퀴륨 동위 원소

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1. 개요
2. 퀴륨 동위 원소 목록
3. 퀴륨 동위 원소 표
4. 악티늄족 vs 핵분열 생성물
참조

1. 개요

퀴륨 동위 원소는 퀴륨 원자의 다양한 형태를 설명하며, ²³²Cm부터 ²⁵²Cm까지 인공적으로 생성된 여러 동위 원소 목록과 각 동위 원소의 특성을 표로 제공한다. 퀴륨-242는 원자력 전지 연료로 사용될 수 있으며, 퀴륨-243, 245, 247, 248, 250은 핵연료로서의 잠재력을 가지나, 퀴륨-246은 핵폐기물로 분류된다. 또한 퀴륨 동위 원소는 악티늄족 원소와 핵분열 생성물에 모두 속한다.

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퀴륨 동위 원소
퀴륨 동위 원소 정보
원소 기호	Cm
원자 번호	96
퀴륨-242
질량수	242
반감기	162.8일
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-238) 자발 핵분열 CD 붕괴 (생성: 납-208)
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-243
질량수	243
반감기	29.1년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-239) ε 붕괴 (생성: 아메리슘-243) 자발 핵분열
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-244
질량수	244
반감기	18.11년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-240) 자발 핵분열
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-245
질량수	245
반감기	8250년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-241) 자발 핵분열
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-246
질량수	246
반감기	4760년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-242) 자발 핵분열
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-247
질량수	247
반감기	1.56×10^7년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-243)
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-248
질량수	248
반감기	3.480×10^5년
붕괴 방식	α 붕괴 (생성: 플루토늄-244) 자발 핵분열
핵종 참고	합성 핵종
퀴륨-250
질량수	250
반감기	8300년
붕괴 방식	자발 핵분열 α 붕괴 (생성: 플루토늄-246) β- 붕괴 (생성: 버클륨-250)
핵종 참고	합성 핵종

2. 퀴륨 동위 원소 목록

퀴륨은 자연에서 발견되지 않고 인공적으로 만들어지는 원소이다. ²³²Cm부터 ²⁵²Cm까지 다양한 동위 원소가 존재한다.^[9]^[10]^[11]

