7/2-	0.1860
¹⁷⁸Hf	72	106	관측적 안정		0+	0.2728
¹⁷⁹Hf	72	107	관측적 안정		9/2+	0.1362
¹⁸⁰Hf	72	108	관측적 안정		0+	0.3508
¹⁸¹Hf	72	109	42.39 일	β⁻	¹⁸¹Ta	1/2-
¹⁸²Hf	72	110	8.90×10⁶ 년	β⁻	¹⁸²Ta	0+
¹⁸³Hf	72	111	1.067 시간	β⁻	¹⁸³Ta	(3/2-)
¹⁸⁴Hf	72	112	4.12 시간	β⁻	¹⁸⁴Ta	0+
¹⁸⁵Hf	72	113	3.5 분	β⁻	¹⁸⁵Ta	3/2-#
¹⁸⁶Hf	72	114	2.6 분	β⁻	¹⁸⁶Ta	0+

2. 1. 안정 동위 원소

하프늄(Hafnium^영어)의 안정 동위 원소는 5가지(¹⁷⁶Hf, ¹⁷⁷Hf, ¹⁷⁸Hf, ¹⁷⁹Hf, ¹⁸⁰Hf)이며, 자연에서 각각 5.26%, 18.60%, 27.28%, 13.62%, 35.08%를 차지한다.

2. 2. 방사성 동위 원소

하프늄-174(¹⁷⁴Hf)는 반감기가 2E으로, 알파 붕괴를 통해 이터븀-170(¹⁷⁰Yb)으로 붕괴하는 방사성 동위 원소이다.^[3]^[1]^[4] 하프늄-182(¹⁸²Hf)는 8900000y의 반감기를 가지며, 베타 붕괴를 통해 탄탈럼-182(¹⁸²Ta)로 붕괴한다.

이 외에도 다양한 반감기와 붕괴 방식을 가진 여러 하프늄 동위 원소가 존재한다. 다음은 그 예시이다.

하프늄의 방사성 동위 원소
핵종	반감기	붕괴 방식	딸핵종
¹⁵³Hf	400 ms
¹⁵⁴Hf	2 s	β⁺, α	¹⁵⁴Lu, ¹⁵⁰Yb
¹⁵⁵Hf	890 ms	β⁺, α	¹⁵⁵Lu, ¹⁵¹Yb
¹⁵⁶Hf	23 ms	α, β⁺	¹⁵²Yb, ¹⁵⁶Lu
¹⁵⁷Hf	115 ms	α, β⁺	¹⁵³Yb, ¹⁵⁷Lu
¹⁵⁸Hf	2.84 s	β⁺, α	¹⁵⁸Lu, ¹⁵⁴Yb
¹⁵⁹Hf	5.20 s	β⁺, α	¹⁵⁹Lu, ¹⁵⁵Yb
¹⁶⁰Hf	13.6 s	β⁺, α	¹⁶⁰Lu, ¹⁵⁶Yb
¹⁶¹Hf	18.2 s	β⁺, α	¹⁶¹Lu, ¹⁵⁷Yb
¹⁶²Hf	39.4 s	β⁺, α	¹⁶²Lu, ¹⁵⁸Yb
¹⁶³Hf	40.0 s	β⁺, α	¹⁶³Lu, ¹⁵⁹Yb
¹⁶⁴Hf	111 s	β⁺	¹⁶⁴Lu
¹⁶⁵Hf	76 s	β⁺	¹⁶⁵Lu
¹⁶⁶Hf	6.77 분	β⁺	¹⁶⁶Lu
¹⁶⁷Hf	2.05 분	β⁺	¹⁶⁷Lu
¹⁶⁸Hf	25.95 분	β⁺	¹⁶⁸Lu
¹⁶⁹Hf	3.24 분	β⁺	¹⁶⁹Lu
¹⁷⁰Hf	16.01 시간	EC	¹⁷⁰Lu
¹⁷¹Hf	12.1 시간	β⁺	¹⁷¹Lu
¹⁷²Hf	1.87 년	EC	¹⁷²Lu
¹⁷³Hf	23.6 시간	β⁺	¹⁷³Lu
¹⁷⁵Hf	70 일	β⁺	¹⁷⁵Lu
¹⁸¹Hf	42.39 일	β⁻	¹⁸¹Ta
¹⁸²Hf	8900000y	β⁻	¹⁸²Ta
¹⁸³Hf	1.067 시간	β⁻	¹⁸³Ta
¹⁸⁴Hf	4.12 시간	β⁻	¹⁸⁴Ta
¹⁸⁵Hf	3.5 분	β⁻	¹⁸⁵Ta
¹⁸⁶Hf	2.6 분	β⁻	¹⁸⁶Ta

