방사성핵종

Radionuclide
방사성 뉴클레오티드와 혼동하지 말 것.

방사성핵종(방사성핵종, 방사성동위원소 또는 방사성동위원소)은 과도한 핵에너지를 가진 핵종으로 불안정하다.이 잉여 에너지는 세 가지 방법 중 하나로 사용될 수 있습니다: 감마 방사선으로 핵에서 방출되거나, 변환 전자로 방출하기 위해 전자 중 하나로 전달되거나, 또는 새로운 입자(알파 입자 또는 베타 입자)를 만들어 핵에서 방출하는 데 사용됩니다.그 과정에서 방사성핵종은 방사성 [1]붕괴를 겪는 것으로 알려져 있다.이러한 방출은 다른 원자로부터 전자를 방출할 수 있을 만큼 강력하기 때문에 이온화 방사선으로 간주됩니다.방사성 붕괴는 안정적인 핵종을 생성하거나 때로는 추가적인 붕괴를 겪을 수 있는 새로운 불안정한 방사성 핵종을 생성한다.방사성 붕괴는 단일 원자 수준에서 무작위 과정으로, 특정 원자가 언제 [2][3][4][5]붕괴할지를 예측하는 것은 불가능하다.단, 단일 핵종의 원자 집합의 경우 붕괴율, 즉 해당 집합의 반감기(t1/2)는 측정된 붕괴 상수로 계산할 수 있다.방사성 원자의 반감기 범위는 알려진 한계는 없으며 55등급 이상의 시간 범위에 걸쳐 있다.

방사성핵종은 자연적으로 발생하거나 원자로, 사이클로트론, 입자 가속기 또는 방사성핵종 발생기에서 인공적으로 생성된다.반감기가 60분 이상인 방사성핵종이 약 730개 있다(핵종 목록 참조).그 중 32개는 지구가 형성되기 전에 생성된 원시 방사성핵종이다.원시 방사성핵종의 딸로서 또는 우주 방사선에 의한 지구의 자연 생산을 통해 생성된 방사성핵종으로 자연에서 최소 60개의 방사성핵종이 검출된다.2400개 이상의 방사성핵종의 반감기는 60분 미만이다.대부분은 인공적으로만 제작되고 반감기는 매우 짧습니다.비교를 위해 252개의 안정적인 핵종이 있다.(이론적으로 이들 중 146개만이 안정적이며, 나머지 106개는 알파 붕괴, 베타 붕괴, 이중 베타 붕괴, 전자 포획 또는 이중 전자 포획을 통해 붕괴하는 것으로 여겨진다.)

모든 화학 원소는 방사성핵종으로 존재할 수 있다.가장 가벼운 원소인 수소도 잘 알려진 방사성핵종인 삼중수소를 가지고 있다.납보다 무거운 원소, 테크네튬과 프로메튬은 방사성핵종으로만 존재한다.(이론적으로 디스프로슘보다 무거운 원소는 방사성핵종으로만 존재하지만 금이나 백금과 같은 일부 원소는 관측적으로 안정적이며 반감기는 결정되지 않았다.)

방사성핵종에 대한 계획되지 않은 피폭은 낮은 수준의 피폭은 손상 없이 자연적으로 발생하지만 일반적으로 인간을 포함한 생물에 유해한 영향을 미친다.위해의 정도는 생성되는 방사선 특성 및 범위, 피폭의 양과 성질(밀착 접촉, 흡입 또는 섭취), 원소의 생화학적 특성에 따라 달라지며, 암 위험이 가장 일반적인 결과이다.단, 적절한 성질을 가진 방사성핵종은 진단과 치료를 위해 모두 핵의학에서 사용된다.방사성 핵종으로 만들어진 영상 트레이서는 방사성 트레이서라고 불립니다.방사성핵종으로 만들어진 약물은 방사성 의약품이라고 불린다.

기원.

자연의

지구에서 자연적으로 발생하는 방사성핵종은 원시 방사성핵종, 이차 방사성핵종 및 우주 발생 방사성핵종의 세 가지 범주로 분류된다.

