Ch.5. 동위원소 지구화학 정의 동위원소 Isotopes: 동중성자원소 Isotones: 동중원소 Isobars:

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1 Ch.5. 동위원소 지구화학 정의 동위원소 Isotopes: 동중성자원소 Isotones: 동중원소 Isobars:
iso (same) + tope (position) 양성자 수는 같으나, 중성자 수가 다른 원소 질량이 다른 같은 원소 40Ca, 42Ca, 12C, 13C, 14C, etc. 동중성자원소 Isotones: Iso (same) + tone (pitch? pressure?) 중성자 수는 같지만 양성자 수는 다른 원소 36S, 37Cl, 38Ar 동중원소 Isobars: Iso (same) + bar (weight or pressure) 중성자 및 양성자 수의 합이 같은 원소 질량이 같은 원소 40Ar, 40K, 40Ca

2 동위원소의 종류 안정 동위원소 Stable isotopes: 12C, 13C
동위원소의 종류           안정 동위원소 Stable isotopes: 12C, 13C 불안정 동위원소 Unstable isotopes: 14C, 235U, 238U 방사능 동위원소 Radioactive isotopes: 14C, 235U, 238U 방사성 동위원소 Radiogenic isotopes: 206Pb, 207Pb, 208Pb 경동위원소 Light isotopes: H, D, T, 12C, 13C 중동위원소 Heavy isotopes: 235U, 238U

3 방사능 붕괴 Radioactive Decay
Definition: 핵내 양성자 또는 중성자가 바뀌면서 (붕괴되면서) 다른 원소의 핵으로 바뀌는 것 자연계에서 붕괴 반응은 비가역 반응  예외? P (모원소; parent)  D (자원소; daughter)

4 방사능 붕괴 방식 b (negatron): Positron 전자포획 Electron capture a n  p + e
방사능 붕괴 방식           b (negatron): n  p + e Z Z+1, N  N-1, A=no change 40K --> 40Ca + β- Positron p  n + p (positron) Z  Z-1, N N+1, A=no change 18F --> 18O + β+ 전자포획 Electron capture p + e  n 40K --> 40Ar + E.C. a Loss of 2p + 2n (4He) Z  Z-2, NN-2, A A-4 222Rn --> 218Po + α.

5 동위원소의 지질학적 응용 방사성 동위원소 안정 동위원소 연령측정 Age dating (Geochronology)
지질 역사 규명 물질의 기원 추적 생성기 및 생성구 결정 Evaluation of epoch and provenance 안정 동위원소 기원 추적 생성 환경 규명 지온계 수리지질학적 응용 혼합 프로세스 규명

6 절대 연령 측정 (Geochronology)
붕괴방정식 For P  D -d[P]/dt = λ[P] [P] = [P]oexp(-λt) [D]* = [P]o-[P] [D]* = [P]o(1-exp(-λt)) 반감기 [P]=[P]o/2 걸리는 시간 t1/2 = ln(1/2)/λ = 0.693/λ

7 Decay constants and half lives of natural radioactive nuclides
P Mode l t1/2 Abund(%) D

8 연령 측정 When Do =0 [D]* = ([D]*+[P])(1-exp(-λt)) t = ln(1+[D]*/[P])/λ
14C n + 14N -> 14C + p + e- 14C -> 14N + β + ν+ Q- t = (1/λ) ln(Ao/A) K-Ar d[40Ar]/dt = λAr[40K], d[40Ca]/dt = λCa[40K]  d[40Ca]/dt = (λCa/λAr) d[40Ar]/dt d[40K]/dt = -(d[40Ar]/dt + d[40Ca]/dt)  d[40Ar] = -λArd[40K]/(λAr+λCa) [40Ar]-[40Ar]o = -λAr/(λAr+λCa)([40K]-[40K]o) [40Ar] = λAr[40K](exp(λt)-1)//(λAr+λCa)

9 연령 측정 When Do ≠0 [D]t/[D]n=[D]o/[D]n+([P]/[D]n)(exp(λt)-1) Rb-Sr Sm-Nd
Os-Re U-Pb

10 재평형 시간 계산