아메리슘-241

아메리슘-241, Am

화재경보기의 AmO가2 포함된 작은 버튼
일반
기호.	241암
이름	아메리슘-241, Am-241
양성자 (Z)	95
중성자 (N)	146
핵종 데이터
자연 풍족도	0(표준)
반감기 (t1/2)	432.2년
동위원소 질량	241.056829144 Da
스핀	5/2−
과잉 에너지	52936.008 keV
결합 에너지	7543.272 keV
부모 동위원소	241Pu(β−) 241Cm(EC) 245Bk(α)
부패 제품	237Np
붕괴 모드
붕괴 모드	붕괴 에너지(MeV)
α-color(알파)	5.486
- - ( ( （ )) ）	0.0595409
CD(클러스터 붕괴)	93.923
아메리슘 동위 원소 핵종 전체 표

아메리슘-241(²⁴¹Am, Am-241)은 아메리슘의 동위원소이다.아메리슘의 모든 동위원소와 마찬가지로 방사성 물질이며 반감기는 432.2년이다.²⁴¹Am은 핵폐기물에서 가장 흔한 아메리슘 동위원소이자 가장 일반적인 아메리슘 동위원소이다.이온화 유형 연기 감지기에서 흔히 볼 수 있으며, 긴 수명 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)의 잠재적 연료이다.일반적인 모핵종은 Pu의 β, Cm의 EC, Bk의 α이다⁻.²⁴¹Am은 핵분열성이며^[1], 맨 구체의 임계 질량은 57.6~75.6kg이고 구체의 지름은 19~^[2]21cm이다.아메리슘-241의 특이 활성은 3.43Ci/g(g당 퀴리 또는 ^[3]g당 126.8기가베크렐(GBQ))이다.그것은 일반적으로 ²⁴¹아메리슘-241 이산화물의₂ 형태로 발견됩니다.이 동위원소는 또한 하나의 메타 상태 Am을 가지며, 들뜸 에너지는 2.2 MeV이고 반감기는 1.23 μs이다.플루토늄에서 아메리슘-241의 존재는 플루토늄-241의 원래 농도와 샘플 연령에 따라 결정된다.알파 방사선의 투과율이 낮기 때문에 아메리슘-241은 섭취하거나 흡입할 때만 건강상의 위험이 있습니다.Pu를 함유한 플루토늄의 오래된 샘플은 Am의 축적을 포함하고 있다.경우에 따라 재작업된 플루토늄에서 아메리슘-241의 화학적 제거(예를 들어 플루토늄 피트의 재작업 중)가 필요할 수 있다.

핵합성

아메리슘-241은 수십 년 동안 원자로에서 소량 생산되어 왔으며,^[4] 지금까지 수 킬로그램의 Am이 축적되었다.그럼에도 불구하고 1962년에 처음 판매되기 시작한 이후, Am의 그램 당 약 1,500달러인 가격은 매우 복잡한 분리 ^[5]절차 때문에 거의 변동이 없다.

아메리슘-241은 가장 일반적인 원자로 물질인 우라늄에서 직접 합성되는 것이 아니라 플루토늄 동위원소인 Pu에서 합성된다.후자는 다음 핵 프로세스에 따라 먼저 생산되어야 한다.

$\displaystyle \mathrm {{238}_{\92)U\{xrightarrow {(n,\gamma)}}\_{\92)^239}U\{xrightarrow[{23.5\min}{\beta ^{-}\_{93)^239}Np\{xrightarrow[{2.3565\d}}{\beta ^{-}}\_{\94}^239}Pu}$

Pu(일명 (n,θ) 반응)에 의한 중성자 2개의 포획 후 β-감쇠가 일어나면 Am:

${\displaystyle {{239}_{\94)Pu\{xright 화살표 {2~(n,\gamma)}}}\_{94}{241}Pu\{xright 화살표[{14}35\yr} {\beta ^{-}}\ _{\95}^{241}Am}}$

사용후 핵연료에 존재하는 플루토늄은 Pu의 약 12%를 함유하고 있다.Am으로 변환되기 때문에 Pu를 추출하여 Am을 추가로 ^[5]발생시킬 수 있다.그러나 Pu의 원래 양은 약 14년 후에 절반 정도가 Am으로 감소하고 Am의 양은 70년 ^[6]후에 최대치에 도달하는 등 이 과정은 다소 느리다.

