아르곤 동위 원소

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

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

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

 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

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