퀴륨

퀴륨
원소 정보
기호	Cm
원자 번호	96
전자 수	2, 8, 18, 32, 25, 9, 2 (준위별)
원자의 성질
원자 질량	247.070 Da
반지름	원자 174 pm
전기 음성도	1.3 (폴링 척도)
이온화 에너지	1차
물리적 성질
상태 (STP)	고체
밀도	13.51 g/cm3
결정 구조	육방정계
녹는점	1340 °C
끓는점	3110 °C
융해열	13.85 kJ/mol
기화열	(약) 32 kJ/mol

주기율표 7주기에 속하는 악티늄족 원소로, 원소기호 Cm 원자번호는 96이다.

제조법

원자로와 실험용 원자로 또는 가속기에서 생산된다. 원자로에서는 우라늄-238이 중성자를 먹어 플루토늄-239로 되고 이것이 다단 중성자를 먹게 되어 플루토늄-241을 형성한다. 일부의 루토늄-241은 아메리슘-241로 붕괴하는데 이 아메리슘-241에 중성자가 하나 충돌하면 Am-242가 되며 이것이 붕괴하여 Cm-242가 형성된다. 여기서 더 중성자를 흡수하면 더 무거운 퀴륨 동위체가 나오는데 보통 Cm-242와 Cm-244가 가장 많이 생성된다.

가속기에서는 플루토늄에 헬륨을 충돌시켜 퀴륨을 얻을 수 있는데 매우 소량이 형성되며 학문적으로 이용되고 있다.

성질

은백색 금속이지만 공기 중에 산화가 매우 잘 되며 보통 +2, +3가로 산화된다.

용도

242Cm은 플루토늄-238 제조에 주로 사용되고 244Cm은 과거에는 원자력 전지로 이용되어 왔으나 현재는 이용되고 있지 않는다. 그보다 무거운 246Cm 이상은 캘리포늄 합성에 사용되고 있다.

동위 원소

퀴륨의 동위 원소는 232Cm부터 252Cm까지 합성 되었다. 242Cm은 반감기가 160일이며 238Pu 생산에 이용되며 원자로에서 241Pu이 붕괴한 생성물인 241Am을 추출하여 실험용 원자로에서 운전하면 대량 생산 가능하다.

243Cm은 242Cm이 중성자를 흡수하면 생산되는데 알파선과 더불어 감마선을 많이 내뿜어 굉장히 위험하다. 임계질량이 8kg이며 중성자 반사제를 이용하면 3kg으로 핵무기를 제조할 수 있으나 실제로는 매우 적은 양이 생산되므로 핵무기 제조가 불가능하며, 감마선도 많이 내뿜어 원자력 전지로써의 이용도 불가능하다. 반감기는 29.1년이다.

244Cm은 원자력 전지로 이용하였으나 차폐제가 두꺼워 최근에는 거의 이용되고 있지 않는다. 자발 핵분열의 비율이 높아 알파 붕괴 비율의 75만대 1로 높은 편으로 감마선이 나오기 때문이다. 반감기는 18.1년이다.

245Cm은 임계질량이 9.5kg이며 반사제를 이용하면 2.5kg까지 줄일 수 있다. 감마선이 많이 나와 굉장히 위험하여 지금은 연구용을 제외하고 핵쓰레기일 뿐이다. 원자로에서 다 타고 남은 핵 폐기물에 미량 함유되어 있다. 반감기는 8530년이며 열중성자의 핵분열 비율이 85.3%이며 고속중성자(자원중성자)의 핵분열 비율은 86%이다.

246Cm은 자발 핵분열의 비율이 0.0261%로 높지만 반감기가 4730년으로 길어 오히려 244Cm보다 감마선이 덜 나온다. 하지만 반감기가 길어 방출되는 열 용량이 낮아 원자력 전지로 이용된 적은 없으며 실험용으로 이용되고 있다.

247Cm은 반감기가 1560만년으로 초창기 태양계에 존재했던 동위체이다. 이 동위체는 초기 지구의 용암바다 시절에 존재했었으며 임계질량은 7kg, 반사제를 둘렀을시 2.8kg까지 감소한다. 다만 원자로에서 워낙 극소량 생성되기 때문에 핵무기 제조는 불가능하다. 현재 자연속에서 천연으로 구할 수는 없다.

248Cm은 자발 핵분열 비율이 8.26%로 극히 높아 반감기가 34만 8천년이나 되지만 극히 위험한 동위체이나 원자로 내에서 극미량 생성되므로 중요한 동위체는 아니다. 태양계 극 초창기에 존재했으며 이 동위체의 자발 핵분열로 인해 생성된 생성물 중 카드뮴, 유로퓸이 좀 더 풍부하게 되었다.

249Cm은 반감기가 1시간 4분이며 249Bk으로 붕괴된다.

250Cm은 자발 핵분열 비율이 80%나 된다. 따라서 자발 핵분열로 인해 튀어나오는 중성자가 시료를 오염시키므로 정확한 반감기를 측정하기 어려웠으나 최근에 많은 보정값이 이루어져 거의 정확한 반감기를 측정할 수 있게 되었다. 반감기는 8300년이다. 하지만 실제로는 자발 핵분열로 인한 중성자 덕분에 반감기는 8300년보다 훨씬 짧다. 8300년이란 값은 자발 핵분열로 인해 튀어나는 중성자로 오염되지 않을 경우로 인해 측정한 것이므로 실제로는 그것보다 더 빨리 붕괴한다.