2. 3. 핵 이성질체

하프늄은 여러 핵 이성질체를 갖는다. ^178m2Hf는 31년의 긴 반감기를 가지는 핵 이성질체로, 하프늄 동위 원소 중에서는 ¹⁷⁴Hf 다음으로 긴 반감기를 갖는다. 이 동위 원소는 2.446 MeV의 높은 여기 에너지를 방출하는데, 이는 모든 알려진 핵 이성질체 중에서 가장 높은 축에 속한다.^[1] 1 그램의 순수한 ^178m2Hf는 약 1.33 기가줄(GJ)의 에너지를 포함하며, 이는 약 315 kg의 TNT 폭발력과 맞먹는다. ^178m2Hf에서 방출되는 에너지는 대부분 감마선의 형태로 방출되지만, 일부는 X선으로 방출되기도 한다.

이러한 특징 때문에 ^178m2Hf는 고에너지 밀도 물질(HEDM)의 일종으로, 에너지 저장 장치 등에 활용될 가능성이 연구되기도 한다. 그러나 아직까지 실용적인 응용 사례는 보고되지 않았다.

3. 하프늄 동위 원소 표

수Z
(양성자)N
(중성자)동위 원소 질량 (u)반감기^[12]붕괴
방식^[13]붕괴 생성
동위 원소^[14]핵
스핀자연계에 존재하는
동위 원소
범위
(몰 분율)자연계에 존재하는
최대 범위
(몰 분율)들뜬 에너지¹⁵³Hf7281152.97069(54)#400# ms [>200 ns]1/2+#^153mHf750(100)# keV500# ms11/2-#¹⁵⁴Hf7282153.96486(54)#2(1) sβ⁺¹⁵⁴Lu0+rowspan=2|rowspan=2|α (드묾)¹⁵⁰Yb¹⁵⁵Hf7283154.96339(43)#890(120) msβ⁺¹⁵⁵Lu7/2-#rowspan=2|rowspan=2|α (드묾)¹⁵¹Yb¹⁵⁶Hf7284155.95936(22)23(1) msα (97%)¹⁵²Yb0+rowspan=2|rowspan=2|β⁺ (3%)¹⁵⁶Lu^156mHf1959.0(10) keV480(40) µs8+¹⁵⁷Hf7285156.95840(21)#115(1) msα (86%)¹⁵³Yb7/2-rowspan=2|rowspan=2|β⁺ (14%)¹⁵⁷Lu¹⁵⁸Hf7286157.954799(19)2.84(7) sβ⁺ (55%)¹⁵⁸Lu0+rowspan=2|rowspan=2|α (45%)¹⁵⁴Yb¹⁵⁹Hf7287158.953995(18)5.20(10) sβ⁺ (59%)¹⁵⁹Lu7/2-#rowspan=2|rowspan=2|α (41%)¹⁵⁵Yb¹⁶⁰Hf7288159.950684(12)13.6(2) sβ⁺ (99.3%)¹⁶⁰Lu0+rowspan=2|rowspan=2|α (0.7%)¹⁵⁶Yb¹⁶¹Hf7289160.950275(24)18.2(5) sβ⁺ (99.7%)¹⁶¹Lu3/2-#rowspan=2|rowspan=2|α (0.3%)¹⁵⁷Yb¹⁶²Hf7290161.94721(1)39.4(9) sβ⁺ (99.99%)¹⁶²Lu0+rowspan=2|rowspan=2|α (0.008%)¹⁵⁸Yb¹⁶³Hf7291162.94709(3)40.0(6) sβ⁺¹⁶³Lu3/2-#rowspan=2|rowspan=2|α (10⁻⁴%)¹⁵⁹Yb¹⁶⁴Hf7292163.944367(22)111(8) sβ⁺¹⁶⁴Lu0+¹⁶⁵Hf7293164.94457(3)76(4) sβ⁺¹⁶⁵Lu(5/2-)¹⁶⁶Hf7294165.94218(3)6.77(30) 분β⁺¹⁶⁶Lu0+¹⁶⁷Hf7295166.94260(3)2.05(5) 분β⁺¹⁶⁷Lu(5/2)-¹⁶⁸Hf7296167.94057(3)25.95(20) 분β⁺¹⁶⁸Lu0+¹⁶⁹Hf7297168.94126(3)3.24(4) 분β⁺¹⁶⁹Lu(5/2)-¹⁷⁰Hf7298169.93961(3)16.01(13) 시간ε¹⁷⁰Lu0+¹⁷¹Hf7299170.94049(3)12.1(4) 