  • 방사성핵종은 안정적인 핵종과 함께 항성 핵합성 및 초신성 폭발에서 생성된다.대부분은 빠르게 부패하지만 여전히 천문학적으로 관측될 수 있고 천문학적 과정을 이해하는 데 한 몫을 할 수 있다.우라늄과 토륨과 같은 원시 방사성핵종은 반감기가 너무 길어서(> 1억 년) 아직 완전히 붕괴되지 않았기 때문에 현재 존재한다.일부 방사성핵종은 반감기가 너무 길어서(우주의 몇 배 나이) 붕괴가 최근에야 검출되었으며, 가장 실용적인 목적으로는 안정적이라고 간주될 수 있다. 이 붕괴의 검출은 비스무트가 더 이상 안정적이라고 간주되지 않는다는 것을 의미한다.다른 핵종에서도 붕괴가 관찰될 수 있으며, 이 원시 방사성핵종 목록에 추가될 수 있다.
  • 이차 방사성핵종은 원시 방사성핵종의 붕괴에서 파생된 방사성 동위원소이다.원시 방사성핵종보다 짧은 반감기를 가진다.이들은 원시 동위원소 토륨-232, 우라늄-238 및 우라늄-235의 붕괴 사슬에서 발생한다.예를 들어 폴로늄과 라듐의 천연 동위원소가 있다.
  • 탄소-14와 같은 우주 생성 동위원소는 우주선에 [6]의해 대기 중에 지속적으로 형성되기 때문에 존재한다.

이러한 방사성핵종의 대부분은 모든 우주 발생 핵종을 포함하여 자연에서 미량에만 존재한다.2차 방사성핵종은 반감기에 비례해 발생하므로 단수명 핵종은 매우 드물다.예를 들어, 폴로늄은 우라늄 광석에서 미터톤당 약 0.1mg(10분의10 [7][8]1 수준)으로 발견될 수 있습니다.추가적인 방사성핵종은 자연에서 자발적 핵분열이나 흔치 않은 우주선 상호작용과 같은 희귀 사건의 결과로 사실상 검출할 수 없는 양으로 발생할 수 있다.

핵분열

방사성핵종은 핵분열과 열핵 폭발의 불가피한 결과로 생성된다.핵분열 과정은 광범위한 핵분열 생성물을 생성하며, 그 대부분은 방사성핵종이다.추가적인 방사성핵종은 핵연료(악티니드 범위 생성)와 주변 구조물의 조사로부터 생성되어 활성화 생성물을 산출할 수 있다.화학 및 방사능이 다른 방사성핵종의 복잡한 혼합은 핵폐기물 취급과 핵 낙진 처리를 특히 어렵게 한다.

합성

시각화를 위해 구름실에 삽입된 알파 입자를 방출하는 인공핵종 아메리카늄-241

합성 방사성핵종은 원자로, 입자 가속기 또는 방사성핵종 발생기를 사용하여 의도적으로 합성된다.

  • 방사성 동위원소는 핵폐기물로부터 추출될 뿐만 아니라, 존재하는 중성자의 높은 플럭스를 이용하여 원자로에서 의도적으로 생성될 수 있다.이들 중성자는 원자로 내에 배치된 원소를 활성화한다.원자로에서 나오는 대표적인 산물은 이리듐-192이다.원자로에서 중성자를 차지하는 성향이 큰 원소는 중성자 단면이 높다고 한다.
  • 사이클로트론과 같은 입자 가속기는 입자를 가속하여 대상을 폭격하여 방사성핵종을 생성한다.사이클로트론은 표적에서 양성자를 가속시켜 양전자 방출 방사성핵종(예: 불소-18)을 생성한다.
  • 방사성핵종 발생기에는 방사성 딸로 분해되는 부모 방사성핵종이 포함된다.모체는 보통 원자로에서 생산된다.대표적인 것이 핵의학에서 사용되는 테크네튬-99m 발전기입니다.원자로에서 생산된 모체는 몰리브덴-99이다.