핵종 기호	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식^[9]^[10]	붕괴 생성물^[11]	핵 스핀
핵종 기호	들뜬 에너지			반감기	붕괴 방식^[9]^[10]	붕괴 생성물^[11]	핵 스핀
²³²Cm	96	136		1? 분			0+
²³³Cm	96	137	233.05077(8)	1# 분	β⁺	²³³Am	3/2+#
²³³Cm	96	137	233.05077(8)	1# 분	α	²²⁹Pu	3/2+#
²³⁴Cm	96	138	234.05016(2)	51(12) 초	β⁺	²³⁴Am	0+
²³⁴Cm	96	138	234.05016(2)	51(12) 초	α	²³⁰Pu	0+
²³⁵Cm	96	139	235.05143(22)#	5# 분	β⁺	²³⁵Am	5/2+#
²³⁵Cm	96	139	235.05143(22)#	5# 분	α	²³¹Pu	5/2+#
²³⁶Cm	96	140	236.05141(22)#	10# 분	β⁺	²³⁶Am	0+
²³⁶Cm	96	140	236.05141(22)#	10# 분	α	²³²Pu	0+
²³⁷Cm	96	141	237.05290(22)#	20# 분	β⁺	²³⁷Am	5/2+#
²³⁷Cm	96	141	237.05290(22)#	20# 분	α	²³³Pu	5/2+#
²³⁸Cm	96	142	238.05303(4)	2.4(1) 시간	ε (90%)	²³⁸Am	0+
²³⁸Cm	96	142	238.05303(4)	2.4(1) 시간	α (10%)	²³⁴Pu	0+
²³⁹Cm	96	143	239.05496(11)#	~2.9 시간	β⁺ (99.9%)	²³⁹Am	(7/2-)
²³⁹Cm	96	143	239.05496(11)#	~2.9 시간	α (0.1%)	²³⁵Pu	(7/2-)
²⁴⁰Cm	96	144	240.0555295(25)	27(1) 일	α (99.5%)	²³⁶Pu	0+
					ε (0.5%)	²⁴⁰Am
					SF (3.9×10⁻⁶%)	다양
²⁴¹Cm	96	145	241.0576530(23)	32.8(2) 일	ε (99%)	²⁴¹Am	1/2+
²⁴¹Cm	96	145	241.0576530(23)	32.8(2) 일	α (1%)	²³⁷Pu	1/2+
²⁴²Cm^[12]	96	146	242.0588358(20)	162.8(2) 일	α	²³⁸Pu	0+
					SF (6.33×10⁻⁶%)	다양
					CD (10⁻¹⁴%)^[13]	²⁰⁸Pb³⁴Si
					β⁺β⁺ (드묾)	²⁴²Pu
²⁴³Cm	96	147	243.0613891(22)	29.1(1) 년	α (99.71%)	²³⁹Pu	5/2+
					ε (0.29%)	²⁴³Am
					SF (5.3×10⁻⁹%)	다양
^243mCm	87.4(1) keV			1.08(3) µs			1/2+
²⁴⁴Cm^[12]	96	148	244.0627526(20)	18.10(2) 년	α	²⁴⁰Pu	0+
²⁴⁴Cm^[12]	96	148	244.0627526(20)	18.10(2) 년	SF (1.34×10⁻⁴%)	다양	0+
^244mCm	1040.188(12) keV			34(2) ms	IT	²⁴⁴Cm	6+
²⁴⁵Cm	96	149	245.0654912(22)	8.5(1)×10³ 년	α	²⁴¹Pu	7/2+
²⁴⁵Cm	96	149	245.0654912(22)	8.5(1)×10³ 년	SF (6.1×10⁻⁷%)	다양	7/2+
^245mCm	355.90(10) keV			290(20) ns			1/2+
²⁴⁶Cm	96	150	246.0672237(22)	4.76(4)×10³ 년	α (99.97%)	²⁴²Pu	0+
²⁴⁶Cm	96	150	246.0672237(22)	4.76(4)×10³ 년	SF (0.0261%)	다양	0+
²⁴⁷Cm	96	151	247.070354(5)	1.56(5)×10⁷ 년	α	²⁴³Pu	9/2-
²⁴⁸Cm	96	152	248.072349(5)	3.48(6)×10⁵ 년	α (91.74%)	²⁴⁴Pu	0+
					SF (8.26%)	다양
					β^-β^- (드묾)	²⁴⁸Cf
²⁴⁹Cm	96	153	249.075953(5)	64.15(3) 분	β^-	²⁴⁹Bk	1/2(+)
^249mCm	48.758(17) keV			23 µs			(7/2+)
²⁵⁰Cm	96	154	250.078357(12)	8,300# 년	SF (80%)^[14]	다양	0+
					α (11%)	²⁴⁶Pu
					β^- (9%)	²⁵⁰Bk
²⁵¹Cm	96	155	251.082285(24)	16.8(2) 분	β^-	²⁵¹Bk	(1/2+)
²⁵²Cm	96	156	252.08487(32)#	<1 일	β^-	²⁵²Bk	0+

2. 1. 퀴륨-232 ~ 퀴륨-241

2. 2. 퀴륨-242

퀴륨-242는 반감기가 162.8일이다. 알파 붕괴하여 플루토늄-238이 된다. 아메리슘-241이 중성자를 하나 흡수하면 아메리슘-242가 되고, 이 아메리슘-242는 베타 붕괴하여 퀴륨-242가 된다.

퀴륨-242는 원자력 전지의 연료로 사용될 수 있다. 플루토늄-238로 붕괴하므로 핵전지 연료로 적합하다.

실험용 원자로에서 아메리슘-241을 우라늄과 섞어 운전하면 퀴륨-242를 대량 생산할 수 있으며, 이를 통해 플루토늄-238 생산에 이용한다.

