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아르곤 동위 원소

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아르곤은 원자량 30~53 사이에 24가지의 동위 원소와 1가지의 이성질핵(32mAr)이 발견되어 있다. 이들 중 안정 동위 원소는 36Ar, 38Ar, 40Ar이다. 방사성 동위 원소 중 가장 안정한 것은 39Ar로 반감기는 약 269년이며, 그 다음은 42Ar(반감기 32.9년), 37Ar(반감기 35.04일)이다. 이밖의 동위 원소는 모두 반감기가 2시간 이하이며, 대부분은 1분 이하이다. 가장 불안정한 동위 원소는 30Ar로 반감기는 20나노초 미만이다.

아르곤의 표준 원자량은 39.948(1) u이다.

아르곤-39

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방사성 동위 원소인 39Ar(반감기 269년)는 주로 40Ar이 우주선과 상호작용하여 생성된다. 지표면에서는 39K의 중성자 포획이나 칼슘의 알파 붕괴를 통해 생성되기도 한다. 이러한 방식으로 생성된 아르곤의 비율은 약 (8.0±0.6)×10−16 정도이다.[1]

아르곤-40

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자연에 존재하는 40K은 1.248 억년의 반감기를 거쳐 10.72% 확률로 전자 포획과 양전자 방출을 통해 40Ar으로 붕괴하거나 89.28% 확률로 베타 붕괴하여 40Ca으로 붕괴한다. 칼륨-아르곤 연대 측정법은 이러한 비율을 활용하여 암석의 연대를 측정하는 방법이다.[2] 또, 지구 대기에 있는 아르곤의 대부분은 40Ar인데, 이 또한 40K의 붕괴 산물이다. 그러나 태양 및 목성형 행성에서는 아르곤 동위 원소의 비율이 크게 차이가 난다.[3]

아르곤-39 및 아르곤-40을 이용한 암석의 연대측정

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 이 부분의 본문은 아르곤-아르곤 연대 측정입니다.

아르곤-아르곤 연대 측정 또는 40Ar/39Ar 연대측정은 아르곤 동위원소를 이용하여 암석의 연대를 측정하는 방법으로 기존에 이용되었던 칼륨-아르곤 연대 측정법이 가지고 있는 여러 가지 약점들을 보완할 수 있으며 시료의 불균질성 문제를 해결할 수 있고 과잉 또는 손실 Ar에 관한 정보를 제공해 줄 수 있는 등 K-Ar 연대측정에 비해 많은 장점을 지니고 있다.[4]

표

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핵종
기호 		Z(p) N(n)  
동위 원소 질량 (u)
  		반감기 붕괴
방식[5] 		붕괴
생성물[n 1] 		핵
스핀 		전형적
동위 원소
구성비
(몰 분율)[n 2] 		자연적
구성비
변동 범위
(몰 분율)
들뜬 에너지
30Ar 18 12 30.02156(32)# <20 ns p 29Cl 0+
31Ar 18 13 31.01212(22)# 14.4(6) ms β+, p (55.0%) 30S 5/2(+#)
β+ (40.4%) 31Cl
β+, 2p (2.48%) 29P
β+, 3p (2.1%) 28Si
32Ar 18 14 31.9976380(19) 98(2) ms β+ (56.99%) 32Cl 0+
β+, p (43.01%) 31S
32mAr 5600(100)# keV unknown 5-#
33Ar 18 15 32.9899257(5) 173.0(20) ms β+ (61.35%) 33Cl 1/2+
β+, p (38.65%) 32S
34Ar 18 16 33.9802712(4) 844.5(34) ms β+ 34Cl 0+
35Ar 18 17 34.9752576(8) 1.775(4) s β+ 35Cl 3/2+
36Ar 18 18 35.967545106(29) 관찰상 안정[n 3] 0+ 0.003336(4)
37Ar 18 19 36.96677632(22) 35.04(4) d ε 37Cl 3/2+
38Ar 18 20 37.9627324(4) 안정 0+ 6.29(1)×10−4
39Ar[n 4] 18 21 38.964313(5) 269(3) a β− 39K 7/2- 미량
40Ar[n 5] 18 22 39.9623831225(29) 안정 0+ 0.996035(4)[n 6]
41Ar 18 23 40.9645006(4) 109.61(4) min β− 41K 7/2-
42Ar 18 24 41.963046(6) 32.9(11) a β− 42K 0+ 미량
43Ar 18 25 42.965636(6) 5.37(6) min β− 43K (5/2-)
44Ar 18 26 43.9649240(17) 11.87(5) min β− 44K 0+
45Ar 18 27 44.9680400(6) 21.48(15) s β− 45K (1/2,3/2,5/2)-
46Ar 18 28 45.96809(4) 8.4(6) s β− 46K 0+
47Ar 18 29 46.97219(11) 1.23(3) s β− (99%) 47K 3/2-#
β−, n (1%) 46K
48Ar 18 30 47.97454(32)# 0.48(40) s β− 48K 0+
49Ar 18 31 48.98052(54)# 170(50) ms β− 49K 3/2-#
50Ar 18 32 49.98443(75)# 85(30) ms β− 50K 0+
51Ar 18 33 50.99163(75)# 60# ms [>200 ns] β− 51K 3/2-#
52Ar 18 34 51.99678(97)# 10# ms β− 52K 0+
53Ar 18 35 53.00494(107)# 3# ms β− 53K (5/2-)#
β−, n 52K

각주

[편집]
  1. ↑ P. Benetti; 외. (2007). “Measurement of the specific activity of 39Ar in natural argon”. 《Nuclear Instruments and Methods A》 574: 83. arXiv:astro-ph/0603131. Bibcode:2007NIMPA.574...83B. doi:10.1016/j.nima.2007.01.106. 
  2. ↑ “40Ar/39Ar dating and errors”. 2007년 5월 9일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2007년 3월 7일에 확인함. 
  3. ↑ Cameron, A. G. W., "Elemental and Isotopic Abundances of the Volatile Elements in the Outer Planets" (Article published in the Space Science Reviews special issue on 'Outer Solar System Exploration - An Overview', ed. by J. E. Long and D. G. Rea.) Journal: Space Science Reviews, Volume 14, Issue 3-4, pp. 392-400 (1973).
  4. ↑ 김정민; 정창식; 한현수; 조운갑 (2001년). “하나로 원자로와 불활성기체 질량분석기를 이용한 40Ar-39Ar 연대측정”. 《한국암석학회 2001년도 춘계학술대회》: 60-63. 
  5. ↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx
내용주
  1. ↑ 굵은 글꼴은 안정 동위 원소
  2. ↑ 여기서는 대기 중의 구성비율을 말한다. 사실 우주 전체적으로는 36Ar이 40Ar보다 더 풍부하다. 40Ar이 풍부한 이유는 40K이 10.72% 확률로 전자 포획을 통해 40Ar이 생성된 후, 아르곤이 칼륨을 포함한 암석에서 빠져나와 대기 중으로 나오기 때문이다.
  3. ↑ 이론상으로는 이중 전자 포획을 통해 36S으로 붕괴할 것으로 추정되나, 실제로 관찰된 적은 없다.
  4. ↑ 아르곤-아르곤 연대 측정에 사용된다.
  5. ↑ 칼륨-아르곤 연대 측정 및 아르곤-아르곤 연대 측정에 사용된다.
  6. ↑ 지구 상에서의 비율로, 우주 전체적으로는 36Ar이 더 풍부하다.
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