방사성 핵종
Radiogenic nuclide| 핵물리학 |
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| 핵·핵자(p, n)·핵물질·핵력·핵구조·핵반응 |
방사성 핵종은 방사성 붕괴의 과정에 의해 생성되는 핵종이다.방사성(방사성핵종)일 수도 있고 안정(안정핵종)일 수도 있다.
방사능 발생 핵종(방사선 발생 동위원소로 더 일반적으로 언급)은 지질학에서 가장 중요한 도구 중 일부를 형성한다.이들은 주로 다음 두 가지 방법으로 사용됩니다.
- 시스템의 방사성 '부모 동위원소'의 양과 비교하여 방사성 물질인 '딸 제품'의 양은 방사성 연대 측정 도구(예: 우라늄-납 지질 연대 측정 도구)로 사용된다.
- 동일 원소의 비방사성 동위원소의 양과 비교하여 방사성 동위원소의 양은 동위원소 특징(예를 들어 204Pb/Pb)을 정의하기 위해 사용된다.이 기술은 동위원소 지구화학이라는 제목으로 더 자세히 설명된다.
예
일부 자연발생 동위원소는 전적으로 방사능을 발생시키지만, 이 모든 동위원소들은 방사성 동위원소이며, 반감기가 너무 짧아서 원시적으로 발생할 수 없다.따라서, 그들은 자연에서 그들을 새로 생산하는 진행 중인 붕괴 과정 또는 우주 생성(우주선 유도) 과정의 방사선 생성 딸로만 존재한다.다른 몇 가지는 핵생성 과정(중성자 흡수 등 다른 유형의 자연 핵반응)에 의해 자연적으로 생성된다.
충분히 천천히 붕괴하거나 안정적인 동위원소의 경우, 충분히 오래 지속되고 안정적인 모든 동위원소가 사실상 원초적으로 발생하기 때문에 원시 분율이 항상 존재한다.이러한 동위원소 중 일부는 방사성 물질로도 발생할 수 있다.
납은 4개의 안정 204동위원소(Pb, Pb, Pb, Pb)가 모두 원시적으로 알려진 비율과 고정된 비율로 존재하기 때문에 부분적으로 방사선을 발생시키는 물질의 가장 좋은 예이다.단, Pb는 원초적으로만 존재하며, 나머지 3개의 동위원소도 우라늄과 토륨의 방사성 붕괴 생성물로 발생할 수 있다.구체적으로는 Pb는 U에서, Pb는 U에서, Pb는 Th에서 형성된다.우라늄과 토륨을 포함한 암석에서는, 3개의 무거운 납 동위원소의 과잉 양으로 인해 암석들이 "날짜" 즉, 암석이 굳고 광물이 동위원소의 비율을 고정하고 제자리에 고정시켰을 때부터의 시간을 추정할 수 있다.
또 다른 주목할 만한 방사성 핵종은 방사성 칼륨으로 형성된 아르곤-40이다.지구 대기의 거의 모든 아르곤은 방사선을 발생시키는 반면 원시 아르곤은 아르곤-36이다.
일부 질소-14는 탄소-14의 붕괴(약 5700년 반감기)로 인해 방사선을 발생시키지만 탄소-14는 우주선의 작용에 의해 질소-14에서 조금 더 일찍 형성되었다.
방사성 원소의 다른 중요한 예로는 라돈과 헬륨이 있는데, 둘 다 암반에서 무거운 원소가 붕괴될 때 형성된다.라돈은 원시적으로 발생하기에는 반감기가 너무 짧기 때문에 전적으로 방사선을 발생시킨다.그러나 헬륨은 헬륨-3와 헬륨-4가 모두 안정적이고 소량이 형성되면서 지각에 갇혔기 때문에 태생적으로 지각에서 발생한다.헬륨-3은 거의 모두 원시 물질입니다(소량의 헬륨-3은 지각의 자연적인 핵 반응에 의해 형성된다.헬륨-3은 또한 삼중수소의 붕괴 생성물로 생산될 수 있다. 삼중수소는 3원 핵분열을 포함한 일부 핵반응의 산물이다.헬륨의 전지구적 공급량(대기 중뿐만 아니라 가스정에서 발생)은 거의 전적으로(약 90-99%) 방사선을 발생시킨다. 이는 헬륨-4 대 헬륨-3의 초기 비율에 비해 방사선을 발생시키는 헬륨-4의 10배에서 100배 농도를 통해 알 수 있다.후자의 비율은 헬륨-3과 헬륨-4의 부모 자원이 상대적으로 없는 일부 달 암석과 운석 같은 외계 원천으로부터 알려져 있다.