2. 3. 퀴륨-243

퀴륨-243은 반감기가 29.1년이며 알파 붕괴를 한다. 좋은 핵전지의 연료이지만 매우 적은 양이 생성되기 때문에 실험용으로만 쓰인다. 퀴륨-242가 중성자를 하나 흡수하면 형성되며, 열중성자 핵분열 비율이 84~86%, 고속 중성자(자원중성자) 핵분열 비율도 75~78%나 되기 때문에 이론상으로 좋은 핵연료가 된다. 임계질량은 8kg이며 중성자 반사제를 이용하면 3kg만으로도 핵무기를 제조할 수 있지만, 실제로는 매우 적은 양이 생성되고 알파 붕괴와 함께 감마선도 방출하며, 반감기도 매우 짧아 이 동위체를 이용한 핵무기 제조는 불가능하다.

2. 4. 퀴륨-244

퀴륨-244는 반감기가 18.1년이며 알파 붕괴한다. 아메리슘-243이나 퀴륨-243이 중성자를 하나 흡수하면 형성된다. 생성량이 적어 실용성은 없고 실험용으로 제한적으로 이용된다.

2. 5. 퀴륨-245

퀴륨-245는 열중성자 핵분열 비율이 85~86%, 고속 중성자(자원중성자) 핵분열 비율도 84~86%로 어느 선속에서나 핵분열을 잘 하므로 좋은 핵연료가 된다. 원자로에서 극미량 형성되며 반감기는 8500년이다. 임계질량은 9.5kg이며, 중성자 반사제를 이용하면 2.5kg만으로도 핵무기 제조가 가능하지만 극미량만이 생산되기 때문에 실제 제조는 불가능하다.

2. 6. 퀴륨-246

퀴륨-245가 중성자를 하나 흡수하여 생성된다. 자발 핵분열 비율이 높아 많은 중성자가 생성되기 때문에 극히 위험하여 핵폐기물로 분류되며 퀴륨-247을 생산할 때 이용된다.

2. 7. 퀴륨-247

퀴륨-247은 반감기가 1560만 년으로 태양계 초창기에는 존재했었지만 현재는 사라진 절멸 핵종이며, 핵폐기물이나 실험실에서 미량으로 생성된다.

열중성자 핵분열 비율이 58~60%, 고속 중성자(자원중성자) 핵분열 비율도 60~65%에 이르기 때문에 좋은 핵연료가 된다. 임계 질량은 7kg이며 중성자 반사제를 이용하면 2.8kg까지 낮출 수 있다.

자발 핵분열 비율이 매우 낮아 핵무기 재료로 매우 적합하나, 미량으로밖에 얻을 수 없어 실제 제조는 불가능하다.

2. 8. 퀴륨-248

퀴륨-248은 반감기가 34만 8천 년으로, 태양계 초창기에 존재했지만 현재는 사라진 절멸 핵종 중 하나이다. 반감기로 보아 태양계의 극히 초창기에나 존재했었다. 자발 핵분열 비율이 8.26%로 매우 높지만, 반감기가 길어 자발 핵분열로 인한 중성자로 인한 연쇄 핵분열은 일어나지 않는다.

2. 9. 퀴륨-249

퀴륨-248이 중성자를 하나 흡수하면 생성되며 버클륨-249로 붕괴한다.

2. 10. 퀴륨-250

퀴륨-250은 반감기가 8300년이지만 자발 핵분열 비율이 80%나 된다. 자발 핵분열로 인해 튀어나오는 중성자는 핵분열성 핵자인 ²⁵¹Cf을 대량 형성하고, 이 동위체가 핵분열하면서 중성자를 방출해 퀴륨-250을 오염시킨다. 이러한 특성 때문에 이론상 퀴륨-250은 원자로에서 핵 연료로 이용될 수 있다.

