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제논-133

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목차

1. 개요

제논-133(133Xe)은 원자력 발전소나 핵무기에서 핵분열 반응의 주요 생성물로, 특히 우라늄-235나 플루토늄-239의 핵분열 시 생성된다. 133Xe는 희가스이며, 화학 반응을 거의 하지 않고 좁은 틈새를 통과하여 대기 중에 쉽게 방출, 확산되며, 반감기가 비교적 길어 원자력 사고나 핵실험 시 측정 대상이 된다. 133Xe는 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고와 같은 원자력 사고 시 다량으로 방출되었으며, 핵실험 감시에도 활용된다. 또한 133Xe는 감마선을 방출하여 폐 환기 기능이나 뇌 혈류 기능을 신티그래피로 영상화하는 검사용 흡입 가스로 의학적으로 사용된다.

2. 핵분열과의 관련

핵연료로 연소했을 때의 233U, 235U, 239Pu의 핵분열 생성물의 수율 그래프. 133Xe는 235U 및 239Pu의 열중성자에서의 핵분열에서 133Cs와 함께 가장 잘 발생하는 핵종이다.
133Xe는 원자력 발전소나 핵무기에서 사용되는 핵연료인 235U나 239Pu의 핵분열 반응에서 다량 생성되는 주요 핵종 중 하나이다.[2]

2. 1. 원자력 사고와 133Xe

133Xe는 핵분열 반응으로 생성되는 주요 핵종이며, 원자력 사고 시에 방출되는 방사성 물질의 상당한 양을 차지한다.[2] 133Xe는 핵분열 반응 조건에 따라 생성되는 핵종의 종류나 비율에 약간의 차이가 있지만, 137Cs나 131I와 거의 비슷한 압도적인 양이 생성된다. 또한 제논은 희가스이기 때문에 거의 화학 반응을 하지 않고, 단원자 분자이기 때문에 좁은 틈새도 통과하여 대기 중으로 쉽게 방출·확산된다. 반감기가 약간 길기 때문에 시간이 지나도 남아있기 쉽고, 원자력 사고나 핵실험 시에는 측정 대상이 되기 쉬운 핵종이다.[3]

예를 들어, 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고 시에는, 원자력안전보안원의 추정으로 ,[4] 노르웨이 공기 연구소의 추정으로 ,[5] 중앙 기상 지진 연구소의 추정으로 [6]나 되는 133Xe가 방출되었다고 추정된다. 133Xe는 바람에 의해 며칠 만에 전 세계로 확산되었다.[5]

이처럼 다량으로 방출·확산되기 쉬운 133Xe이지만, 원자력 사고 시에 방사성 물질에 의한 오염이나 내부 피폭 등의 영향을 고려하는 핵종으로서 133Xe는 거론되지 않는다. 그것은 133Xe가 희가스로서의 성질을 가지기 때문에, 137Cs, 131I, 90Sr 등의 핵종과는 달리, 체내에 축적되기 어렵기 때문이다.

과거의 원자력 사고・핵무기에서의 133Xe의 방출량
×1017Bq
후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고[4]
체르노빌 원자력 발전소 사고[7]
히로시마 원자 폭탄 투하[8]
윈즈케일 원자로 화재 사고[9]



후쿠시마 제1 원자력 발전소에서 방출된 주요 방사성 동위원소의 양[4]
핵종×1015Bq
137Cs15
133Xe11000
134Cs18
131I160
90Sr0.14
132Te88



북한과 같은 일부 국가에 대해, 핵실험을 실시했는지 여부를 감시하는 데 135Xe와 함께 측정 대상이 되고 있다.[3] 2013년 북한의 핵실험에서는, 처음에는 유출된 방사성 물질의 검출이 되지 않았지만, 실험으로부터 55일 후에 포괄적 핵실험 금지 조약 기구가 일본의 다카사키시 및 러시아의 우스리스크에 설치한 검출기로, 매우 미량이지만 북한의 핵실험 유래로 추정되는 133Xe와 131mXe를 검출했다. 그 동위체비는 실험으로부터 검출일까지의 시간과 일치하는 것이었다.[10][11] 핵무기에서는 연료로 우라늄과 플루토늄 중 어느 것을 사용하는지에 따라 약간 방사성 동위원소의 비율이 변화하며, 그 비율도 잘 알려져 있기 때문에, 검출된 133Xe와 135Xe의 양으로부터, 간접적으로 어떤 종류의 핵무기를 사용했는지를 추정할 수 있다.[3]

