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아메리슘 동위 원소

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목차

1. 개요

아메리슘은 다양한 동위 원소를 가지며, 가장 흔하게 사용되는 것은 아메리슘-241이다. 아메리슘-241은 핵폐기물에서 얻을 수 있으며, 주로 화재 경보기에 사용된다. 아메리슘-241은 플루토늄-241의 베타 붕괴, 퀴륨-241의 전자 포획, 버클륨-245의 알파 붕괴 결과로 생성되며, 알파 붕괴를 통해 붕괴하면서 감마선을 방출한다. 아메리슘-242m은 핵분열성 물질로, 핵 로켓 연료로의 사용 가능성이 연구되기도 했다. 아메리슘-243은 반감기가 가장 긴 동위 원소로, 핵연료 주기에서 생성되며, 흡입 또는 섭취 시 발암 물질이다. 아메리슘은 223Am부터 249Am까지 다양한 동위 원소가 존재한다.

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2. 아메리슘 동위 원소

연기 감지기에 사용된 아메리슘-241(241Am)


아메리슘은 여러 동위 원소를 가지며, 이 중 가장 흔하고 실용적인 것은 241Am이다.[12] 241Am은 핵폐기물에서 얻을 수 있으며, 화재 경보기에 주로 사용된다. 이는 아메리슘이 방출하는 알파 입자가 연기에 흡수되어 공기가 이온화되는 정도가 달라지는 원리를 이용한 것이다.[13] 또한, 241Am은 비교적 긴 반감기를 가지므로 원자력 전지에도 사용될 수 있다.241Am은 241Pu의 베타 붕괴, 241Cm의 전자 포획, 245Bk의 알파 붕괴로 생성되며, 자체적으로 알파 붕괴하여 237Np이 될 때 감마선을 방출한다.

아메리슘 동위 원소는 231Am부터 249Am까지 존재하며, 각각 다른 반감기와 붕괴 방식을 보인다.

핵종양성자 수중성자 수동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
231Am95136231.04556(32)#30# 초β+, α (드묾)231Pu, 227Np
232Am95137232.04659(32)#79(2) 초β+ (98%), α (2%), β+, SF (0.069%)232Pu, 228Np, 다양
233Am95138233.04635(11)#3.2(8) 분β+, α233Pu, 229Np
234Am95139234.04781(22)#2.32(8) 분β+ (99.95%), α (0.04%), β+, SF (0.0066%)234Pu, 230Np, 다양
235Am95140235.04795(13)#9.9(5) 분β+, α (드묾)235Pu, 231Np5/2-#
236Am95141236.04958(11)#3.6(1) 분β+, α236Pu, 232Np
237Am95142237.05000(6)#73.0(10) 분β+ (99.97%), α (0.025%)237Pu, 233Np5/2(-)
238Am95143238.05198(5)98(2) 분β+, α (10−4%)238Pu, 234Np1+
238mAm2500(200)# keV35(10) µs|
239Am95144239.0530245(26)11.9(1) 시간ε (99.99%), α (0.01%)239Pu, 235Np(5/2)-
239mAm2500(200) keV163(12) ns| (7/2+)
240Am95145240.055300(15)50.8(3) 시간β+, α (1.9×10−4%)240Pu, 236Np(3-)
241Am[16]95146241.0568291(20)432.2(7) 년α, CD (7.4×10−10%), SF (4.3×10−10%)237Np, 207Tl, 34Si, 다양5/2-
241mAm2200(100) keV1.2(3) µs|
242Am95147242.0595492(20)16.02(2) 시간β- (82.7%), ε (17.3%)242Cm, 242Pu1-
242m1Am48.60(5) keV141(2) 년IT (99.54%), α (0.46%), SF (1.5×10−8%)242Am, 238Np, 다양5-
242m2Am2200(80) keV14.0(10) ms| (2+,3-)
243Am[16]95148243.0613811(25)7,370(40) 년α, SF (3.7×10−9%)239Np, 다양5/2-
244Am95149244.0642848(22)10.1(1) 시간β-244Cm(6-)#
244mAm86.1(10) keV26(1) 분β- (99.96%), ε (0.0361%)244Cm, 244Pu1+
245Am95150245.066452(4)2.05(1) 시간β-245Cm(5/2)+
246Am95151246.069775(20)39(3) 분β-246Cm(7-)
246m1Am30(10) keV25.0(2) 분β- (99.99%), IT (0.01%)246Cm, 246Am2(-)
246m2Am~2000 keV73(10) µs|
247Am95152247.07209(11)#23.0(13) 분β-247Cm(5/2)#
248Am95153248.07575(22)#3# 분β-248Cm
249Am95154249.07848(32)#1# 분β-249Cm


  • # 표시는 실험값이 아닌 경향성에 따른 추정값이며, 불확실한 스핀 값은 괄호 안에 표기했다.
  • 괄호 안의 숫자는 표준 편차를 나타내는 값의 불확실성이다.

