비스무트 동위 원소 (영어 : isotopes of bismuth )는 자연계 에 6종이 존재하며 이들 중 209 Bi가 100% 가까이 존재한다. 핵자 수 210, 211, 212, 214, 215는 우라늄 과 토륨 의 붕괴 사슬 과정에서 생성되는 동위 원소로 자연계에 극히 미량으로 존재한다.
비스무트 는 안정 동위 원소 가 존재하지 않는다. 하지만 209 Bi의 반감기 는 1.9 x 1019 년을 초과하기 때문에 안정 동위 원소로 취급하고 있다. 이는 우주의 나이 의 14억배나 된다.
비스무트-209
209 Bi의 반감기는 1900경년에 이른다. 이 정도의 시간이면 영원이라고 해도 무방하므로 안정 동위 원소들 중 가장 무겁고 붕괴 계열 중 넵투늄 계열 의 최종 붕괴 생성물로 알려져 있다.
중성자 흡수율이 극도로 낮아 중성자를 거의 흡수하지 않기 때문에 4세대 원자로 의 냉각제로 부분적이나마 주목받고 있다. 다만 중성자 를 한 개 흡수하면 폴로늄-210 으로 변환되기 때문에 꺼려지기도 하는 면이 있다. (폴로늄-210은 반감기가 짧아 초극미량으로도 방사능이 매우 강하다.)
자연계의 비스무트 동위 원소 중 100% 존재하고 있다.
독성이 없는 큰 장점 때문에 차세대 초전도체 의 연료로써 많이 이용되고 있으며 철강 산업에서 합금으로 이용되며, 의약품으로도 이용한다. 이러한 큰 장점과 중요한 이용가치로 인해 지각 에 불과 48ppb밖에 존재하지 않음에도 불구하고 전세계에서 8500톤이나 생산되어 매우 중요한 동위체로 자리잡은 원소이다.
비스무트-210
붕괴 계열 중 라듐 계열 에 해당하는 동위 원소로 반감기가 짧아 자연계에 극미량 존재하는 붕괴사슬의 한 동위체이다.
비스무트-212
붕괴 계열 중 토륨 계열 에 해당하는 극미량 존재하는 붕괴 사슬의 한 동위체이다. 비스무트-212 중 64%는 탈륨-208로 붕괴되며 탈륨-208은 강한 감마선을 내뿜고 납-208로 붕괴되기 된다. 이로 인해 토륨 사이클에서 생성되는 우라늄-232는 핵전지의 연료가 아닌 핵 폐기물로 분류케되는 원인의 동위체이다.
표
핵종 기호
과거 명칭
Z(p )
N(n )
동위 원소 질량 (u)
반감기[ n 1]
붕괴 방식[ 1] [ n 2]
붕괴 생성물[ n 3]
핵 스핀
전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)
자연적 구성비 변동 범위 (몰 분율)
들뜬 에너지
184 Bi
83
101
184.00112(14)#
6.6(15) ms
3+#
184m Bi
150(100)# keV
13(2) ms
10-#
185 Bi
83
102
184.99763(6)#
2# ms
p
184 Pb
9/2-#
α (드묾)
181 Tl
185m Bi
70(50)# keV
49(7) µs
α
181 Tl
1/2+
p
184 Pb
186 Bi
83
103
185.99660(8)
14.8(7) ms
α
182 Tl
(3+)
β+ (드묾)
186 Pb
186m Bi
270(140)# keV
9.8(4) ms
α
182 Tl
(10-)
β+
186 Pb
187 Bi
83
104
186.993158(16)
32(3) ms
α (50%)
183 Tl
9/2-#
β+ (50%)
187 Pb
187m1 Bi
101(20) keV
320(70) µs
1/2+#
187m2 Bi
252(1) keV
7(5) µs
(13/2+)
188 Bi
83
105
187.99227(5)
44(3) ms
α
184 Tl
3+#
β+ (드묾)
188 Pb
188m Bi
210(140)# keV
220(40) ms
α
184 Tl
(10-)
β+ (드묾)
188 Pb
189 Bi
83
106
188.98920(6)
674(11) ms
α (51%)
185 Tl
(9/2-)
β+ (49%)
189 Pb
189m1 Bi
181(6) keV
5.0(1) ms
(1/2+)
189m2 Bi
357(1) keV
880(50) ns
(13/2+)
190 Bi
83
107
189.9883(2)
6.3(1) s
α (77%)
186 Tl
(3+)
β+ (30%)
190 Pb
190m1 Bi
420(180) keV
6.2(1) s
α (70%)
186 Tl
(10-)
β+ (23%)
190 Pb
190m2 Bi
690(180) keV
>500(100) ns
7+#
191 Bi
83
108
190.985786(8)
12.3(3) s
