프로트악티늄 동위 원소
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1. 개요
프로트악티늄 동위 원소는 프로트악티늄 원소의 다양한 핵종으로, 자연에 존재하는 두 가지 동위 원소(231Pa, 234Pa)와 여러 인공 동위 원소를 포함한다. 프로트악티늄-231은 가장 수명이 긴 동위 원소로, 반감기는 32,760년이며, 우라늄-235의 붕괴 사슬에서 생성된다. 프로트악티늄-233은 토륨 연료 주기의 일부이며, 토륨-232가 중성자를 포획하여 생성된 토륨-233의 베타 붕괴를 통해 생성된다. 프로트악티늄-234는 반감기가 6.70시간인 우라늄 계열의 구성원이며, 프로트악티늄-234m은 반감기가 1.17분인 방사성 동위 원소이다. 프로트악티늄-230은 표적 알파 입자 치료법에 사용될 수 있는 우라늄-230의 모핵종이다. 프로트악티늄 동위 원소들은 주로 알파 붕괴를 통해 악티늄 동위 원소로 붕괴하거나, 베타 붕괴(β+)를 통해 토륨 동위 원소로 붕괴한다.
프로트악티늄은 자연에 존재하는 두 가지 동위 원소(231Pa, 234Pa)와 여러 인공 동위 원소를 가지고 있다.231Pa은 프로트악티늄의 동위 원소 중 가장 수명이 길며, 우라늄-235의 붕괴 사슬에서 생성되어 악티늄 계열의 일부로 자연에서 극미량 발견된다.[13] 234Pa는 우라늄 계열의 구성원으로, 6.70(5) 시간의 반감기를 가진다.[14]
2. 프로트악티늄 동위 원소
이 외에도 212Pa부터 240Pa까지 다양한 인공 동위 원소가 존재하며, 대부분 짧은 반감기를 가진다.[10][11][12] 이들의 반감기, 붕괴 방식, 붕괴 생성물, 핵 스핀은 아래 표와 같다.
2. 1. 프로트악티늄-231
Protactinium영어-231(231Pa)은 프로트악티늄의 동위 원소 중 가장 수명이 길며, 반감기는 32,760년이다. 우라늄-235의 붕괴 사슬에서 생성되어 악티늄 계열의 일부로 자연에서 극미량 발견된다. 우라늄 광석에서 방사 평형 농도는 우라늄 100만 개당 46.55개의 231Pa이다.[1] 원자로에서, 토륨 연료 주기의 부산물로 생성되는 몇 안 되는 장수명 방사성 악티나이드 중 하나이며, 고속 중성자가 232Th 또는 232U에서 중성자를 제거하는 (n,2n) 반응의 결과로 생성된다. 중성자 포획에 의해서도 파괴될 수 있지만, 이 반응의 중성자 단면적은 낮다.
가능한 모핵종은 231Th에서의 베타 붕괴, 231U에서의 전자 포획, 235Np에서의 알파 붕괴이다. 스핀은 3/2−이다.
2. 1. 1. 핵적 특성
231Pa은 알파 붕괴를 통해 악티늄-227(227Ac)로 붕괴하며, 극히 드물게 뭉치 붕괴나 자발 핵분열을 일으키기도 한다. 결합 에너지는 1759860 keV이고, 베타 붕괴 에너지는 -382 keV이다.[1]
2. 2. 프로트악티늄-233
프로트악티늄-233(Protactinium영어-233)은 토륨 연료 주기의 일부이다. 이는 중성자 포획에 의해 천연 토륨-232로부터 생성된 토륨-233과 토륨 연료 주기의 핵분열성 연료인 우라늄-233 사이의 중간 베타 붕괴 생성물이다. 일부 토륨 주기 원자로 설계는 233Pa이 추가적인 중성자 포획을 통해 연료로 유용하지 않은 234Pa 및 U-234를 생성하는 것을 막기 위해 233Pa을 중성자 포획으로부터 보호하려고 시도한다.
2. 3. 프로트악티늄-234
'''프로트악티늄-234'''(234Pa)는 우라늄 계열의 구성원으로, 반감기는 6.70시간이다. 1921년 오토 한이 발견했다.[8]
2. 3. 1. 프로트악티늄-234m
카지미에시 파얀스와 오스왈드 헬무트 괴링이 1913년에 발견하였으며, 짧은 반감기를 가졌기에 브레븀이라고 명명되었다.[9] 약 99.8%의 234Th 붕괴는 바닥 상태(t1/2 = 6.70시간) 대신 이 이성질체를 생성한다.[9]
2. 4. 기타 동위 원소
프로트악티늄-212(212Pa)부터 프로트악티늄-240(240Pa)까지 다양한 인공 동위 원소가 존재한다.[10][11][12] 이들은 대부분 짧은 반감기를 가지며, 일부는 다음과 같은 붕괴 방식을 보인다.
230Pa은 중성자 139개를 가지며 반감기는 17.4일이다. 주로 230Th으로 양전자 방출 붕괴(92%)하며, 일부는 230U으로 베타 마이너스 붕괴(8%)한다. 매우 드물게 226Ac으로 알파 붕괴(0.003%)하기도 한다. 반감기가 짧고 235U, 238U, 232Th의 붕괴 사슬에서 발견되지 않아 자연에는 존재하지 않는다. 질량은 230.034541 u이다.230Pa은 표적 알파 입자 치료법(TAT)에 쓰일 수 있는 동위 원소인 230U의 모핵종으로 주목받고 있다. 자연 토륨에 양성자나 중수소를 조사하여 생성할 수 있다.[7]
프로트악티늄은 방사성 독성 때문에 현재 상업적 응용은 제한적이다. 231Pa은 과거 중성자 검출기의 교정원으로 사용되기도 했다. 233Pa은 토륨 연료 주기에서 중요한 역할을 하며, 차세대 원자로 개발에 있어 핵심적인 동위 원소이다.
[1]
간행물
Exploring the boundaries of the nuclear landscape: α-decay properties of 211Pa
https://jyx.jyu.fi/b[...]
2020-09-03
3. 프로트악티늄-230
4. 응용
참조
[2]
웹사이트
NNDC Chart of Nuclides, Adopted Levels for 219Pa
https://www.nndc.bnl[...]
[3]
간행물
Identification of the new isotope 224Np
https://www.research[...]
2018
[4]
문서
Intermediate [[decay product]] of [[Uranium-235|235U]]
[5]
문서
Intermediate decay product of [[neptunium-237|237Np]]
[6]
문서
Intermediate decay product of [[Uranium-238|238U]]
[7]
간행물
Separation of protactinium employing sulfur-based extraction chromatographic resins
https://www.research[...]
2018
[8]
문서
Discovery of the Actinium, Thorium, Protactinium, and Uranium Isotopes
https://people.nscl.[...]
2012-01-14
[9]
웹사이트
Human Health Fact Sheet - Protactinium
http://hpschapters.o[...]
Argonne National Laboratory (ANL)
2001-11
[10]
웹사이트
http://www.nucleonic[...]
[11]
문서
약자
[12]
문서
굵은 글씨는 안정 동위 원소
[13]
문서
[[우라늄-235|235U]]의 중간 [[붕괴 생성물]]
[14]
문서
[[우라늄-238|238U]]의 중간 붕괴 생성물
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