2. 1. 아메리슘-241



아메리슘-241은 이온화 연기 감지기에 사용된다.
241Am은 핵폐기물에서 얻을 수 있는 가장 흔한 아메리슘 동위 원소이다.[12] 아메리슘 동위 원소 중 유일하게 실용적인 용도로 사용되는 동위 원소이며, 주로 화재 경보기에 사용된다. 아메리슘이 방출하는 알파 입자가 연기에 흡수되면서 공기가 이온화되는 정도의 차이가 발생한다는 점을 이용한 것이다.[13] 또, 반감기가 비교적 길어 원자력 전지에 사용할 수도 있다.241Am은 241Pu의 베타 붕괴, 241Cm의 전자 포획, 245Bk의 알파 붕괴 결과물로 생성되며, 알파 붕괴를 통해 붕괴하면서 감마선을 함께 방출한다.

매개변수값
원자 질량241.056829 u
질량 과잉52930 keV
베타 붕괴 붕괴 에너지−767 keV
스핀5/2−
반감기432.6년
자연 핵분열1200 per kg s
붕괴열114 watts/kg



가능한 모핵종: 241Pu에서 방출되는 베타선, 241Cm에서 전자 포획, 245Bk에서 알파선.241Am은 알파 붕괴를 하며, 부산물로 감마선을 생성한다. 플루토늄 내에서의 존재는 241Pu의 초기 농도와 샘플의 연령에 따라 결정된다. 알파 방사선의 낮은 투과력 때문에 241Am은 섭취하거나 흡입했을 때만 건강상의 위험을 초래한다. 플루토늄-241을 함유한 오래된 플루토늄 샘플에는 241Am이 축적된다. 플루토늄 핏 재처리 중에 아메리슘을 재처리된 플루토늄에서 화학적으로 제거해야 할 수 있다.

2. 2. 아메리슘-242m

242mAm은 239Pu와 비슷한 낮은 임계 질량을 가진 핵분열성 물질이다.[6] 핵분열 핵 단면적이 매우 높아 원자로에서 생성될 경우 빠르게 파괴된다. 이 동위 원소를 새로운 유형의 핵 로켓에 사용할 수 있는지 연구되었다.[7][8]

아메리슘-242m의 질량은 242.0595492 g/mol이다. 이는 더 높은 에너지의 핵 이성질체가 바닥 상태인 아메리슘-242보다 더 안정적인, 108mAg, 166mHo, 180mTa, 186mRe, 192mIr, 210mBi, 212mPo 등과 같은 드문 경우 중 하나이다.[5]

242mAm 붕괴 모드 (반감기: 141년)
확률붕괴 모드붕괴 에너지붕괴 생성물
99.54%이성질체 전이0.05 MeV242Am
0.46%알파 붕괴5.64 MeV238Np
(1.5±0.6) × 10-10[4]자발 핵분열~200 MeV핵분열 생성물


2. 3. 아메리슘-243

아메리슘-243 샘플


'''아메리슘-243'''은 질량이 243.06138 g/mol이며 반감기는 7,370년으로, 모든 아메리슘 동위 원소 중에서 가장 오래 지속된다. 핵연료 주기에서 플루토늄-242에 중성자 포획이 일어나고 그 뒤에 베타 붕괴가 일어나면서 생성된다.[9] 연소도가 증가함에 따라 생산량이 기하급수적으로 증가하며, 238U에 총 5번의 중성자 포획이 필요하다. MOX 연료를 사용할 경우, 특히 241|Pu|플루토늄-241영어와 242|Pu|플루토늄-242영어가 많이 포함된 MOX 연료를 사용할 경우, 전체적으로 더 많은 아메리슘과 더 많은 243|Am|아메리슘-243영어이 생산된다.

