핵종
Nuclide| 핵물리학 |
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| 핵·핵자(p, n)·핵물질·핵력·핵구조·핵반응 |
핵종(또는 핵종의 핵체)은 양성자의 수, Z, 중성자의 수, N, 그리고 핵 에너지 상태에 [1]의해 특징지어지는 원자의 한 종류이다.
핵종이라는 단어는 1947년 [2][3]트루먼 코먼에 의해 만들어졌다.코먼은 핵종을 특정 수의 중성자와 양성자를 포함하는 "핵의 구성에 의해 특징지어지는 원자의 종"으로 정의했다.따라서 이 용어는 원래 핵에 초점을 맞췄다.
핵종 대 동위원소
핵종은 원자핵에 특정한 수의 양성자와 중성자를 가진 원자의 종이다. 예를 들어 6개의 양성자와 7개의 중성자를 가진 탄소-13이다.핵종 개념(개별 핵종을 지칭)은 화학적 특성보다 핵 특성을 강조하고, 동위원소 개념(각 원소의 모든 원자를 그룹화)은 핵보다 화학을 강조한다.중성자 수는 핵 특성에 큰 영향을 미치지만 화학 반응에 미치는 영향은 대부분의 원소에서 무시할 수 있다.원자 번호에 대한 중성자 수의 비율이 동위원소 간에 가장 많이 달라지는 가장 가벼운 원소의 경우에도 보통 작은 영향만 미치지만 상황에 따라서는 문제가 된다.가장 가벼운 원소인 수소의 경우, 동위원소 효과는 생물학적 시스템에 강하게 영향을 미칠 만큼 충분히 크다.헬륨의 경우 He4는 보스-아인슈타인 통계를 따르고 He3는 페르미-디락 통계를 따릅니다.동위원소는 오래된 용어이기 때문에 핵종보다 더 잘 알려져 있으며, 여전히 핵종 기술이나 핵의학과 같이 핵종이 더 적합할 수 있는 상황에서 종종 사용된다.
핵종의 종류
핵종과 동위원소라는 단어는 종종 서로 바꿔서 사용되지만, 동위원소가 되는 것은 사실 핵종 사이의 하나의 관계일 뿐이다.다음 표에 기타 관계를 나타냅니다.
| 지정 | 특성. | 예 | 언급 |
|---|---|---|---|
| 동위원소 | 같은 양성자 수(Z1 = Z2) | 12 6C , 13 6C , 14 6C | |
| 아이소톤 | 같은 중성자 수 (N1 = N2) | 13 6C , 14 7N , 15 8O | |
| 이소바르 | 등질량수(Z1 + N1 = Z2 + N2) | 17 7N , 17 8O , 17 9F | 베타 붕괴를 보다 |
| 이소디아퍼스 | 등가 중성자 초과(N1 - Z1 = N2 - Z2) | 13 6C , 15 7N , 17 8O | 예를 들어 중성자 초과 1을 가진 이소디아퍼가 있다. |
| 거울핵 | 교환된 중성자와 양성자 수 (Z1 = N2 및 Z2 = N1) | 3 1H , 3 2He | |
| 핵이성체 | 같은 양성자 수와 질량 수, 다른 에너지 상태를 가지고 있습니다. | 99 43Tc , 99m 43Tc | m=감시 가능(장수명 들뜸 상태) |
동일한 양성자 번호(원자 번호)를 가진 일련의 핵종을 원소 동위원소라고 한다.특정 핵종은 여전히 느슨하게 "이소토프"라고 불리지만, 일반적으로 "핵종"이라는 용어는 올바른 것이다(즉, Z가 고정되지 않은 경우).이와 유사하게, 같은 질량수 A, 그러나 다른 원자번호를 가진 핵종 세트를 이소바르라고 부르고, 아이소톤은 같은 중성자 수이지만 다른 양성자 수를 가진 핵종이다.마찬가지로 중성자 과잉(N - Z)이 같은 핵종을 이소디아퍼라고 [4]한다.아이소톤이라는 이름은 첫 번째 핵종 그룹에서는 일정한 중성자 수(n)인 반면 두 번째 그룹에서는 양성자 수(p)[5]인 것을 강조하기 위해 동위원소라는 이름에서 유래했다.
다양한 핵종 또는 동위원소 유형에 사용되는 표기법에 대한 설명은 동위원소#주기를 참조한다.