얻어진 Am은 원자로 내에서 중성자를 추가로 포획함으로써 더 무거운 아메리슘 동위원소를 생성하는 데 사용될 수 있다.경수로(LWR)에서 Am에서 중성자 포획의 79%가 Am으로, 10%가 핵 이성질체 ^[7]Am으로 변환된다.

79${\displaystyle {}_{\mathrm{}}^{}}$%: ${\displaystyle {95241}_{}^{}}$ ${\displaystyle \mathrm{A}}$ m ${\displaystyle \stackrel{}{\to }}$ (${\displaystyle \stackrel{}{n}}$ , ${\displaystyle \stackrel{}{)}}$ )${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ A ${\displaystyle \mathrm{m}}$\ $displaystyle {$ { { { { $\ 95$ }Am \ { \ x $rightarrow${ ($n$ , \ $right }}}}$\ _ { \ 95 $}^242}Am }$

붕괴

아메리슘-241은 약한 감마선 부산물과 함께 알파 붕괴에 의해 주로 분해된다.α-decay는 다음과 같이 표시됩니다.

${\displaystyle \mathrm {{241\!,}_{95}Am\{432를 오버셋합니다.2y}{\longrightarrow }}\_{\93)^237}Np~+~_{2}^4}\alpha^{2+}+\gamma ~59.5409~keV} }$

α-감쇠 에너지는 시간의 85%에 대해 5.486 MeV(표준 α-감쇠 에너지에 대해 널리 받아들여지는 것), 13%에 대해 5.443 MeV, 나머지 ^[8]2%에 대해 5.388 MeV이다.γ선 에너지는 대부분 59.5409 keV이며, 13.9 keV,^[9] 17.8 keV 및 26.4 keV와 같은 기타 에너지는 거의 없다.

아메리슘-241이 겪는 두 번째 흔한 붕괴 유형은 자연 핵분열이며, 분기 비율은 3.6×10이고^−12[10] Am의 그램당 초당 1.2회 발생한다.다음과 같이 기재되어 있다(별표는 들뜬 핵을 나타낸다).

$\displaystyle \mathrm {{241}_{\95}Am\longrightarrow ~_{{241}Am^{*}\longrightarrow 3_{0}^{1}n~+~fraction~products~++(gamma)}}}}Am^{{{*}Am^{{{{*}}}Ama}Am}}}}\longrightarrow}$

아메리슘-241의 가장 흔한(희귀한) 붕괴 유형은 Si 클러스터 붕괴로 분기 비율이 7.4×10^{−16 [10]}미만이다.다음과 같이 기술되어 있습니다.

${{displaystyle \mathrm {{241\,}_{95}Am\rong오른쪽 화살표 _{\81)^207}Tl+_{14}^34}Si}$

적용들

이온화형 연기 감지기

아메리슘-241은 가정에서 발견된 유일한 합성 동위원소이며, 가장 일반적인 유형의 연기 감지기(이온화 유형)는 AmO(아메리슘-241 이산화물)를 이온화 ^[11]방사선의 소스로 사용한다₂.이 동위원소는 5배의 알파 입자를 방출하고 상대적으로 유해 감마선이 적기 때문에 Ra보다 선호된다.432.2년의 반감기로, 연기 감지기의 아메리슘은 감소하여 19년 후에는 약 3%의 넵투늄을 포함하며, 32년 후에는 약 5%의 넵투늄을 포함한다.일반적인 새 연기 감지기의 아메리슘 양은 1마이크로퀴리(37kBq)의 활성으로 0.29마이크로그램(모래 입자의 약 1/3 무게)이다.일부 오래된 산업용 연기 감지기(특히 Pyrotronics Corporation)는 최대 80μCi를 포함할 수 있습니다.Am의 양은 반감기가 훨씬 긴 다른 초우라늄 원소인 넵투늄-237로 감소하면서 천천히 감소한다.방사된 알파 입자는 2개의 전극 사이의 공기로 채워진 공간인 이온화 챔버를 통과합니다. 이 이온화 챔버는 두 전극 사이의 공기를 이온화하는 방사선으로 인해 작고 일정한 전류가 콘덴서 플레이트 사이를 통과할 수 있도록 합니다.챔버에 유입되는 모든 연기는 알파 입자의 일부를 자유롭게 통과하지 못하게 차단/흡수하여 이온화를 감소시키고, 따라서 전류 감소를 일으킵니다.알람의 회로가 이 전류 강하를 감지하고 그 결과 압전 부저가 울립니다.대체 광학식 연기 검출기에 비해 이온화 연기 검출기는 비용이 저렴하고, 현저한 빛 산란을 일으키기엔 너무 작은 입자를 검출할 수 있다.단,^{[12][13][14][15]} 잘못된 알람이 발생하기 쉽습니다.

