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.

 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. 또, 지구 대기에 있는 아르곤의 대부분은 40Ar인데, 이 또한 40K의 붕괴 산물이다. 그러나 태양 및 목성형 행성에서는 아르곤 동위 원소의 비율이 크게 차이가 난다.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).

 아르곤-39 및 아르곤-40을 이용한 암석의 연대측정 

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.

 표 
 핵종기호 Z(p) N(n)  동위 원소 질량 (u)  반감기붕괴방식붕괴생성물굵은 글꼴은 안정 동위 원소 핵스핀 전형적동위 원소구성비(몰 분율)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. 자연적구성비변동 범위(몰 분율) 들뜬 에너지 30Ar 18 12 30.02156(32)# <20 ns p 29Cl 0+31Ar 18 1331.01212(22)#14.4(6) ms β+, p (55.0%) 30S5/2(+#) β+ (40.4%) 31Cl β+, 2p (2.48%) 29P β+, 3p (2.1%) 28Si32Ar 18 1431.9976380(19)98(2) ms β+ (56.99%) 32Cl0+ β+, p (43.01%) 31S 32mAr 5600(100)# keV unknown 5-#33Ar 18 1532.9899257(5)173.0(20) ms β+ (61.35%) 33Cl1/2+ 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 안정이론상으로는 이중 전자 포획을 통해 36S으로 붕괴할 것으로 추정되나, 실제로 관찰된 적은 없다. 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 아르곤-아르곤 연대 측정에 사용된다. 18 21 38.964313(5) 269(3) a β− 39K 7/2- 미량 40Ar칼륨-아르곤 연대 측정 및 아르곤-아르곤 연대 측정에 사용된다. 18 22 39.9623831225(29)안정 0+ 0.996035(4)지구 상에서의 비율로, 우주 전체적으로는 36Ar이 더 풍부하다. 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 2946.97219(11)1.23(3) s β− (99%) 47K3/2-# 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 3553.00494(107)#3# ms β− 53K(5/2-)# β−, n 52K

 각주 

 내용주

동위 원소

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