핵분열 생성물

1 소개[편집]

핵분열 생성물은 핵연료가 핵분열되어 생성된 분열 생성물을 뜻한다. 우라늄-235와 같은 원자핵이 분열되면 평균 169.1 MeV의 에너지를 내뿜으며, 이후 중성자 과잉 방사성 생성물들이 추가로 붕괴하면서 33.4 MeV의 에너지를 내뿜어 최종적으로 202.5 MeV의 에너지를 내뿜고 안정동위체로 된다.

원자번호 30번인 아연부터 원자번호 70번인 이터븀까지 골고루 존재한다. 핵분열을 할 수 있는 핵연료로 중 우라늄-235와 같은 가벼운 원자핵은 원자 질량 평균 116.3의 비교적 가벼운 핵분열 생성물을 생성하고 플루토늄-239는 원자 질량 평균 118로 조금 더 무거운 핵분열 생성물을 생성한다.

중성자의 속도에 따라 핵분열 생성물의 생성도가 조금 달라지지만 열중성자와 자원중성자는 많이 생성되는 핵종과 적게 생성되는 핵종이 확연히 구별될 만큼 차이가 심하지만, 핵융합로에서의 삼중수소와 중수소의 핵융합으로 생성되는 14.1 MeV의 고속 중성자는 전 핵종이 거의 고르게 생성된다. 대체로 열중성자로와 자원중성자로에서는 원자 질량이 84~108 사이와 128~152 사이의 생성물이 많이 생성되지만 14.1 MeV의 고속 중성자는 전 핵종이 거의 고르게 생성된다.

일반적인 원자로에서인 경수로와 중수로에서는 평균 0.0253 eV의 에너지를 가진 중성자가 핵연료와 충돌되어 핵분열 생성물을 생성하게 된다.

2 종류[편집]

핵분열 생성물에는 귀중한 자원인 귀금속과 기체 생성물, 희토류 생성물, 방사성 핵 폐기물, 장반감기 핵종, 알칼리 토금속, 기타 준금속과 독성 물질 등이 들어 있다.

귀중한 자원들 중에서는 팔라듐(105Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd), 로듐(103Rh), 루테늄(101Ru, 102Ru, 104Ru), 은 (109Ag)가 들어 있다. 기체 생성물에는 크립톤(83Kr, 84Kr, 86Kr)과 제논(131Xe, 132Xe, 134Xe, 136Xe)들이다. 이들은 많이 쌓이면 핵연료를 부풀게 해 연소도를 떨어뜨리며 중성자도 잘 흡수하는 83Kr과 131Xe등은 원자로의 출력을 떨어뜨리는 원인이다. 희토류 생성물에는 란타넘, 네오디뮴, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 터븀, 디스프로슘과 극소량의 어븀툴륨, 이터븀이 존재하는데 이들 중에서도 중성자를 잘 흡수하는 동위체가 있어 많이 생성되면 원자로의 출력을 떨어뜨리는 원인이다.

알칼리 토금속으로는 바륨, 세슘, 스트론튬이 있다. 독성 물질로는 카드뮴, 안티모니, 비소가 있는데 특히 플루토늄-239의 핵분열 생성물에는 카드뮴이 많이 생성되므로 방사성 핵종의 누출 사고가 일어나면 방사능 오염 외에도 독성 물질도 상당히 위험하다.

방사성 핵 폐기물에는 85Kr, 90Sr, 106Ru, 137Cs, 147Pm, 151Sm이 존재하며 이들로 인해 핵분열 생성물은 죽음의 재라고 불린다. 특히 90Sr, 137Cs은 그 양이 많이 생성되고 반감기도 90Sr이 28.9년, 137Cs은 30.1년이므로 환경에 상당히 오랫동안 존재하므로 특히 위험물로 구분된다.

장반감기 핵종으로는 93Zr, 99Tc, 107Pd, 129I, 135Cs이 있지만 이들은 방출되는 열이 낮아 보관이 용이하므로 일반적으로는 장반감기 핵종은 위험물로는 취급하지 않는다. 다만 126Sn은 반감기 23만년이지만 126Sb를 거쳐 126Te으로 최종 붕괴하는데 4.05 MeV의 방사선을 내뿜어 다른 장반감기 핵종에 비해 평균 20배나 되는 강력한 방사선이므로 위험물로 취급한다.

극도로 반감기가 짧은 99Mo, 131I은 짧은 시간에 많은 방사선을 대량으로 내뿜으므로 의학용으로 많이 이용되고 있다.

3 중요 동위 원소[편집]

크립톤-85 루비듐-87 스트론튬-90 지르코늄-93 테크네튬-99 루테늄-106 팔라듐-107 카드뮴-113m 주석-126 아이오딘-129 아이오딘-131 세슘-135 세슘-137 바륨-140 세슘-144 프로메튬-147 사마륨-151 유로퓸-154