제조 공정

이온화형 연기 감지기의 버튼에 사용되는 아메리슘을 만드는 과정은 이산화 아메리슘으로 시작한다.AmO는₂ 금과 완전히 혼합되어 연탄 모양으로 형성되고 1,470°F(800°C) 이상의 압력과 열로 용해됩니다.은의 백킹과 금의 프론트 커버(또는 금 또는 팔라듐 합금)를 연탄에 도포하고 열간 단조로 밀봉합니다.그런 다음 원하는 두께와 방사선 방출 수준을 달성하기 위해 여러 냉간 압연 단계를 통해 연탄을 처리합니다.최종 두께는 약 0.008인치(0.20mm)이며, 금색 커버는 두께의 약 1%를 나타냅니다.폭 약 0.8인치(20mm)의 포일 스트립은 39인치(1m) 길이의 섹션으로 절단됩니다.포일 스트립에서 소스가 펀치됩니다.직경 약 0.1mm의 각 디스크는 보통 알루미늄으로 만들어진 금속 홀더에 장착됩니다.홀더는 버튼에 표시되는 대부분의 하우징입니다.홀더의 얇은 테두리가 롤오버되어 ^[16]디스크 주변의 절단 가장자리가 완전히 밀폐됩니다.

방사성 동위원소 열전 발전기

Am은 Pu와 반감기가 비슷해(87년에 비해 432.2년), ^[17][18]우주선에 사용되는 방사성 동위원소 열전 발전기의 활성 동위원소로 제안돼 왔다.아메리슘-241은 플루토늄-238보다 열과 전기를 적게 생산하고(Am의 경우 114.7mW/g 대 ^[17]Pu의 경우 570mW/g) 방사선이 감마선과 중성자 방출로 인해 인간에게 더 큰 위협이 되지만, 반감기가 상당히 길기 때문에 장기 임무에 유리하다.유럽우주국은 전 세계적으로 플루토늄-238이 부족하고 핵폐기물 ^[20][21]재처리를 통해 유럽에서 아메리슘-241에 쉽게 접근할 수 있도록 아메리슘-241을 기반으로^[19] 한 RTG를 개발하고 있다.

RTG의 차폐 요건은 가능한 모든 동위원소 중 두 번째로 낮다. 즉, Pu만이 더 적은 양을 필요로 한다.Pu에 비해 장점은 핵폐기물로 생성되고 거의 동위원소적으로 순수하다는 것이다.Am RTG의 프로토타입 설계에서는 5~50_e W RTG 설계에 대해 2–2.2_e W/kg을 예상하며, RTG 질량의 대부분은 동위원소가 아닌 열전자, 방사체 및 동위원소 격납 ^[22]질량이기 때문에 Am RTG는 전력 범위 내에서 Pu RTG와 동등하게 된다.

중성자원

베릴륨으로 압착된 산화물은 방사성 붕괴 중에 알파 입자를 방출하기 때문에 매우 효율적인 중성자원이 될 수 있다.

${\displaystyle \mathrm {{241\!,}_{95}Am\{432를 오버셋합니다.2y}{\longrightarrow}}}\ _{\93)^{237}Np\+\_{2}^4}\alpha^{2+}+\gamma ~59.5 ~ keV } }$

여기서 아메리슘은 알파 선원으로 작용하며, 베릴륨은 (α,n) 핵반응의 단면이 크기 때문에 중성자를 생성한다.