베타 붕괴와 알파 붕괴 비율은 합쳐서 20%이지만, 붕괴가 계속되면서 시료가 오염되어 시간이 지날수록 이 비율이 나오지 않는다. 결국 중성자 때문에 퀴륨-250 시료가 오염되어 반감기를 측정하기 어려워진다. 현재 밝혀진 8300년의 반감기는 실제 붕괴 관측과 핵자 상수 값을 복합적으로 이용하여 측정된 값으로, 오차는 있지만 최근에는 정확한 값에 가깝게 많이 보정된 상태이다.

2. 11. 퀴륨-251, 퀴륨-252

3. 퀴륨 동위 원소 표

기호Z(p)N(n)동위 원소 질량
(u)반감기붕괴
방식^[9]^[10]붕괴
생성물^[11]핵
스핀들뜬 에너지²³²Cm961361? min0+²³³Cm96137233.05077(8)1# minβ⁺²³³Am3/2+#α²²⁹Pu²³⁴Cm96138234.05016(2)51(12) sβ⁺²³⁴Am0+α²³⁰Pu²³⁵Cm96139235.05143(22)#5# minβ⁺²³⁵Am5/2+#α²³¹Pu²³⁶Cm96140236.05141(22)#10# minβ⁺²³⁶Am0+α²³²Pu²³⁷Cm96141237.05290(22)#20# minβ⁺²³⁷Am5/2+#α²³³Pu²³⁸Cm96142238.05303(4)2.4(1) hε (90%)²³⁸Am0+α (10%)²³⁴Pu²³⁹Cm96143239.05496(11)#~2.9 hβ⁺ (99.9%)²³⁹Am(7/2-)α (0.1%)²³⁵Pu²⁴⁰Cm96144240.0555295(25)27(1) dα (99.5%)²³⁶Pu0+ε (0.5%)²⁴⁰AmSF (3.9×10⁻⁶%)다양²⁴¹Cm96145241.0576530(23)32.8(2) dε (99%)²⁴¹Am1/2+α (1%)²³⁷Pu²⁴²Cm^[12]96146242.0588358(20)162.8(2) dα²³⁸Pu0+SF (6.33×10⁻⁶%)다양CD (10⁻¹⁴%)^[13]²⁰⁸Pb³⁴Siβ⁺β⁺ (드묾)²⁴²Pu²⁴³Cm96147243.0613891(22)29.1(1) aα (99.71%)²³⁹Pu5/2+ε (0.29%)²⁴³AmSF (5.3×10⁻⁹%)다양^243mCm87.4(1) keV1.08(3) µs1/2+²⁴⁴Cm^[12]96148244.0627526(20)18.10(2) aα²⁴⁰Pu0+SF (1.34×10⁻⁴%)다양^244mCm1040.188(12) keV34(2) msIT²⁴⁴Cm6+²⁴⁵Cm96149245.0654912(22)8.5(1)×10³ aα²⁴¹Pu7/2+SF (6.1×10⁻⁷%)다양^245mCm355.90(10) keV290(20) ns1/2+²⁴⁶Cm96150246.0672237(22)4.76(4)×10³ aα (99.97%)²⁴²Pu0+SF (0.0261%)다양²⁴⁷Cm96151247.070354(5)1.56(5)×10⁷ aα²⁴³Pu9/2-²⁴⁸Cm96152248.072349(5)3.48(6)×10⁵ aα (91.74%)²⁴⁴Pu0+SF (8.26%)다양β^-β^- (드묾)²⁴⁸Cf²⁴⁹Cm96153249.075953(5)64.15(3) minβ^-²⁴⁹Bk1/2(+)^249mCm48.758(17) keV23 µs(7/2+)²⁵⁰Cm96154250.078357(12)8,300# aSF (80%)^[14]다양0+α (11%)²⁴⁶Puβ^- (9%)²⁵⁰Bk²⁵¹Cm96155251.082285(24)16.8(2) minβ^-²⁵¹Bk(1/2+)²⁵²Cm96156252.08487(32)#<1 dβ^-²⁵²Bk0+