시간β⁺¹⁷¹Lu7/2(+)^171mHf21.93(9) keV29.5(9) sIT¹⁷¹Hf1/2(-)¹⁷²Hf72100171.939448(26)1.87(3) 년ε¹⁷²Lu0+^172mHf2005.58(11) keV163(3) ns(8-)¹⁷³Hf72101172.94051(3)23.6(1) 시간β⁺¹⁷³Lu1/2-¹⁷⁴Hf^[15]72102173.940046(3)2.0(4)×10¹⁵ 년α¹⁷⁰Yb0+0.0016(1)0.001619-0.001621^174m1Hf1549.3 keV138(4) ns(6+)^174m2Hf1797.5(20) keV2.39(4) µs(8-)^174m3Hf1797.5 keV2.39(4) µs(8-)^174m4Hf3311.7 keV3.7(2) µs(14+)¹⁷⁵Hf72103174.941509(3)70(2) 일β⁺¹⁷⁵Lu5/2-¹⁷⁶Hf^[16]72104175.9414086(24)관측적 안정^[17]0+0.0526(7)0.05206-0.05271¹⁷⁷Hf72105176.9432207(23)관측적 안정^[18]7/2-0.1860(9)0.18593-0.18606^177m1Hf1315.4504(8) keV1.09(5) s23/2+^177m2Hf1342.38(20) keV55.9(12) µs(19/2-)^177m3Hf2740.02(15) keV51.4(5) 분37/2-¹⁷⁸Hf72106177.9436988(23)관측적 안정^[19]0+0.2728(7)0.27278-0.27297^178m1Hf1147.423(5) keV4.0(2) s8-^178m2Hf2445.69(11) keV31(1) yr16+^178m3Hf2573.5(5) keV68(2) µs(14-)¹⁷⁹Hf72107178.9458161(23)관측적 안정^[20]9/2+0.1362(2)0.13619-0.1363^179m1Hf375.0367(25) keV18.67(4) s1/2-^179m2Hf1105.84(19) keV25.05(25) 일25/2-¹⁸⁰Hf72108179.9465500(23)관측적 안정^[21]0+0.3508(16)0.35076-0.351^180m1Hf1141.48(4) keV5.47(4) 시간8-^180m2Hf1374.15(4) keV0.57(2) µs(4-)^180m3Hf2425.8(10) keV15(5) µs(10+)^180m4Hf2486.3(9) keV10(1) µs12+^180m5Hf2538.3(12) keV>10 µs(14+)^180m6Hf3599.3(18) keV90(10) µs(18-)¹⁸¹Hf72109180.9491012(23)42.39(6) 일β^-¹⁸¹Ta1/2-^181m1Hf595(3) keV80(5) µs(9/2+)^181m2Hf1040(10) keV~100 µs(17/2+)^181m3Hf1738(10) keV1.5(5) ms(27/2-)¹⁸²Hf^[22]72110181.950554(7)8.90(9)×10⁶ 년β^-¹⁸²Ta0+^182mHfcolspan="3" | 1172.88(18) keV61.5(15) 분β^- (58%)¹⁸²Ta8-rowspan=2|rowspan=2|IT (42%)¹⁸²Hf¹⁸³Hf72111182.95353(3)1.067(17) 시간β^-¹⁸³Ta(3/2-)¹⁸⁴Hf72112183.95545(4)4.12(5) 시간β^-¹⁸⁴Ta0+^184mHf1272.4(4) keV48(10) sβ^-¹⁸⁴Ta8-¹⁸⁵Hf72113184.95882(21)#3.5(6) 분β^-¹⁸⁵Ta3/2-#¹⁸⁶Hf72114185.96089(32)#2.6(12) 분β^-¹⁸⁶Ta0+¹⁸⁷Hf72115186.96459(43)#30# s [>300 ns]¹⁸⁸Hf72116187.96685(54)#20# s [>300 ns]0+