$\textstyle \mathrm {{9}_{4}Be\ +\ _{2}^{4}\alpha^{2+}\longrightarrow\_{6}^{12}C\+\_{0}^1}n\+\\gamma} }$

AmBe 중성자 선원의 가장 광범위한 사용은 중성자 탐침이다. 중성자 탐침은 토양에 존재하는 물의 양과 고속도로 건설 시 품질 관리를 위한 수분/밀도를 측정하는 데 사용된다.²⁴¹중성자 선원은 중성자 방사선 촬영, 단층 촬영 및 기타 방사선 화학적 조사뿐만 아니라 우물 로깅 애플리케이션에도 사용된다.^[23]

기타 요소의 생산

아메리슘-241은 다른 초우라늄 원소 및 트랜스티니드를 생산하기 위한 시작 물질로 사용되기도 한다. 예를 들어 Am의 중성자 충격은 Am:

$\displaystyle {{241}_{95}Am\{xrightarrow {(n,\gamma)}}}\_{95}{242}Am}}$

Am의 82.7%가 Cm, 17.3%가 Pu:

82.7% → ${\displaystyle {}_{\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{A}}$ ${\displaystyle \stackrel{}{\to }}$ (${\displaystyle \stackrel{}{n}}$ , ${\displaystyle \stackrel{}{)}}$ )${\displaystyle {95}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{A}}$ m ${\displaystyle \text{→}\underset{}{\overset{}{}}}$ ${\displaystyle \underset{}{\overset{}{16.\text{02}\mathrm{}}}}$ ${\displaystyle \underset{{}^{}}{\overset{}{h\beta }}}$ ${\displaystyle \underset{}{\overset{}{{-}^{}}}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\underset{}{\overset{}{{}^{}}}{}_{\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ C ${\displaystyle \mathrm{m}}$ ${\$Am$\{$xrightarrow {{$n,\cap}}Am\{{xrightarrow}}Am\{{{{{{\02}}}}}}}$Am}Am}Am}{{{{{\{\{\}}}}}}}}}}}}Am\{\{\{\{\

17.3% → ${\displaystyle {}_{\mathrm{}}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{A}}$ m ${\displaystyle \stackrel{}{\to }}$ (${\displaystyle \stackrel{}{n}}$ , ${\displaystyle \stackrel{}{)}}$ )${\displaystyle {95}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{A}}$ m ${\displaystyle \underset{}{\overset{}{{\to }^{}}}}$ ${\displaystyle \underset{}{\overset{}{16.\text{02}\mathrm{}}}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\underset{}{\overset{}{{}^{}}}{}_{\mathrm{}}^{}}$ + ${\displaystyle {94}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}\mathrm{}}$ ${\displaystyle \mathrm{P}}$u ${\displaystyle$ \$mathrm {{241}$_{\$95}$Am$\{xrightarrow {n}Am\{{$xrightarrow$}}$Am$\{{{{{\02}}}}$Am}Am\{{{{{{\}}}}$Am$}}Am}Am}{{{{{{{{{\xrightarrow}}}}}}

원자로에서 Am은 중성자 포획에 의해 Am과 Am으로 상향 변환되며, Am은 β-decay에서 Cm으로 변환된다.

${\displaystyle {{242}_{\95}Am{(n,\gamma)}~{95}{243}Am{{xrightarrow {(n,\gamma)}}{{95}{244}Am\xrightarrow[10]1\h} {\beta ^{-}}\ _{\96}^{244}Cm}}$

Am을 C 또는 Ne 이온으로 조사하면 각각 ^[24]동위원소 Es(아인슈타늄) 또는 Db(더브늄)가 된다.게다가 버켈륨(²⁴³Bk 동위원소)은 1949년 같은 버클리 그룹에 의해 많은 이전 실험에서 사용되었던 것과 같은 60인치 사이클로트론을 사용하여 Am에 알파 입자를 주입함으로써 의도적으로 생성되고 확인되었습니다.마찬가지로, 노벨륨은 1965년 러시아 두브나의 핵 공동 연구소에서 여러 반응으로 생성되었으며, 그 중 하나는 N 이온에 의한 Am의 조사를 포함했다.게다가 버클리 대학과 두브나 대학의 과학자들이 발견한 로렌슘의 합성 반응 중 하나는 Am과 ^[25]O의 폭격을 포함했다.