아메리슘-243은 알파 입자를 방출(붕괴 에너지 5.27 MeV)[9]하여 239|Np|넵투늄-239영어이 되거나, 드물게는 자발 핵분열을 통해 붕괴된다.[10] 239Np은 이후 빠르게 239Pu로 붕괴한다.

다른 아메리슘 동위 원소와 마찬가지로, 그리고 일반적으로 모든 알파 방출 핵종과 마찬가지로, 243Am은 흡입 또는 섭취 후 내부 오염이 발생할 경우 발암 물질이다. 243Am은 또한 단수명 붕괴 생성물인 239Np에서 방출되는 감마선과 관련된 외부 방사선 조사 위험을 제시한다. 다른 두 아메리슘 동위 원소(241Am 및 242mAm)의 외부 방사선 조사 위험은 아메리슘-243의 10% 미만이다.[2]

2. 4. 기타 동위 원소

223Am부터 249Am까지 아메리슘의 여러 동위 원소들이 존재한다. 이들 대부분은 짧은 반감기를 가지며, 붕괴 방식을 통해 다른 원소로 변환된다. 아래 표는 각 동위 원소의 질량, 반감기, 붕괴 방식, 핵 스핀 등의 정보를 정리한 것이다.[14][15]

핵종양성자 수중성자 수동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식붕괴 생성물핵 스핀
231Am95136231.04556(32)#30# 초β+, α (드묾)231Pu, 227Np
232Am95137232.04659(32)#79(2) 초β+ (98%), α (2%), β+, SF (0.069%)232Pu, 228Np, 다양
233Am95138233.04635(11)#3.2(8) 분β+, α233Pu, 229Np
234Am95139234.04781(22)#2.32(8) 분β+ (99.95%), α (0.04%), β+, SF (0.0066%)234Pu, 230Np, 다양
235Am95140235.04795(13)#9.9(5) 분β+, α (드묾)235Pu, 231Np5/2-#
236Am95141236.04958(11)#3.6(1) 분β+, α236Pu, 232Np
237Am95142237.05000(6)#73.0(10) 분β+ (99.97%), α (0.025%)237Pu, 233Np5/2(-)
238Am95143238.05198(5)98(2) 분β+, α (10−4%)238Pu, 234Np1+
238mAm2500(200)# keV35(10) µs|
239Am95144239.0530245(26)11.9(1) 시간ε (99.99%), α (0.01%)239Pu, 235Np(5/2)-
239mAm2500(200) keV163(12) ns| (7/2+)
240Am95145240.055300(15)50.8(3) 시간β+, α (1.9×10−4%)240Pu, 236Np(3-)
241Am[16]95146241.0568291(20)432.2(7) 년α, CD (7.4×10−10%), SF (4.3×10−10%)237Np, 207Tl, 34Si, 다양5/2-
241mAm2200(100) keV1.2(3) µs|
242Am95147242.0595492(20)16.02(2) 시간β- (82.7%), ε (17.3%)242Cm, 242Pu1-
242m1Am48.60(5) keV141(2) 년IT (99.54%), α (0.46%), SF (1.5×10−8%)242Am, 238Np, 다양5-
242m2Am2200(80) keV14.0(10) ms| (2+,3-)
243Am[16]95148243.0613811(25)7,370(40) 년α, SF (3.7×10−9%)239Np, 다양5/2-
244Am95149244.0642848(22)10.1(1) 시간β-244Cm(6-)#
244mAm86.1(10) keV26(1) 분β- (99.96%), ε (0.0361%)244Cm, 244Pu1+
245Am95150245.066452(4)2.05(1) 시간β-245Cm(5/2)+
246Am95151246.069775(20)39(3) 분β-246Cm(7-)
246m1Am30(10) keV25.0(2) 분β- (99.99%), IT (0.01%)246Cm, 246Am2(-)
246m2Am~2000 keV73(10) µs|
247Am95152247.07209(11)#23.0(13) 분β-247Cm(5/2)#
248Am95153248.07575(22)#3# 분β-248Cm
249Am95154249.07848(32)#1# 분β-249Cm


  • #으로 표시된 값은 실험적으로 얻어진 값이 아니라, 일부 경향성에 근거한 추정값이다. 불확실한 스핀 값은 괄호 안에 표기했다.
  • 괄호 안의 숫자는 값의 불확실성을 나타내며, 표준 편차를 의미한다.