사용하다

방사성핵종은 방사선 단독(방사선, 핵전지) 또는 화학적 특성과 방사선 조합(추적기, 바이오 의약품)의 두 가지 주요 방법으로 사용된다.

  • 생물학에서 탄소의 방사성핵종은 비방사성핵종과 화학적으로 매우 유사하기 때문에 방사성 추적체 역할을 할 수 있다. 따라서 대부분의 화학적, 생물학적, 생태학적 과정이 거의 동일한 방식으로 이들을 취급한다.그런 다음 가이거 계수기와 같은 방사선 검출기로 결과를 조사하여 제공된 원자가 어디에 통합되었는지 확인할 수 있다.예를 들어 이산화탄소에 방사성 탄소가 포함된 환경에서 식물을 배양할 수 있다. 그러면 대기 중 탄소를 포함하는 발전소의 부분은 방사능이 될 것이다.방사성핵종은 DNA 복제 또는 아미노산 운반과 같은 과정을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
  • 핵의학에서 방사성 동위원소는 진단, 치료, 연구에 사용된다.감마선이나 양전자를 방출하는 방사성 화학 추적기는 내부 해부학과 인간의 뇌를 [9][10][11]포함한 특정 기관의 기능에 대한 진단 정보를 제공할 수 있다.이것은 단광자 방출 컴퓨터 단층 촬영과 양전자 방출 단층 촬영(PET) 스캔 및 체렌코프 발광 이미징과 같은 몇 가지 형태의 단층 촬영에 사용됩니다.방사성 동위원소는 또한 종양의 조혈 형태에서의 치료법이다; 고형 종양의 치료에 대한 성공은 제한되었다.보다 강력한 감마 선원은 주사기 및 기타 의료 장비를 멸균한다.
  • 식품보존에서는 수확 후 뿌리작물의 발아 억제, 기생충 및 해충 살상, 저장된 과일 및 채소의 숙성을 제어하기 위해 방사선을 사용한다.식품 조사에서는 보통 코발트-60이나 세슘-137과 같이 감마 방출이 강한 베타 붕괴 핵종을 사용한다.
  • 산업 및 광업에서 방사성핵종은 용접 검사, 누출 감지, 금속 마모, 부식률 연구, 광물과 연료의 온스트림 분석에 사용된다.
  • 우주선에서는 특히 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)와 방사성 동위원소 히터 유닛(RHU)을 통해 전력과 열을 제공하기 위해 방사성핵종이 사용된다.
  • 천문학과 우주론에서 방사성핵종은 항성과 행성 과정을 이해하는 역할을 한다.
  • 입자 물리학에서 방사성핵종은 베타 붕괴 생성물의 에너지와 운동량을 측정함으로써 새로운 물리학(표준 모델을 벗어난 물리학)을 발견하는 데 도움을 준다(예를 들어 중성미자 이중 베타 붕괴와 약하게 상호작용하는 거대 [12]입자의 탐색).
  • 생태학에서 방사성핵종은 오염물질 추적 및 분석, 지표수 이동 연구, 비와 눈으로 인한 물 유출 및 하천의 유속을 측정하는 데 사용된다.
  • 지질학, 고고학, 고생물학에서 천연 방사성핵종은 암석, 광물, 화석 물질의 나이를 측정하는데 사용된다.

예

아래 표에는 특성과 사용범위를 나타내는 선택된 방사성핵종의 특성이 나열되어 있다.