핵 이성질체는 양성자 수와 질량 수는 같지만(따라서 정의상 동일 동위원소이지만) 들뜸 상태는 다르다.예를 들어 붕괴 체계에서 나타난 단일 동위원소
Tc의 두 가지 상태를 들 수 있다.이 두 상태(테크네튬-99m 및 테크네튬-99)는 각각 다른 핵종으로 인정되며, 이는 핵종이 동위원소와 다를 수 있는 한 가지 방법을 보여준다(동위원소는 서로 다른 들뜸 상태의 여러 다른 핵종으로 구성될 수 있음).
최장수 비지상핵 이성질체는 핵종 탄탈-180m(180m
73Ta)로
반감기가 1000조년을 넘는다.이 핵종은 태생적으로 발생하며 지반 상태로 붕괴하는 것이 관찰된 적이 없다.(반감기 8시간으로 Hf(86%) 또는 W(14%)까지 붕괴되기 때문에 원초적으로는 지반상태의 핵종 탄탈-180이 발생하지 않는다.)
자연에는 지금까지 한번도 붕괴가 관찰되지 않은 252개의 핵종이 있다.그것들은 하나 이상의 안정적인 동위원소를 가진 80개의 다른 원소들 사이에서 발생한다.안정된 핵종과 원시 핵종을 참조한다.불안정한 핵종은 방사성핵종이며 방사성핵종이라고 불린다.그들의 붕괴 생성물('딸' 생성물)은 방사성 핵종이라고 불린다.252개의 안정된 핵종과 약 87개의 불안정한 핵종이 지구에 자연적으로 존재하며,[6] 총 339개의 자연 발생 핵종이 지구에 존재한다.
자연발생 방사성핵종의 발생원
자연방사성핵종은 3가지 [7]유형으로 세분할 수 있다.첫째, 반감기1/2 t가 지구 연령의 2% 이상(실용적으로는 지구 연령의 10% 미만으로는 검출하기 어렵다)(4.6×10년9)이다.이것들은 태양계가 형성되기 전에 별에서 일어난 핵합성의 잔해입니다.예를 들어 우라늄의 동위원소
U(t1/2 = 4.5×10년9)는 자연에서 여전히 상당히 풍부하지만 수명이 짧은 동위원소
U(t1/2 = 0.7×10년9)는 138배 더 드물다.이들 핵종 중 약 34개가 발견되었다(자세한 내용은 핵종 및 원시 핵종 목록 참조).
자연적으로 존재하는 두 번째 방사성핵종 그룹은 방사성 붕괴에 의해 형성된 라듐의 동위원소인 Ra(t1/2 = 1602년)와 같은
방사성핵종으로 구성된다.그것들은 우라늄이나 토륨의 원시 동위원소의 붕괴 사슬에서 발생한다.이 핵종들 중 일부는 프랑슘 동위원소와 같이 수명이 매우 짧습니다.원시핵종에 비해 반감기가 너무 짧은 딸핵종이 약 51개 존재하며, 자연계에는 단지 오래 산 방사성 원시핵종에 의한 붕괴로 인해 존재한다.
세 번째 그룹은 단순한 자발적 방사능 붕괴가 아닌(즉, 들어오는 입자가 없는 원자 1개만 포함) 다른 방식으로 지속적으로 만들어지는 핵종들로 구성된다.이것들은 원자가 자연 중성자와 반응하거나 (우주선, 자발적 핵분열 또는 다른 원천으로부터) 우주선의 직접적인 충격을 받을 때 발생한다.후자는 원시적인 것이 아니라면 우주 발생 핵종이라고 불린다.다른 형태의 자연핵반응은 핵종이라고 불리는 핵종을 생성한다.
핵반응에 의해 만들어지는 핵종의 예로는 다른 원소의 우주선 충격에 의해 만들어지는 우주 생성
C(방사성 탄소)와 우라늄 광석의 자연 핵분열로 인해 자연
U의 중성자 충격에 의해 여전히 생성되고 있는 핵 생성
Pu가 있다.우주 생성 핵종은 안정적이거나 방사능일 수 있다.만약 그들이 안정적이라면, 모든 알려진 안정된 핵종이 원시적으로 지구에 존재하기 때문에, 그들의 존재는 안정된 핵종의 배경에서 추론되어야 한다.