납-204의 경우에서 언급했듯이 방사성 핵종은 방사능이 없는 경우가 많다.이 경우 전구핵종이 원시시대부터 살아남기엔 너무 짧은 반감기를 보인다면 부모핵종은 사라지고 이제 안정된 딸의 상대적 과잉으로 완전히 알려지게 된다.실제로 이는 반감기가 약 5000 - 1억 년 미만인 모든 방사성핵종에 대해 발생한다.이러한 핵종은 초신성에서 형성되지만 오늘날 지구에서 직접 목격되지 않기 때문에 멸종된 방사성핵종으로 알려져 있다.
멸종된 방사성핵종의 예로는 요오드-129가 있으며, 다른 제논 동위원소에 비해 과도하게 나타나는 제논의 안정 동위원소인 제논-129가 있다.그것은 원시 태양계 먼지 구름에서 응축되어 초신성 내 요오드-129 생성과 이 먼지의 응축에 의한 태양계 형성 사이의 비교적 짧은 기간(아마 2000만년 미만)에 원시 요오드-129(반감기 1570만년)에 갇힌 운석에서 발견됩니다.이제 갇힌 요오드-129가 제논-129의 상대적 초과로 나타납니다.요오드-129는 1960년에 최초로 멸종된 방사성핵종이었다.다른 것들은 알루미늄-26(운석에서 발견되는 여분의 마그네슘-26에서 추론)과 철-60이다.
지질학에서 사용되는 방사성 핵종
다음 표는 방사성 부모 동위원소의 반감기를 감소시키는 순서로 지질학에서 사용되는 가장 중요한 방사성 동위원소 시스템을 나열한 것이다.반감기와 붕괴 상수에 대해 주어진 값은 동위원소 지질 [1]공동체의 현재 합의 값이다.**는 시리즈의 최종 붕괴 생성물을 나타냅니다.
| 모핵종 | 딸핵종 | 붕괴 상수(년−1) | 반감기 |
|---|---|---|---|
| 190Pt | 186OS | 1.477 × 10−12 | 469.3년 * |
| 147SM | 143Nd | 6.54 × 10−12 | 106 Gyr |
| 87Rb | 87시르 | 1.402 × 10−11 | 49.44 Gyr |
| 187레 | 187OS | 1.666 × 10−11 | 41.6 Gyr |
| 176루 | 176HF | 1.867 × 10−11 | 37.1년차 |
| 232Th(Th) | 208PB** | 4.9475 × 10−11 | 14.01 Gyr |
| 40K. | 40아르 | 5.81 × 10−11 | 11.93 Gyr[2] |
| 238U | 206PB** | 1.55125 × 10−10 | 4.468 Gyr |
| 40K. | 40Ca | 4.962 × 10−10 | 1.397 Gyr |
| 235U | 207PB** | 9.8485 × 10−10 | 0.7038 Gyr |
| 129나 | 129Xe | 4.3 × 10−8 | 16Myr |
| 10있다 | 10B. | 4.6 × 10−7 | 1.5Myr |
| 26알 | 26Mg | 9.9 × 10−7 | 0.7Myr |
| 36클론 | 36AR/S | 2.24 × 10−6 | 310kyr |
| 234U | 230Th(Th) | 2.826 × 10−6 | 245.25kyr |
| 230Th(Th) | 226라 | 9.1577 × 10−6 | 75.69 kyr |
| 231빠 | 227AC | 2.120 × 10−5 | 32.76 kyr |
| 14C. | 14N | 1.2097 × 10−4 | 5730년 |
| 226라 | 222Rn | 4.33 × 10−4 | 1600년 |
- 이 표에서 Gyr = 기가이어 = 10년9, Myr = 메가이어 = 10년6, kyr = 킬로이어 = 10년3
방사 가열
방사성 핵종 생산 중 방사성[3] 붕괴에서 열 에너지가 방출됨에 따라 방사능 가열이 발생한다.원시열(행성 강착의 결과)의 열과 함께 맨틀과 [(지질학) 지각]에서 발생하는 방사선 발생 가열은 지구 내부의 [4]두 가지 주요 열원을 구성합니다.지구 내 대부분의 방사성 가열은 우라늄-238과 토륨-232, 칼륨-40의 [5]붕괴 사슬에 있는 딸핵의 붕괴에서 비롯된다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Dickin, A.P. (2018). Radiogenic Isotope Geology. Cambridge University Press.
- ^ 주의: 이것은 K의 반감기가 아니라 Ar에 대한 붕괴 상수에 해당하는 반감기다.K의 약 89%가 Ca로 감소한다.
- ^ Allaby, Alisa; Michael Allaby (1999). "radiogenic heating". A Dictionary of Earth Sciences. Retrieved 24 November 2013.
- ^ Mutter, John C. "The Earth as a Heat Engine". Introduction to Earth Sciences I. Columbia University. p. 3.2 Mantle convection. Retrieved 23 November 2013.
- ^ Dumé, Belle (27 July 2005). "Geoneutrinos make their debut; Radiogenic heat in the Earth". Physics World. Institute of Physics. Retrieved 23 November 2013.