동위원소 Z N 반감기 DM DE
keV		 형성 방식 평.
삼중수소 (3H) 1 2 12.3년 β− 19 우주 생성 인공 핵융합에 사용되는 가장 가벼운 방사성핵종은 방사선 발광 및 해양 과도 추적기에도 사용된다.리튬-6 또는 중수소의 중성자 충격으로 합성됨
베릴륨-10 4 6 1,387,000 y β− 556 우주 생성 토양 침식, 레골리스로부터의 토양 형성 및 얼음 코어의 나이를 조사하기 위해 사용된다.
카본-14 6 8 5,700년 β− 156 우주 생성 방사성 탄소 연대 측정에 사용되다
불소-18 9 9 110분 β+, EC 633/1655 우주 생성 PET 스캔에서 의료용 방사선 추적기로 사용하기 위해 합성된 양전자 선원.
알루미늄-26 13 13 717,000 y β+, EC 4004 우주 생성 암석, 퇴적물의 노출 연대
염소-36 17 19 301,000 y β−, EC 709 우주 생성 암석 노출 연대 측정기, 지하수 추적기
칼륨-40 19 21 1.24×109 y β−, EC 1330 /1505 원시 칼륨-알곤 연대 측정, 대기 아르곤 선원, 방사선 발생 열원, 자연 방사능의 최대 선원에 사용된다.
칼슘-41 20 21 99,400 y EC 우주 생성 탄산염 암석 노출 연대
코발트-60 27 33 5.3년 β− 2824 합성 방사선 치료, 장비 멸균, 식품 조사에 사용되는 고에너지 감마선을 생성한다.
크립톤-81 36 45 229,000년 β+ 우주 생성 지하수 연대 측정
스트론튬-90 38 52 28.8년 β− 546 핵분열 생성물 중수명 핵분열 생성물; 아마도 핵 낙진의 가장 위험한 성분
테크네튬-99 43 56 210,000 y β− 294 핵분열 생성물 가장 가볍고 불안정한 원소의 가장 일반적인 동위원소로, 긴 수명의 핵분열 생성물의 가장 중요한 것
테크네튬-99m 43 56 6시간 §, IC 141 합성 가장 일반적으로 사용되는 의료용 방사성 동위원소
요오드-129 53 76 15,700,000 y β− 194 우주 생성 최장수 핵분열 생성물; 지하수 추적기
요오드-131 53 78 8 d β− 971 핵분열 생성물 핵분열로 인한 가장 중요한 단기 건강 위험, 핵의학, 산업 추적기
제논-135 54 81 9.1 시간 β− 1160 핵분열 생성물 원자로 운영에 큰 영향을 미치는 가장 강력한 '핵 독'(핵독)이다.
세슘-137 55 82 30.2년 β− 1176 핵분열 생성물 관심의 다른 주요 중수명 핵분열 생성물
가돌리늄-153 64 89 240 d EC 합성 핵장비 교정, 골밀도 선별
비스무트-209 83 126 2.01×1019y α 3137 원시 오랫동안 안정적이라고 여겨져 왔고, 2003년에야 붕괴가 감지되었다.
폴로늄-210 84 126 138 d α 5307 붕괴 생성물 알렉산더 리트비넨코 중독에 사용된 독극물
라돈-222 86 136 3.8 d α 5590 붕괴 생성물 이온화 방사선에 대한 대부분의 공공 피폭에 책임이 있는 가스, 폐암의 두 번째로 빈번한 원인
토륨-232 90 142 1.4×1010 y α 4083 원시 토륨 연료 사이클 기준
우라늄-235 92 143 7×108y α 4679 원시 핵분열, 주핵연료
우라늄-238 92 146 4.5×109 y α 4267 원시 주우라늄 동위원소
플루토늄-238 94 144 87.7년 α 5593 합성 우주선의 에너지원으로서 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)와 방사성 동위원소 히터 유닛에 사용되는
플루토늄-239 94 145 24,110 y α 5245 합성 대부분의 현대 핵무기에 사용되다
아메리슘-241 95 146 432년 α 5486 합성 가정용 연기 감지기에서 이온화제로 사용
칼리포늄-252 98 154 2.64년 α/SF 6217 합성 자발적 핵분열(붕괴의 3%)을 거치면서 강력한 중성자원이 되고 원자로 개시자와 검출 장치로 사용된다.

키: Z = 원자 번호, N = 중성자 번호, DM = 붕괴 모드, DE = 붕괴 에너지, EC = 전자 포획

가정용 연기 감지기

연기 감지기의 아메리슘-241 컨테이너.
연기 감지기에서 발견된 아메리슘-241 캡슐.중앙의 진한 금속 원은 아메리슘-241이며, 주변 케이스는 알루미늄입니다.