인공 핵종
자연발생 핵종 339개를 넘어 다양한 반감기의 방사성핵종이 3000개 이상 인공적으로 생성되고 특성화됐다.
알려진 핵종은 핵종 표에 나와 있다.원시 핵종의 목록은 원소별로 분류되어 동위원소의 안정성에 따른 원소 목록으로 제시된다.핵종 목록은 반감기가 1시간 이상인 905개 핵종에 대해 반감기별로 분류된다.
핵종별 번호 요약표
이것은 핵종 목록에 주어진 반감기가 1시간 이상인 905개 핵종에 대한 요약표이다[8].수치는 정확하지 않으며, 일부 "안정적인" 핵종이 매우 긴 반감기를 가진 방사능이 관찰될 경우 미래에 약간 변경될 수 있다는 점에 유의하십시오.
| 안정성 클래스 | 핵종수 | 실행 합계 | 전체 실행 시 주의사항 |
|---|---|---|---|
| 이론적으로 양성자 붕괴를 제외한 모든 사람에게 안정적 | 90 | 90 | 처음 40개의 요소를 포함합니다.양성자 붕괴는 아직 관찰되지 않았다. |
| 하나 이상의 알려진 붕괴 모드에 에너지적으로 불안정하지만 아직 붕괴는 보이지 않습니다.niob-93 이후부터 "안정적인" 핵종의 경우 자발적 핵분열이 가능하지만, 무거운 핵종의 경우 다른 메커니즘이 가능하다.붕괴가 감지될 때까지 모두 "안정적"으로 간주됩니다. | 162 | 252 | 고전적으로 안정된 핵종의 합계. |
| 방사성 원핵종. | 34 | 286 | 전체 원시 원소는 비스무트, 토륨, 우라늄과 더불어 모든 안정 핵종을 포함한다. |
| 방사능은 원시적이지 않지만, 지구에서 자연적으로 발생합니다. | ~ 53 | ~ 339 | 탄소-14(및 우주선에 의해 생성된 기타 우주 발생 핵종), 프랑슘 등의 방사성 원초물질의 딸 및 우주선에 의한 핵반응 이외의 자연핵종(자발 핵분열 또는 중성자 방출에 의한 중성자 흡수 등) |
| 방사성 합성(반감기 1시간 이상).가장 유용한 방사성 추적기가 포함되어 있습니다. | 556 | 905 | |
| 방사성 합성(반감기 1시간 미만) | 2,400 이상 | 3300 이상 | 적절한 특성을 가진 모든 합성 핵종을 포함합니다. |
핵의 특성과 안정성
수소
H 이외의 원자핵은 양성자와 중성자가 잔류 강력에 의해 결합되어 있다.양성자는 양전하를 띠기 때문에 서로 밀어낸다.전기적으로 중성인 중성자는 두 가지 방법으로 핵을 안정시킨다.그들의 공존은 양성자를 약간 밀어내고 양성자 사이의 정전적 반발을 줄여주며, 그들은 서로와 양성자에게 매력적인 핵력을 가합니다.이러한 이유로, 두 개 이상의 양성자가 핵에 결합하기 위해서는 하나 이상의 중성자가 필요하다.양성자의 수가 증가함에 따라 중성자 대 양성자의 비율도 안정적인 핵을 보장하기 위해 필요합니다(그래프 참조).예를 들어 He의
중성자-양성자 비율은 1:2이지만 U의
중성자-양성자 비율은 3:2보다 크다.다수의 가벼운 원소는 1:1(Z = N)의 비율로 안정적인 핵종을 가지고 있다.핵종
Ca(칼슘-40)는 관측상 중성자와 양성자의 수가 같은 가장 무거운 안정핵종이다(이론적으로 가장 무거운 안정핵종은 황-32이다).칼슘-40보다 무거운 모든 안정된 핵종은 양성자보다 더 많은 중성자를 포함하고 있다.
