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퀴륨

last modified: 2014-11-10 18:47:34 by Contributors

Curium

원소의 일종으로, 원자번호 96번.


플루토늄과 마찬가지로 강한 방사능을 지니기 때문에 아주 위험한 원소이다. 하지만 동위원소인 퀴륨-244는 1g당 2.8W의 열 에너지를 방출하기 때문에 페이스메이커나 항해용 부이의 전원, 우주계획용의 전원으로서 이용된다. 이것은 퀴륨-244가 알파 방사체로, 알파 입자가 쉽게 차폐가능하기 때문에 이용이 가능한 것이다.
하지만 생산량이 낮아 비싸며, 자발핵분열 비율이 알파붕괴 비율의 75만분의 1이지만 반감기가 18.1년밖에 되지 않아 상당히 자발핵분열로 인해 생성되는 감마선이 많이 나온다.
자발핵분열로 인해 튀어나오는 감마선, 중성자선이 플루토늄-238의 3500배나 되기 때문에 어느 정도 두꺼운 차폐제가 필요하다.
물론 제조가 불가능할 정도로 위험하지는 않지만,거의 플루토늄-238을 다룰 때보다 4~5배 두껍게 차폐제를 해야 한다.
하지만 우주선의 전지로 이용할 수 있던 것은 플루토늄-238의 5배나 내뿜기 때문에 그만큼 연료부피가 작아지기 때문이다.

하지만 처음 제작할 때 피폭될 수 있는 위험도가 플루토늄-238보다 높기에 항상 제한은 따르게 된다.
또한 양도 적게 생산되기 때문에 지금은 플루토늄-238을 위주로 이용하고 있다.
값싼 스트론튬-90도 차폐제가 두껍게 제작되어야 하지만 대량 생산되기 때문에 이용되고 있다.

퀴륨-242는 반감기 162.8일로 플루토늄-238로 붕괴하며 역시 반감기가 짧아 자발핵분열로 인해 튀어나오는 감마선과 중성자선이 만만치 않다.
알파입자를 내뿜기 때문에 전지로 이용되며 붕괴된 산물도 플루토늄-238이기 때문에 전지로 이용되는데 퀴륨-244보다 이용도가 더 높다.

퀴륨 전지를 만드는 퀴륨-242와 244는 전지용 동위체 생산용 원자로에서 따로 생산하며 아메리슘-241이나 플루토늄-242를 핵분열성 동위체와 섞어서 생산한다.
하지만 자발핵분열로 인해 생성되는 감마선과 중성자선으로 인해 앞으로는 플루토늄-238의 이용도가 더 중요해질 전망이다.

퀴륨-247은 반감기가 1565만년으로 태양계 초기에는 존재했었지만 이미 명왕누대 시기에 사라진 절멸핵종이다.
퀴륨-243은 반감기가 29.1년이며 1g당 1.8W의 에너지를 내지만 아쉽게도 알파붕괴와 동시에 감마선도 내뿜기 때문에 전지로 이용하는 건 불가능하다.
퀴륨-245는 핵분열성 동위체로 임계질량이 6.5kg으로 플루토늄-239보다 훨씬 더 좋은 성능을 내지만 원자로에서 극소량이 생성되기 때문에 실제 핵무기 제조는 불가능하다. 또한 반감기도 8500년이며 알파붕괴를 하여 플루토늄-241로 붕괴하는데 알파붕괴와 동시에 감마선도 방출하여 극도로 위험하기 때문에 사실상 대량으로 다루기는 불가능하며, 실험실에서 연구용으로 소량 이용하고 있다.

퀴륨-246은 자발핵분열 비율은 알파붕괴의 3800분의 1로 높지만 반감기가 4760년으로 길기 때문에 오히려 퀴륨-244보다도 자발핵분열에 대한 위험성에선 안전하다.
하지만 1kg당 10W밖에 출력을 내지 못한다는 점과 극소량 생성되기 때문에 연구용을 제외하고는 이용을 못하고 있다.

퀴륨-248은 반감기가 34만 8010년이지만 자발핵분열 비율이 8.26%로 매우 높기 때문에 퀴륨-244와 퀴륨-246보다도 더 많은 감마선을 내뿜는다.
따라서 핵폐기물로 분류되지만 어차피 원자로 내에서 극소량만이 생성되기 때문에 위험성 있는 핵폐기물로 분류하지는 않으며, 연구용 원자로에서 소량 생성되어 캘리포늄 합성에 주로 이용되고 있다.

퀴륨-250은 반감기가 8300년이지만 자발핵분열의 비율이 80%나 되어 실제로는 더 빨리 붕괴한다.
반감기 8300년이란 값은 퀴륨-250의 물리적 특성과 관측을 고려해서 연구로 도출된 값이다. 실제 반감기는 약간 다를수도 있지만 그래도 많이 보정된 값이라 여러번 값을 도출해도 몇년 차이나지 않는다.
자발핵분열로 인해 튀어나오는 중성자가 퀴륨-250의 시료를 오염시키기 때문에 반감기를 측정하는 것이 어려웠으나 현재는 실수치에 거의 정확하게 보정된 상태이다.

참고로 반감기가 8300년이란 값은 퀴륨-250이 중성자 오염을 받지 않았을 때 다른 동위체로 붕괴한다는 수치로 실제 퀴륨-250은 자발핵분열로 튀어나오는 중성자의 영향으로 반감기값보다 더 빨리 붕괴한다.

퀴륨-250처럼 자발핵분열 비율이 80% 이상인 동위체는 캘리포늄-254와 페르뮴-258이 있다.

당연히 눈치빠른 사람이라면 이미 알고있겠지만, 이 원소의 이름은 바로 부부의 성을 따서 지어졌다.

사족으로 퀴리 부부는 방사능의 단위로서도 이름을 남겼는데, 방사능 단위 'Ci(퀴리)'는 방사성원소가 1초에 370억개 붕괴하는 단위를 말하며, 라듐 1g의 방사능이 1Ci이다. 현재는 다른 단위로 대체되었다.
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