방사성핵종은 가장 일반적인 가정용 연기 감지기에 사용되기 때문에 많은 가정에 존재한다.사용된 방사성핵종은 아메리슘-241로, 원자로에서 플루토늄을 중성자로 폭격하여 생성된다.알파 입자와 감마선을 방출하여 분해되어 넵투늄-237이 된다.연기 감지기는 극소량의 Am(연기 감지기당 약 0.29마이크로그램)을 이산화 아메리슘의 형태로 사용합니다.241Am은 검출기의 이온화 챔버 내의 공기를 이온화하는 알파 입자를 방출할 때 사용된다.이온화된 공기에 소전압을 인가하여 소전류를 발생시킨다.연기가 있을 경우 이온의 일부가 중화되어 전류가 감소하므로 검출기의 [13][14]경보가 활성화됩니다.

유기체에 미치는 영향

환경으로 유입되는 방사성핵종은 방사능 오염과 같은 유해한 영향을 미칠 수 있다.또한 치료 중 또는 다른 방법으로 생물에 노출되거나 방사선 중독에 의해 과도하게 사용되는 경우에도 손상을 일으킬 수 있다.방사성핵종에 대한 피폭으로 인한 잠재적 건강 손상은 여러 요인에 따라 달라지며, "건강한 조직/오르간의 기능을 손상시킬 수 있다.방사선 피폭은 피부 홍조와 탈모, 방사선 화상 및 급성 방사선 증후군에 이르기까지 다양한 영향을 미칠 수 있다.장기간 노출되면 세포가 손상되어 암으로 이어질 수 있다.암세포의 징후는 노출 [15]후 수년, 심지어 수십 년이 지나야 나타날 수 있습니다."

안정 및 방사성 핵종 등급 요약표

반감기가 1시간 이상인 989개의 핵종 목록에 대한 요약표는 다음과 같다.총 252개의 핵종이 붕괴하는 것이 관찰된 적이 없으며, 일반적으로 안정된 것으로 간주됩니다.이 중 90개는 양성자 붕괴를 제외하고 절대적으로 안정적인 것으로 믿으며, 나머지는 "관찰적으로 안정적"으로 이론적으로 매우 긴 반감기로 방사성 붕괴를 겪을 수 있다.

나머지 표로 된 방사성핵종은 반감기가 1시간 이상이며 특성이 우수하다(전체 표는 핵종 목록 참조).그들은 측정된 반감기를 이상 우주(138억 years[16])의 추정 나이보다 30핵종들 그러나 다르고 반감기는 충분히 오래(>1억년)들이 방사성 원시적인 핵종들과 또 다른 네개 핵종들, 지구상의, 성간 먼지에 출석을 월 이후 남아 있는 검색이 될 수 있습니다.e형태약 46억 년 전 태양계의 이온또 다른 60개 이상의 단수명 핵종은 수명이 긴 핵종이나 우주선 생성물의 딸로서 자연적으로 검출될 수 있다.나머지 알려진 핵종은 오로지 인공 핵변환에 의해서만 알려져 있다.

"안정된 핵종"은 매우 긴 반감기를 가진 방사능이 관측되기 때문에 숫자는 정확하지 않고 미래에 약간 바뀔 수 있다.

이것은 핵종 목록에 제시된 반감기가 1시간 이상인 989개의 핵종에 대한 요약표이다[17].