α (60%)
187 Tl
(9/2-)
β+ (40%)
191 Pb
191m Bi
240(4) keV
124(5) ms
α (75%)
187 Tl
(1/2+)
β+ (25%)
191 Pb
192 Bi
83
109
191.98546(4)
34.6(9) s
β+ (82%)
192 Pb
(3+)
α (18%)
188 Tl
192m Bi
150(30) keV
39.6(4) s
β+ (90.8%)
192 Pb
(10-)
α (9.2%)
188 Tl
193 Bi
83
110
192.98296(1)
67(3) s
β+ (95%)
193 Pb
(9/2-)
α (5%)
189 Tl
193m Bi
308(7) keV
3.2(6) s
α (90%)
189 Tl
(1/2+)
β+ (10%)
193 Pb
194 Bi
83
111
193.98283(5)
95(3) s
β+ (99.54%)
194 Pb
(3+)
α (0.46%)
190 Tl
194m1 Bi
110(70) keV
125(2) s
β+
194 Pb
(6+,7+)
α (드묾)
190 Tl
194m2 Bi
230(90)# keV
115(4) s
(10-)
195 Bi
83
112
194.980651(6)
183(4) s
β+ (99.97%)
195 Pb
(9/2-)
α (0.03%)
191 Tl
195m1 Bi
399(6) keV
87(1) s
β+ (67%)
195 Pb
(1/2+)
α (33%)
191 Tl
195m2 Bi
2311.4+X keV
750(50) ns
(29/2-)
196 Bi
83
113
195.980667(26)
5.1(2) min
β+ (99.99%)
196 Pb
(3+)
α (0.00115%)
192 Tl
196m1 Bi
166.6(30) keV
0.6(5) s
IT
196 Bi
(7+)
β+
196 Pb
196m2 Bi
270(3) keV
4.00(5) min
(10-)
197 Bi
83
114
196.978864(9)
9.33(50) min
β+ (99.99%)
197 Pb
(9/2-)
α (10−4 %)
193 Tl
197m1 Bi
690(110) keV
5.04(16) min
α (55%)
193 Tl
(1/2+)
β+ (45%)
197 Pb
IT (0.3%)
197 Bi
197m2 Bi
2129.3(4) keV
204(18) ns
(23/2-)
197m3 Bi
2360.4(5)+X keV
263(13) ns
(29/2-)
197m4 Bi
2383.1(7)+X keV
253(39) ns
(29/2-)
197m5 Bi
2929.5(5) keV
209(30) ns
(31/2-)
198 Bi
83
115
197.97921(3)
10.3(3) min
β+
198 Pb
(2+,3+)
198m1 Bi
280(40) keV
11.6(3) min
β+
198 Pb
(7+)
198m2 Bi
530(40) keV
7.7(5) s
10-
199 Bi
83
116
198.977672(13)
27(1) min
β+
199 Pb
9/2-
199m1 Bi
667(4) keV
24.70(15) min
β+ (98%)
199 Pb
(1/2+)
IT (2%)
199 Bi
α (0.01%)
195 Tl
199m2 Bi
1947(25) keV
0.10(3) µs
(25/2+)
199m3 Bi
~2547.0 keV
168(13) ns
29/2-
200 Bi
83
117
199.978132(26)
36.4(5) min
β+
200 Pb
7+
200m1 Bi
100(70)# keV
31(2) min
ε (90%)
200 Pb
(2+)
IT (10%)
200 Bi
200m2 Bi
428.20(10) keV
400(50) ms
(10-)
201 Bi
83
118
200.977009(16)
108(3) min
β+ (99.99%)
201 Pb
9/2-
α (10−4 %)
197 Tl
201m1 Bi
846.34(21) keV
59.1(6) min
ε (92.9%)
201 Pb
1/2+
IT (6.8%)
201 Bi
α (0.3%)
197 Tl
201m2 Bi
1932.2+X keV
118(28) ns
(25/2+)
201m3 Bi
1971.2+X keV
105(75) ns
(27/2+)
201m4 Bi
2739.90(20)+X keV
124(4) ns
(29/2-)
202 Bi
83
119
201.977742(22)
1.72(5) h
β+
202 Pb
5(+#)
