나트륨 동위 원소

나트륨 동위 원소는 원자 번호가 11로 동일하지만 중성자 수가 다른 나트륨(Na) 원자들이다. 모든 나트륨 원자는 11개의 양성자를 가지고 있다. 나트륨의 동위 원소들은 원자핵에 포함된 중성자의 수에 따라 질량수가 달라진다.

개요

자연계에 존재하는 나트륨은 사실상 하나의 안정된 동위 원소인 나트륨-23(²³Na)으로만 이루어져 있다. 자연 나트륨의 약 99.989%가 ²³Na이다.

이 외에도 나트륨에는 질량수 18(¹⁸Na)부터 37(³⁷Na)까지 여러 종류의 방사성 동위 원소들이 알려져 있다. 이들은 모두 불안정하며 다양한 반감기를 가지고 다른 원소로 붕괴한다. 실험실에서 인공적으로 생성되거나 극히 짧은 시간 동안만 존재한다.

안정한 동위 원소

• 나트륨-23 (²³Na): 나트륨의 유일한 안정 동위 원소이다. 자연적으로 존재하는 나트륨의 거의 전량을 차지한다. 핵 스핀은 3/2⁺이다.

방사성 동위 원소

나트륨에는 여러 개의 방사성 동위 원소가 존재하며, 이들은 주로 핵 반응을 통해 생성된다. 몇몇 주요 방사성 동위 원소는 다음과 같다.

• 나트륨-22 (²²Na): 비교적 긴 반감기(약 2.602년)를 가지는 방사성 동위 원소이다. 주로 양전자 방출(β⁺ 붕괴)을 통해 네온-22(²²Ne)로 붕괴한다. 양전자 방출원으로 사용되며, 방사성 추적자 연구 등에서 활용된다.
• 나트륨-24 (²⁴Na): 짧은 반감기(약 14.96 시간)를 가지는 방사성 동위 원소이다. 주로 베타 마이너스 방출(β^- 붕괴)을 통해 마그네슘-24(²⁴Mg)로 붕괴한다. ²³Na에 중성자를 조사하여 쉽게 생성될 수 있다. 체내 나트륨 대사 연구, 혈류량 측정, 산업 분야에서의 추적자 등으로 사용되기도 한다. 특히 원자력 발전소의 냉각수로 사용되는 나트륨이 중성자에 노출될 경우 ²⁴Na가 생성되어 방사능 문제를 일으킬 수 있다.

이 외의 방사성 동위 원소들은 대부분 매우 짧은 반감기를 가지며, 핵물리학 연구 등 특수한 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, ¹⁸Na는 약 1.3밀리초(ms)의 반감기를 가지며 양성자 방출을 통해 붕괴하고, 가장 무거운 동위 원소 중 하나인 ³⁷Na는 약 1.7밀리초의 반감기를 가지며 베타-마이너스 붕괴와 중성자 방출을 동반하여 붕괴한다.

나트륨 동위 원소 목록 (일부)

나트륨의 알려진 동위 원소들과 그 특성은 다음과 같다 (주요 동위 원소 및 알려진 범위 표시):

핵종 (Nuclide)	중성자 수	반감기	붕괴 모드	붕괴 생성물
18Na	7	1.3 ms	양성자 방출	17Ne
...	...	...	...	...
22Na	11	2.602 년	β+, EC	22Ne
23Na	12	안정	-	-
24Na	13	14.96 시간	β-	24Mg
...	...	...	...	...
37Na	26	1.7 ms	β-, n	36Mg

(참고: 이 표는 나트륨의 모든 동위 원소를 포함하지 않으며, 주로 안정 동위 원소 및 상대적으로 긴 반감기를 가지는 동위 원소 위주로 작성되었습니다. 대부분의 다른 방사성 동위 원소는 밀리초 또는 마이크로초 단위의 매우 짧은 반감기를 가집니다.)