짝수 및 홀수 핵자 수
| A | 심지어. | 이상한 | 총 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Z, N | EE | OO | EO | OE | |
| 안정적인. | 146 | 5 | 53 | 48 | 252 |
| 151 | 101 | ||||
| 장수 | 21 | 4 | 4 | 5 | 34 |
| 25 | 9 | ||||
| 모두 원시 | 167 | 9 | 57 | 53 | 286 |
| 176 | 110 | ||||
양성자-중성자 비율은 원자력 안정성에 영향을 미치는 유일한 요인이 아니다.또한 원자 번호 Z, 중성자 번호 N, 그리고 결과적으로 질량 번호 A의 짝수 또는 홀수 패리티에 의존한다.Z와 N의 홀수성은 핵 결합 에너지를 감소시키는 경향이 있으며, 일반적으로 홀수 핵을 덜 안정적으로 만든다.인접한 핵들, 특히 홀수 A 이소바의 핵결합 에너지의 이 놀라운 차이는 중요한 결과를 가져온다. 베타 붕괴(양전자 붕괴 포함), 전자 포획 또는 자발적 핵분열 및 클러스터 붕괴와 같은 보다 이국적인 수단에 의한 중성자 또는 양성자 붕괴의 비최적 수를 가진 불안정한 동위원소이다.
안정적인 핵종의 대부분은 짝수-양성자-짝수-중성자이며, 여기서 모든 숫자 Z, N 및 A는 짝수입니다.홀수 A 안정핵종은 홀수-짝수-중성자와 짝수-홀수-중성자 핵종으로 나뉜다.홀수-양성자-홀수-중성자 핵종(및 핵)은 가장 흔하지 않다.
「 」를 참조해 주세요.
- 동위원소(안정핵종의 풍부성에 대한 훨씬 더 많은 정보)
- 동위원소 안정성순 원소 목록
- 핵종 목록(반감기로 정렬됨)
- 핵종 표
- 알파 핵종
- 단이성 원소
- 단유클리드 원소
- 원시 요소
- 방사성핵종
- 하이퍼뉴클러스
레퍼런스
- ^ IUPAC (1997). "Nuclide". In A. D. McNaught; A. Wilkinson (eds.). Compendium of Chemical Terminology. Blackwell Scientific Publications. doi:10.1351/goldbook.N04257. ISBN 978-0-632-01765-2.
- ^ Kohman, Truman P. (1947). "Proposed New Word: Nuclide". American Journal of Physics. 15 (4): 356–7. Bibcode:1947AmJPh..15..356K. doi:10.1119/1.1990965.
- ^ Belko, Mark (1 May 2010). "Obituary: Truman P. Kohman / Chemistry professor with eyes always on stars". Pittsburgh Post-Gazette. Retrieved 29 April 2018.
- ^ a b Sharma, B.K. (2001). Nuclear and Radiation Chemistry (7th ed.). Krishna Prakashan Media. p. 78. ISBN 978-81-85842-63-9.
- ^ Cohen, E. R.; Giacomo, P. (1987). "Symbols, units, nomenclature and fundamental constants in physics". Physica A. 146 (1): 1–68. Bibcode:1987PhyA..146....1.. CiteSeerX 10.1.1.1012.880. doi:10.1016/0378-4371(87)90216-0.
- ^ [1] (이 선원은 자연발생 핵종 339개를 제공하지만, 안정핵종 252개가 아닌 269개를 안정핵종으로 명명한다.거의 안정적인 핵종에 대한 핵종 목록도 참조하십시오.이 숫자의 불일치는 비스무트-209와 같은 매우 긴 수명의 방사성핵종이 발견되었을 때 알려진 원시핵종이 안정적인 핵종 범주에서 방사성 원시핵종 범주로 이동하지만 자연적으로 발생하는 핵종의 총합은 변경되지 않기 때문이다.지구에서 자연적으로 발견되는 339개의 핵종 목록에는 라듐이나 탄소-14와 같은 핵종이 포함될 것이다. 라듐이나 탄소-14는 방사성 붕괴 사슬과 우주 방사선과 같은 자연 과정의 산물로 지구에서 발견되지만, 원시 방사성핵종은 아니다.후자는 보다 쉽게 계산되며, 안정적인 원시 핵종의 수보다 34가 많아 총 286개의 원시 핵종에 대해 계산된다.)
- ^ "Types of Isotopes: Radioactive". SAHRA. Retrieved 12 November 2016.
- ^ 테이블 데이터는 리스트의 멤버를 카운트함으로써 도출됩니다.리스트 데이터 자체에 대한 참조는 아래 핵종 리스트의 참조 섹션에 기재되어 있습니다.
