방사성 동위원소에 관한 소개

(출처 : https://namu.moe)

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[동위원소란 무엇일까요?]

원자번호가 같지만, 원자량이 다른 원소를 말합니다. 원자번호는 양성자수로 넘버링이 됩니다. 수소는 양성자 수 1이고 원자번호는 1이고 탄소의 경우는 양성자 수가 6개고 원자번호는 6이 됩니다. 그리고 이 원자가 이온화된 상태가 아니라면 양성자의 +전하량만큼 -전하가 있어야 평형을 이루겠죠? 그래서 양성자 수와 전하량이 같은 전자가 똑같은 수만큼 있습니다. 그런데 원자량이 다르다라는 말은 무엇이 다른 걸 까요? 바로 중성자 수의 차이입니다. 수소를 기준으로 예를 들겠습니다. 양성자 하나 전자 하나로 이루어진 것이 우리가 아는 수소입니다. 그런데 양성자 하나 중성자 하나 전자 하나로 이루어지게 되면 중수소, 중성자가 하나가 더 있으면 트리튬이 됩니다.

여기서 트리튬의 경우는 불안정합니다. 안정된 상태의 한계치를 넘어선 것이지요. 트리튬은 그래서 붕괴를 하게 됩니다. 이러한 동위원소를 방사성 동위원소라 합니다.
인위적으로 만든 핵종 말고 자연계에도 이러한 방사성동위원소는 존재합니다. 태양으로부터 날아온 우주선을 맞아 생기는 트리튬이나 14-C(탄소연대측정법에 활용되죠)가 있습니다. 그리고 지구의 탄생과 함께 존재해왔을 원시 핵종이 있습니다.

(출처 : http://m.blog.daum.net/_blog/_m/articleView.do?blogid=0MBTd&articleno=6592734

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원시 핵종은 계열과 비계열 방사성 동위원소가 있습니다. 비계열은 어떤 핵종으로부터 오거나 어떤 방사성핵종을 만드는 핵종이 아니고 그 하나가 방사성핵종으로서 존재하는 것입니다. 현재까지 존재하는 이유는 반감기가 매우 길기 때문이죠. 여기에는 40-K, 87-Rb입니다. 계열은 우라늄 계열, 토륨 계열, 악티늄 계열, 넵투늄 계열이 있는데 반감기가 긴 방사성 핵종이 붕괴하고 붕괴한 핵종이 또 붕괴해서 안정 핵종인 납까지 붕괴하는 핵종들이 부모와 자식의 관계처럼 연결된다 해서 계열을 이룬다고 합니다. 여기서 넵투늄 계열은 현재는 시간이 흘러 붕괴해버려 존재하지 않습니다.

(출처 : 경북대학교 핵물리연구실)

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위에 그래프 처럼 검은색 라인따라서 안정핵종이고 그보다 양성자 수가 많으면 양성자 과잉, 중성자가 더 많으면 중성자 과잉 핵종입니다. 여기서 계열을 따르는 방사성 동위원소들은 중성자과잉 핵종으로 볼 수 있습니다. 양성자 과잉핵종은 입자 가속기에서 생겨납니다. 나중에 이에 대한 소개는 자세히 해볼게요.
결론은 방사성을 나타내는 동위원소가 방사성 동위원소입니다. 자연계에 존재하는 방사성 동위원소는 우주선으로부터 생기거나 태초부터 있었을 것입니다. 태초부터 있는 방사성 동위원소는 계열과 비계열 동위원소로 나뉜다로 정리되겠습니다.