분광계

아메리슘-241은 많은 의료 및 산업용 감마선과 알파 입자의 휴대용 선원으로 사용되어 왔다.그러한 선원에서 Am의 59.5409 keV 감마선 방출은 방사선 촬영 및 X선 형광 스펙트럼 분석 재료의 간접 분석과 고정 핵밀도계 및 핵밀도계의 품질 관리에 사용할 수 있다.예를 들어, 이 동위원소는 평평한 ^[4]유리를 만드는 데 도움이 되는 유리 두께를 측정하는 데 사용되었습니다.아메리슘-241은 스펙트럼이 거의 단일 피크와 무시할 수 있는 콤프턴 연속체(최소 3차 이상의 낮은 강도)^[26]로 구성되기 때문에 저에너지 범위에서 감마선 스펙트럼계의 교정에도 적합하다.

약

아메리슘-241의 감마선은 갑상선 기능의 수동 진단을 제공하기 위해 사용되어 왔다.이 의료 응용 프로그램은 이제 구식이 되었다.아메리슘-241의 감마선은 10분간의 노출 시간으로 적당한 품질의 방사선 사진을 제공할 수 있다.²⁴¹생체 조직에 대한 유효 선량을 증가시키는 긴 노출 시간 때문에 암 방사선 사진은 실험적으로만 촬영되었다.피폭 기간을 줄이면 세포와 DNA에 손상을 일으키는 이온화 사건의 가능성이 감소하며, 방사선 ^[27]방호에 사용되는 "시간, 거리, 차폐" 최대값의 중요한 구성요소이다.

위험 요소

이 섹션의 사실적 정확성은 논란의 여지가 있다. 관련 설명은 Talk에서 확인할 수 있습니다.아메리슘-241 논쟁의 대상이 되는 스테이트먼트의 출처를 확실히 해 주세요.(2020년 2월) (이 템플릿메시지를 삭제하는 방법과 타이밍에 대해 설명합니다)

아메리슘-241은 다른 아메리슘 동위원소와 같은 일반적인 위험을 가지고 있다: 그것은 매우 독성이 있고 방사능이다.종이 한 장으로 α 입자를 막을 수 있지만, α 방출체 섭취에 대한 심각한 건강상의 우려가 있다.아메리슘과 그 동위원소는 또한 화학적으로 매우 독성이 있으며, 중금속 독성의 형태로도 매우 독성이 있다.Am의 ^[28]최대 허용 체중은 0.03μCi(1,110Bq)이다.

아메리슘-241은 약한 γ선 부산물을 가진 α 방출체이다.아메리슘-241을 안전하게 취급하려면 적절한 안전 예방 조치를 알고 따라야 합니다. 그렇지 않으면 매우 위험하기 때문입니다.특정 감마선량 상수는 3.14 x⁻¹ 10mR/hr/mCi 또는 ^[29]1m에서 8.48⁻⁵ x10mSv/hr/MBq이다.

아메리슘-241을 섭취하면 며칠 안에 배출되고 0.05%만 혈액에 흡수된다.그 후 약 45%는 간, 45%는 뼈로 가고 나머지 10%는 배설된다.간으로의 섭취는 개인에 따라 다르며 나이가 들수록 증가한다.뼈에서 아메리슘은 먼저 피질 표면과 사골 표면 위에 축적되고 시간이 지남에 따라 서서히 뼈 위로 재분배됩니다.Am의 생물학적 반감기는 뼈에서 50년, 간에서 20년인 반면, 생식선에서는 영구적으로 남습니다; 이 모든 장기에서,^[30] 아메리슘은 방사능의 결과로 암세포의 형성을 촉진합니다.

아메리슘-241은 종종 버려진 연기 감지기에서 매립지로 들어간다.연기 감지기 폐기 관련 규칙은 대부분의 관할구역에서 완화된다.미국에서는 '방사능 보이 스카우트' 데이비드 한이 연기 감지기에서 아메리슘-241을 농축할 수 있었다.^{[31][32][33][34]}아메리슘-241에 노출된 사례가 몇 번 있었는데, 최악의 경우는 64세의 해롤드 맥클러스키의 경우로, 그는 실험실에서 일어난 폭발로 아메리슘-241의 직업 기준치의 500배에 노출되었다.맥클러스키는 75세의 나이로 사망했는데, 이는 노출의 결과가 아니라 ^[35][36]사고 전에 앓았던 심장병으로 인한 것이었다.

「 」를 참조해 주세요.

아메리슘 동위 원소

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