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

각주

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. CS1 관리 - et al.의 직접적인 사용 (링크)
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.