방사성 동위원소 반감기 계산기
반감기 공식 N=N0×(1/2)^(t/T)을 사용하여 잔존량・초기량・경과 시간・반감기 중 하나를 나머지 세 값으로부터 계산합니다.
대표적인 방사성 동위원소의 반감기
| 동위원소 | 반감기 | 주요 용도・특징 |
|---|---|---|
| 탄소14（¹⁴C） | 약 5,730년 | 방사성 탄소 연대측정법에 이용 |
| 요오드131（¹³¹I） | 약 8일 | 갑상선 질환의 진단・치료（핵의학）에 이용 |
| 코발트60（⁶⁰Co） | 약 5.27년 | 암 방사선 치료・산업용 비파괴 검사에 이용 |
| 우라늄235（²³⁵U） | 약 7억 년 | 원자력 발전・핵무기의 핵분열성 물질 |
| 우라늄238（²³⁸U） | 약 44.7억 년 | 지구・암석의 연대측정（우라늄-납 연대측정법）에 이용 |
| 플루토늄239（²³⁹Pu） | 약 2.41만 년 | 원자력 발전・핵무기의 핵분열성 물질 |
| 칼륨40（⁴⁰K） | 약 12.5억 년 | 지질학적 연대측정（칼륨-아르곤 연대측정법）에 이용 |
사용 팁
- 경과 시간과 반감기는 반드시 동일한 단위（둘 다 "일" 또는 둘 다 "년" 등）로 입력해 주세요. 단위가 일치하지 않으면 올바른 결과를 얻을 수 없습니다.
- "잔존량"을 계산하는 모드에서는 초기량・반감기・경과 시간 세 가지를 입력하면 그 시점에 붕괴하지 않고 남아 있는 양을 알 수 있습니다.
- "반감기"를 계산하는 모드는 실험이나 관측 데이터（특정 시점의 잔존량을 알고 있는 경우）로부터 해당 물질 고유의 반감기를 역산하고 싶을 때 유용합니다.
- 아래의 "대표적인 방사성 동위원소의 반감기" 표도 참고하여, 연대측정에 쓰이는 탄소14 등 친숙한 방사성 동위원소의 반감기 규모를 파악해 보세요.
자주 묻는 질문
반감기란 방사성 물질의 원자핵이 붕괴하여 그 양이 정확히 절반이 되기까지 걸리는 시간을 말합니다. 반감기는 물질（동위원소）마다 고유한 값이며, 주변 온도나 압력 등 환경 조건에 좌우되지 않고 일정하게 유지되는 것으로 알려져 있습니다.
아니요. 반감기가 경과할 때마다 잔존량은 절반씩 줄어들지만, 이론적으로는 결코 0이 되지 않습니다. 예를 들어 반감기를 10회 거치면 잔존량은 초기량의 약 0.1%（2의 10제곱분의 1）가 되지만, 수학적으로는 한없이 0에 가까워질 뿐 엄밀한 의미의 0에는 도달하지 않습니다.
생물이 살아 있는 동안에는 대기 중의 탄소를 계속 흡수하기 때문에, 체내의 방사성 탄소14（¹⁴C）와 안정적인 탄소12의 비율은 거의 일정하게 유지됩니다. 생물이 죽으면 탄소 흡수가 멈추고, ¹⁴C는 반감기（약 5,730년）에 따라 일정한 비율로 감소해 가므로, 유적이나 화석에 남아 있는 ¹⁴C의 잔존 비율을 측정하면 사망 후 얼마나 시간이 지났는지 추정할 수 있습니다.
반감기의 길이는 해당 원자핵이 얼마나 불안정한지（붕괴하기 쉬운지）에 따라 결정되며, 이는 원자핵 내부의 양성자・중성자 구성 비율에 좌우됩니다. 매우 불안정한 동위원소는 몇 초에서 며칠 만에 반감하는 반면, 우라늄238처럼 수십억 년 단위의 반감기를 가진 동위원소도 있는데, 이는 지구나 태양계의 나이와 비슷한 시간 규모입니다.
여담 ― 방사성 붕괴가 "시계"로 사용되는 이유
방사성 붕괴가 연대측정의 "시계"로 신뢰받는 가장 큰 이유는, 반감기가 온도・압력・화학적 결합 상태 등 외부 환경에 전혀 영향을 받지 않고 항상 일정한 속도로 진행된다는 성질에 있습니다. 이는 온도에 따라 반응 속도가 크게 달라지는 화학 반응과는 대조적인, 원자핵 내부의 물리 현상에 특유한 안정성입니다.
방사성 탄소 연대측정법은 1949년 미국의 화학자 윌러드 리비에 의해 개발되었으며, 이 공로로 그는 1960년 노벨 화학상을 수상했습니다. 그의 방법은 고고학에 혁명을 가져왔고, 그때까지 지층이나 문화적 특징을 통한 상대적 추정에 의존하던 유적의 연대를 직접적인 수치로 구할 수 있게 되었습니다.
한편 방사성 탄소 연대측정에는 한계도 있습니다. 대기 중 ¹⁴C 농도는 태양 활동이나 핵실험의 영향으로 미세하게 변동하기 때문에, 정확한 연대를 구하려면 나이테 연대학 등으로 보정된 교정 곡선을 사용해야 합니다. 또한 반감기가 약 5,730년으로 비교적 짧은 ¹⁴C는 수만 년을 넘는 오래된 시료의 측정에는 적합하지 않아, 더 긴 반감기를 가진 우라늄 계열이나 칼륨-아르곤법 등 대상 시대에 맞는 다른 동위원소를 사용하게 됩니다.