안정성 클래스 핵종수 실행 합계 전체 실행 시 주의사항
이론적으로 양성자 붕괴를 제외한 모든 사람에게 안정적 90 90 처음 40개의 요소를 포함합니다.양성자 붕괴는 아직 관찰되지 않았다.
이론적으로 알파 붕괴, 베타 붕괴, 이성질체 전이 및 이중 베타 붕괴에 안정적이지만 자발적 핵분열이 아니며, 이는 "안정적" 핵종 δ 니오브-93에 가능하다. 56 146 완전히 안정적인 모든 핵종(질량수가 232 미만인 핵종의 경우 관측된 적이 없음)
하나 이상의 알려진 붕괴 모드에 에너지적으로 불안정하지만 아직 붕괴는 보이지 않습니다.붕괴가 감지될 때까지 모두 "안정적"으로 간주됩니다. 106 252 고전적으로 안정된 핵종의 합계.
방사성 원핵종. 34 286 전체 원시 원소는 우라늄, 토륨, 비스무트, 루비듐-87, 칼륨-40, 텔루르-128과 모든 안정 핵종을 포함한다.
방사능은 원시적이지 않지만, 지구에서 자연적으로 발생합니다. 61 347 탄소-14(및 우주선에 의해 생성된 다른 동위원소)와 라듐, 폴로늄 등의 방사성 원시 원소의 딸들은 1시간 이상의 반감기를 가진다.
방사성 합성 반감기 1.0시간).가장 유용한 무선 트레이서가 포함되어 있습니다. 662 989 이 989개의 핵종은 핵종 목록에 기재되어 있다.
방사성 합성(반감기 1.0시간 미만) 2,400 이상 3300 이상 적절한 특성을 가진 모든 합성 핵종을 포함합니다.

상업적으로 이용 가능한 방사성핵종 목록

다음 항목도 참조하십시오.핵종 목록 및 핵종 표

이 목록은 일반적인 동위원소를 포함하며, 대부분의 국가에서 일반 대중이 매우 적은 양으로 이용할 수 있다.공개적으로 접근할 수 없는 다른 것들은 산업, 의료 및 과학 분야에서 상업적으로 거래되며 정부의 규제를 받는다.

감마 방출만

동위원소 활동 반감기 에너지(keV)
바륨-133 9694 TBq/kg (262 Ci/g) 10.7년 81.0, 356.0
카드뮴-109 96200 TBq/kg (2600 Ci/g) 453일 88.0
코발트-57 31280 TBq/kg(8440 Ci/g) 270일 122.1
코발트-60 4,700 TBq/kg (1,100 Ci/g) 5.27년 1173.2, 1332.5
유로피움-152 6660 TBq/kg (180 Ci/g) 13.5년 121.8, 344.3, 1408.0
망간-54 287120 TBq/kg (7760 Ci/g) 312일 834.8
나트륨-22 237540 Tbq/kg (6240 Ci/g) 2.6년 511.0, 1274.5
아연-65 304510 TBq/kg (8230 Ci/g) 244일 511.0, 1115.5
테크네튬-99m 1.95×107 TBq/kg (5.27×105 Ci/g) 6시간 140

베타 방출만

동위원소 활동 반감기 에너지(keV)
스트론튬-90 5180 TBq/kg (140 Ci/g) 28.5년 546.0
탈륨-204 17057 TBq/kg (461 Ci/g) 3.78년 763.4
카본-14 166.5 TBq/kg(4.5 Ci/g) 5730년 49.5 (평균)
삼중수소 (수소-3) 357050 TBq/kg (9650 Ci/g) 12.32년 5.7 (평균)

알파 방출만

동위원소 활동 반감기 에너지(keV)
폴로늄-210 166500 TBq/kg (4,500 Ci/g) 138.376일 5304.5
우라늄-238 12580 kBq/kg (0.00000034 Ci/g) 44억6800만 년 4267

다중 방사선 방출체

동위원소 활동 반감기 방사선 종류 에너지(keV)
세슘-137 3256 TBq/kg (88 Ci/g) 30.1년 감마 및 베타 G: 32, 661.6 B: 511.6, 1173.2
아메리슘-241 129.5 TBq/kg (3.5 Ci/g) 432.2년 감마 알파 G: 59.5, 26.3, 13.9 A: 5485, 5443

「 」를 참조해 주세요.

메모들

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  17. ^ 표 데이터는 목록의 구성원을 세어 도출한다. WP:CALC 참조. 목록 데이터 자체에 대한 참조는 아래 핵종 목록의 참조 섹션에 나와 있다.

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