3. 아메리슘 동위 원소 표

기호Z (p)N (n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[1][2]붕괴 생성물핵 스핀들뜬 에너지231Am95136231.04556(32)#30# sβ+231Purowspan=2|α (드묾)227Np232Am95137232.04659(32)#79(2) sβ+ (98%)232Purowspan=3|α (2%)228Npβ+, SF (0.069%)다양233Am95138233.04635(11)#3.2(8) minβ+233Purowspan=2|α229Np234Am95139234.04781(22)#2.32(8) minβ+ (99.95%)234Purowspan=3|α (0.04%)230Npβ+, SF (0.0066%)다양235Am95140235.04795(13)#9.9(5) minβ+235Pu5/2-#α (드묾)231Np236Am95141236.04958(11)#3.6(1) minβ+236Purowspan=2|α232Np237Am95142237.05000(6)#73.0(10) minβ+ (99.97%)237Pu5/2(-)α (0.025%)233Np238Am95143238.05198(5)98(2) minβ+238Pu1+α (10−4%)234Np238mAm2500(200)# keV35(10) µs239Am95144239.0530245(26)11.9(1) hε (99.99%)239Pu(5/2)-α (0.01%)235Np239mAm2500(200) keV163(12) ns(7/2+)240Am95145240.055300(15)50.8(3) hβ+240Pu(3-)α (1.9×10−4%)236Np241Am95146241.0568291(20)432.2(7) aα237Np5/2-CD (7.4×10−10%)207Tl, 34SiSF (4.3×10−10%)다양241mAm2200(100) keV1.2(3) µs242Am95147242.0595492(20)16.02(2) hβ- (82.7%)242Cm1-ε (17.3%)242Pu242m1Amcolspan="3" | 48.60(5) keV141(2) aIT (99.54%)242Am5-α (0.46%)238NpSF (1.5×10−8%)다양242m2Am2200(80) keV14.0(10) ms(2+,3-)243Am95148243.0613811(25)7,370(40) aα239Np5/2-SF (3.7×10−9%)다양244Am95149244.0642848(22)10.1(1) hβ-244Cm(6-)#244mAmcolspan="3" | 86.1(10) keV26(1) minβ- (99.96%)244Cm1+ε (0.0361%)244Pu245Am95150245.066452(4)2.05(1) hβ-245Cm(5/2)+246Am95151246.069775(20)39(3) minβ-246Cm(7-)246m1Amcolspan="3" | 30(10) keV25.0(2) minβ- (99.99%)246Cm2(-)IT (0.01%)246Am246m2Am~2000 keV73(10) µs247Am95152247.07209(11)#23.0(13) minβ-247Cm(5/2)#248Am95153248.07575(22)#3# minβ-248Cm249Am95154249.07848(32)#1# minβ-249Cm





4. 악티늄족 vs 핵분열 생성물

#넘겨주기

참조

[1] 논문 New short-lived isotope 223Np and the absence of the Z = 92 subshell closure near N = 126 https://www.research[...] 2017
[2] 웹사이트 Americium http://www.ead.anl.g[...] Argonne National Laboratory, EVS 2012-07-30
[3] 논문 Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels https://www.tandfonl[...] 2004-04
[4] 논문 Spontaneous Fission Half-Life of Am{{sup|242''m''}} 1967-03
[5] 웹사이트 95-Am-242 http://www.matpack.d[...] 2011-07-19
[6] 웹사이트 Critical Mass Calculations for 241Am, 242mAm and 243Am http://typhoon.jaea.[...] 2011-02-03
[7] 간행물 Extremely Efficient Nuclear Fuel Could Take Man To Mars In Just Two Weeks https://www.scienced[...] Ben-Gurion University Of The Negev 2000-12-28
[8] 논문 Ultra-thin 241mAm fuel elements in nuclear reactors 2000
[9] 웹사이트 Americium-243 http://www.ornl.gov/[...] Oak Ridge National Laboratory 2011-02-25
[10] 웹사이트 Isotopes of the Element Americium http://education.jla[...] Jefferson Lab Science Education 2009-12-25
[11] 서적 Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements https://archive.org/[...] Oxford University Press
[12] 웹사이트 Americium http://www.ead.anl.g[...] Argonne National Laboratory, EVS 20110716164652
[13] 웹인용 가정용 제품에도 사용되는 초우라늄 원소, 아메리슘 http://navercast.nav[...] 2014-08-06
[14] 문서 http://www.nucleonic[...]
[15] 문서 약자
[16] 문서 가장 흔한 동위 원소


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