2. 2. 핵실험 탐지와 133Xe

133Xe는 원자력 발전소나 핵무기에서 핵분열 반응을 하는 핵연료인 235U나 239Pu의 주요 핵분열 생성물이다.[2] 핵분열 반응 조건에 따라 생성되는 핵종의 종류나 비율은 약간씩 다르지만, 133Xe는 137Cs나 131I와 거의 비슷한 압도적인 양이 생성된다. 제논은 희가스이기 때문에 화학 반응을 거의 하지 않고, 단원자 분자이기 때문에 좁은 틈새도 통과하여 대기 중에 쉽게 방출·확산된다. 반감기가 약간 길어 시간이 지나도 남아있기 쉽기 때문에, 원자력 사고나 핵실험 시에는 측정 대상이 되기 쉽다.[3]

북한의 핵실험 여부를 감시하는 데 135Xe와 함께 133Xe 측정이 활용된다.[3] 2013년 북한 핵실험에서는 처음에는 유출된 방사성 물질이 검출되지 않았지만, 실험 55일 후 포괄적 핵실험 금지 조약 기구가 일본 다카사키시 및 러시아 우스리스크에 설치한 검출기에서 매우 미량이지만 북한 핵실험에서 유래한 것으로 추정되는 133Xe와 131mXe가 검출되었다. 그 동위체비는 실험부터 검출일까지의 시간과 일치했다.[10][11] 핵무기는 연료로 우라늄과 플루토늄 중 어느 것을 사용하는지에 따라 방사성 동위원소의 비율이 약간 변화하며, 그 비율도 잘 알려져 있다. 따라서 검출된 133Xe와 135Xe의 양으로 어떤 종류의 핵무기를 사용했는지 간접적으로 추정할 수 있다.[3]

3. 의학적 용도

133Xe영어는 주로 81.0keV의 감마선을 방출하므로, 폐의 환기 기능이나 뇌 혈류의 기능을 신티그래피로 영상화하기 위한 검사용 흡입 가스로 사용된다. 폐에서 흡입한 경우, 체내를 순환한 133Xe영어의 95%가 폐에서 체외로 배출된다. 건강한 사람 5명을 대상으로 3.70×108Bq의 133Xe영어 흡입 실험에서 공기에 의한 배출의 생물학적 반감기는 평균 21초이다.[12][13] 133Xe영어는 원자력 발전소에서 대량으로 생성되므로, 이 용도로 원자로에서 회수되고 있다.[14]

참조

[1] 웹사이트 The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties National Nuclear Data Center http://www.nndc.bnl.[...] 2013-08-12
[2] 웹사이트 Periodic Table--Xenon United States Geological Survey http://wwwrcamnl.wr.[...]
[3] 웹사이트 A Technical Analysis: Deconstructing North Korea’s October 9 Nuclear Test Arms Control Association http://www.armscontr[...]
[4] 웹사이트 東京電力株式会社福島第一原子力発電所の事故に係る１号機、２号機及び３号機の炉心の状態に関する評価について 原子力安全・保安院 http://warp.da.ndl.g[...]
[5] 웹사이트 Xenon-133 and caesium-137 releases into the atmosphere from the Fukushima Dai-ichi nuclear power plant: determination of the source term, atmospheric dispersion, and deposition Atmospheric Chemistry and Physics http://www.atmos-che[...]
[6] 웹사이트 Reactor accident Fukushima – New international study on emissions of radioactive substances into the atmosphere Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik http://www.zamg.at/d[...]
[7] 웹사이트 Annex D. Health effects due to radiation from the Chernobyl accident United Nations http://www.unscear.o[...]
[8] 웹사이트 SCOPE 50 - Radioecology after Chernobyl Scientific Committee on Problems of the Environment http://www.scopenvir[...] 2016-03-08
[9] 서적 Radioactive Releases in the Environment
[10] 웹사이트 ＣＴＢＴＯによる２月１２日の北朝鮮により発表された核実験と一致する放射性核種の検知 外務省 https://www.mofa.go.[...]
[11] 뉴스 2月の北朝鮮核実験で放出か、高崎で放射性ガスを観測 https://jp.reuters.c[...] ロイター 2013-04-24
[12] 웹사이트 キセノン-１３３ＶＳＳ®ガス 医薬品情報データベース http://database.japi[...] 2016-08-22
[13] 웹사이트 ジーナイガス®-Xe133 富士フイルムRIファーマ株式会社 http://fri.fujifilm.[...] 2016-09-24
[14] 웹사이트 Xenon Los Alamos National Laboratory http://periodic.lanl[...]


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