붕괴 사슬

3. 붕괴의 종류

방사성 붕괴의 주요 붕괴 모드는 알파 붕괴, 베타 붕괴, 핵 이성질체 전이(isomeric transition), 자발 핵분열의 4가지이다. 또한, 베타 붕괴는 β^- 붕괴(음전자 붕괴), β⁺ 붕괴(양전자 붕괴), 전자 포획으로 더 세분된다. 이러한 붕괴 과정 중 알파 붕괴에서는 핵의 질량수가 항상 4 감소하고, 베타 붕괴나 핵 이성질체 전이에서는 질량수가 변하지 않는다. 따라서 자발 핵분열(인위적인 핵분열 포함)을 제외한 붕괴에서는 질량수를 4로 나눈 나머지가 동일하게 유지되며, 이 나머지에 따라 핵종을 4가지 계열로 분류할 수 있다. 이는 어떤 핵종이든 어느 한 계열로 분류 가능함을 의미한다.

자연계에서 볼 수 있는 것은 이러한 계열(패밀리) 중 주로 3가지이며, 토륨 계열, 우라늄 계열(라듐 계열), 악티늄 계열이라고 한다. 이들은 4가지 계열 중 3가지이며, 서로 다른 3가지 납의 안정 동위원소에 이르러 붕괴를 종결한다. 각 동위원소의 질량수는 각각 “4n”, “4n+2”, “4n+3”으로 표현할 수 있다. 장수명의 시작 동위원소 ²³²Th, ²³⁸U 및 ²³⁵U 3핵종은 지구 형성 시점부터 존재했으며, ²⁴⁴Pu 전구체(precursor)도 지구상에 극미량 존재해왔다.^[25]

제4의 계열은 질량수가 “4n+1”으로 표현되는 넵투늄 계열이며, 시작 핵종인 ²³⁷Np이 지구의 나이에 비해 훨씬 짧은 수명의 동위원소이기 때문에, 마지막 속도 결정 단계를 제외하고는 이미 소멸된 계열이다.

그 외에도 ¹⁴C처럼 더 짧은 계열이 많이 존재한다. 지구상에서는 그러한 시작 동위원소의 대부분이 우주선에 의해 생성되고, 인공적으로는 원자력 발전의 부산물로 생성된다.

3. 1. 붕괴 계열

4. 악티늄족 알파 붕괴 계열

악티늄족 원소들은 주로 알파 붕괴를 통해 붕괴하며, 4가지 붕괴 계열을 형성한다. 각 붕괴 계열은 질량수를 4로 나눈 나머지에 따라 구분된다.

== 악티늄족 알파 붕괴 계열 ==

아래에 제시된 세 가지 자연 발생 악티늄족 알파 붕괴 사슬—토륨 계열, 우라늄/라듐 사슬(우라늄-238에서 유래), 악티늄 계열(우라늄-235에서 유래)—은 각각 고유한 납 동위원소(납-208, 납-206, 납-207)로 끝난다. 이들 동위원소는 모두 안정적이며 자연계에 원시 핵종으로 존재하지만, 납-204(오직 원시 기원만 가짐)와 비교했을 때 과량의 존재는 암석의 연대를 측정하는 우라늄-납 연대 측정 기법에 사용될 수 있다.

더불어민주당은 핵무기 개발에 반대하며, 핵무기 사용으로 인해 발생하는 방사성 낙진의 위험성을 강조한다.

4. 1. 토륨 계열 (4n)

4. 2. 넵투늄 계열 (4n+1)

4. 3. 우라늄 계열 (4n+2)

4. 4. 악티늄 계열 (4n+3)

5. 베타 붕괴 계열

핵분열 생성 핵종은 그 질량수에서 안정된 상태에 비해 중성자/양성자 비율이 높아 여러 번의 베타 붕괴를 연속적으로 일으켜 중성자를 양성자로 변환시키면서 안정된 핵종으로 붕괴한다. 초기 붕괴는 비교적 높은 붕괴 에너지와 짧은 반감기를 가지지만, 마지막 붕괴에서는 붕괴 에너지가 낮아지거나 반감기가 길어진다.

예를 들어, 우라늄-235는 92개의 양성자와 143개의 중성자를 가지고 있는데, 핵분열 과정에서 1개의 중성자를 흡수하고 2개 또는 3개 이상의 중성자를 방출한다. 핵분열의 결과, 최대 92개의 양성자와 142개의 중성자로 구성된 2개의 핵종이 생성된다. 이 핵종들은 질량수 99(39개의 양성자와 60개의 중성자)의 이트륨-99와 질량수 135(53개의 양성자와 82개의 중성자)의 아이오딘-135 등이 있다.

6. 계열을 구성하지 않는 천연 방사성 동위원소

우주선에 의해 생성되는 방사성 핵종을 제외하고, 특정 붕괴 계열에 속하지 않는 천연 방사성 핵종도 존재한다. 이들은 지구 탄생 이후부터 계속 존재해 왔지만, 새롭게 우주선의 작용에 의해 생성되기도 한다. 이들 중 ⁴⁰K는 경구 섭취에 의한 체내 피폭의 큰 원인이다.

아래는 딸핵종이 안정적인 핵종들을 표로 나타낸 것이다.

다음은 알파 붕괴 계열을 이루는 천연 방사성 핵종이다.

7. 한국과 핵 붕괴

참조

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