α (10−5 %)
198 Tl
202m1 Bi
615(7) keV
3.04(6) µs
(10#)-
202m2 Bi
2607.1(5) keV
310(50) ns
(17+)
203 Bi
83
120
202.976876(23)
11.76(5) h
β+
203 Pb
9/2-
α (10−5 %)
199 Tl
203m1 Bi
1098.14(7) keV
303(5) ms
IT
203 Bi
1/2+
203m2 Bi
2041.5(6) keV
194(30) ns
25/2+
204 Bi
83
121
203.977813(28)
11.22(10) h
β+
204 Pb
6+
204m1 Bi
805.5(3) keV
13.0(1) ms
IT
204 Bi
10-
204m2 Bi
2833.4(11) keV
1.07(3) ms
(17+)
205 Bi
83
122
204.977389(8)
15.31(4) d
β+
205 Pb
9/2-
206 Bi
83
123
205.978499(8)
6.243(3) d
β+
206 Pb
6(+)
206m1 Bi
59.897(17) keV
7.7(2) µs
(4+)
206m2 Bi
1044.8(5) keV
890(10) µs
(10-)
207 Bi
83
124
206.9784707(26)
32.9(14) a
β+
207 Pb
9/2-
207m Bi
2101.49(16) keV
182(6) µs
21/2+
208 Bi
83
125
207.9797422(25)
3.68(4)×105 a
β+
208 Pb
(5)+
208m Bi
1571.1(4) keV
2.58(4) ms
IT
208 Bi
(10)-
209 Bi[ n 4] [ n 5]
83
126
208.9803987(16)
2.01(8)×1019 a [ n 6]
α
205 Tl
9/2-
1.0000
210 Bi
라듐 E
83
127
209.9841204(16)
5.012(5) d
β-
210 Po
1-
미량[ n 7]
α (1.32×10−4 %)
206 Tl
210m Bi
271.31(11) keV
3.04(6)×106 a
α
206 Tl
9-
211 Bi
악티늄 C
83
128
210.987269(6)
2.14(2) min
α (99.72%)
207 Tl
9/2-
미량[ n 8]
β- (0.276%)
211 Po
211m Bi
1257(10) keV
1.4(3) µs
(25/2-)
212 Bi
토륨 C
83
129
211.9912857(21)
60.55(6) min
β- (64.05%)
212 Po
1(-)
미량[ n 9]
α (35.94%)
208 Tl
β- , α (0.014%)
208 Pb
212m1 Bi
250(30) keV
25.0(2) min
α (67%)
208 Tl
(9-)
β- (33%)
212m Po
β- , α (0.3%)
208 Pb
212m2 Bi
2200(200)# keV
7.0(3) min
>15
213 Bi[ n 10]
83
130
212.994385(5)
45.59(6) min
β- (97.91%)
213 Po
9/2-
α (2.09%)
209 Tl
214 Bi
라듐 C
83
131
213.998712(12)
19.9(4) min
β- (99.97%)
214 Po
1-
미량[ n 7]
α (0.021%)
210 Tl
β- , α (0.003%)
210 Pb
215 Bi
83
132
215.001770(16)
7.6(2) min
β-
215 Po
(9/2-)
미량[ n 8]
215m Bi
1347.5(25) keV
36.4(25) min
(25/2-)
216 Bi
83
133
216.006306(12)
2.17(5) min
β-
216 Po
1-#
217 Bi
83
134
217.00947(21)#
98.5(8) s
9/2-#
218 Bi
83
135
218.01432(39)#
33(1) s
1-#
참고
↑ 굵은 글꼴은 반감기가 우주의 나이보다 긴 동위 원소(거의 안정적)
↑ 약자: ε: 전자 포획 IT: 이성질핵 전이
↑ 굵은 글꼴은 안정 동위 원소
↑ 과거에는 넵투늄 계열 의 최종 붕괴 생성물로 여겨졌다.
↑ 원시 방사성 핵종 , 일부는 절멸 핵종인 237 Np을 통해 생성되었다.
↑ 과거에는 가장 무거운 안정 핵종으로 여겨졌다.
↑ 가 나 238 U 의 중간 붕괴 생성물이다.
↑ 가 나 235 U 의 중간 붕괴 생성물이다.
↑ 232 Th의 중간 붕괴 생성물이다.
↑ 핵의학 에 사용된다.
각주