붕괴 에너지

3. 붕괴 유형

핵붕괴는 방출되는 입자나 에너지의 종류에 따라 다음과 같이 분류된다.

• 감마 붕괴
• 베타 붕괴
• 알파 붕괴

방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에는 붕괴 에너지가 높고 반감기가 긴 방사선원이 적합하며, 방사선 차폐 비용과 무게를 줄이기 위해 감마선을 강하게 방출하지 않는 것이 좋다.

3. 1. 감마 붕괴

3. 2. 베타 붕괴

3. 3. 알파 붕괴

4. 방사선 전력

방사성 붕괴의 속도(방사능, A)와 몰 질량(M)을 알면, 방사선 전력(P)을 다음과 같이 계산할 수 있다.^[1]

:$P\; =\; \backslash Delta\{m\}\; \backslash left(\; \backslash frac\{A\}\{M\}\; \backslash right).$

또는

:$P\; =\; E\; \backslash left(\; \backslash frac\{A\}\{M\}\; \backslash right).$

또는

:$P\; =\; Q\; A.$

예를 들어 ⁶⁰Co은 ⁶⁰Ni로 붕괴된다. 이때 질량 차이 ''Δm''은 0.003 u이고 방출되는 에너지는 약 2.8 MeV이다. 몰 질량은 59.93이며, 5.27년의 반감기 ''T''는 활동 A = N [ ln(2) / T ]에 해당한다. (N은 몰당 원자 수) 이를 바탕으로 계산하면 ⁶⁰Co의 방사선 전력은 17.9 W/g이다.

몇 가지 동위원소에 대한 방사선 전력(W/g)은 다음과 같다.

방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에는 높은 붕괴 에너지와 긴 반감기를 가진 동위원소가 사용되는 것이 좋다. 또한, 방사선 차폐 비용과 무게를 줄이기 위해 강한 감마선을 방출하지 않는 방사선원이 선호된다. 이러한 이유로, 높은 비용에도 불구하고 약 80년의 반감기와 낮은 감마선 방출을 보이는 ²³⁸Pu이 RTG 핵종으로 선택되었다. ⁹⁰Sr은 핵분열의 고수율 생성물이고 다른 핵분열 생성물로부터 화학적으로 쉽게 추출할 수 있기 때문에 티탄산 스트론튬 기반 RTG는 20세기 대부분 동안 원격 위치에 널리 사용되었다. 코발트-60은 식품 조사와 같은 목적으로 널리 사용되지만, 대부분의 붕괴 에너지가 감마선으로 방출되어 상당한 차폐가 필요하므로 실용적인 RTG 동위원소가 아니다. 또한, 5년의 반감기는 많은 응용 분야에 너무 짧다.

5. 방사성 동위원소 열전 발전기 (RTG)

높은 붕괴 에너지와 긴 반감기를 가진 방사성 동위원소는 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에 사용하기 적합하다. 특히, 감마선을 적게 방출하는 핵종은 방사선 차폐 비용과 무게를 줄일 수 있어 선호된다.

참조

_[1] 웹사이트 Alpha Decay http://www.personal.[...] 2021-03-31
_[2] 서적 Radiochemistry and nuclear chemistry https://www.worldcat[...] Butterworth-Heinemann 2002