부악티늄족

경수로 내 ²³⁸플루토늄과 ²⁴⁴퀴륨 간의 변환 흐름.^[1]
핵분열 비율은 표시된 비율에서 100을 뺀 값이다.
전체 변환율은 핵종에 따라 크게 달라진다.
²⁴⁵퀴륨–²⁴⁸퀴륨은 붕괴가 무시할 수 있을 정도로 수명이 길다.

부악티늄족(Minor actinide)은 우라늄이나 플루토늄을 제외한 사용후핵연료에서 발견되는 악티늄족 원소이다. 부악티늄족에는 넵투늄 (원자번호 93), 아메리슘 (원자번호 95), 퀴륨 (원자번호 96), 버클륨 (원자번호 97), 캘리포늄 (원자번호 98), 아인슈타이늄 (원자번호 99), 페르뮴 (원자번호 100)이 있다.^[2] 사용후핵연료에서 이러한 원소들의 가장 중요한 동위 원소는 넵투늄-237, 아메리슘-241, 아메리슘-243, 퀴륨-242부터 -248, 캘리포늄-249부터 -252이다.

플루토늄과 부악티늄족은 장기간(300년에서 20,000년 후의 미래) 사용후핵연료의 방사성 독성과 열 발생의 대부분을 차지한다.^[3]

발전용 원자로에서 나오는 플루토늄은 핵무기급 플루토늄을 만들기 위해 설계된 낮은 연소도 운전으로 생성된 플루토늄보다 플루토늄-241의 양이 더 많은 경향이 있다. 원자로급 플루토늄에는 ²⁴¹플루토늄이 너무 많기 때문에, ²⁴¹아메리슘의 존재는 플루토늄이 핵무기를 만드는 데 덜 적합하게 만든다. 플루토늄 내 아메리슘의 증식은 알려지지 않은 플루토늄 샘플의 출처와 마지막으로 아메리슘과 화학적으로 분리된 시점을 식별하는 방법 중 하나이다.

아메리슘은 산업에서 알파 입자원 및 낮은 광자 에너지 감마선원으로 흔히 사용된다. 예를 들어, 연기 감지기에 흔히 사용된다. 아메리슘은 ²³⁹플루토늄 및 ²⁴⁰플루토늄의 중성자 포획에 의해 형성될 수 있으며, 이는 ²⁴¹플루토늄을 형성하고 이후 ²⁴¹아메리슘으로 베타 붕괴한다.^[4] 일반적으로 중성자의 에너지가 증가함에 따라 핵분열 단면적 대 중성자 포획 단면적의 비율은 핵분열에 유리하게 변한다. 따라서 비등수형 원자로(BWR) 또는 가압수형 원자로(PWR)와 같은 열중성자로에서 MOX가 사용된다면, 고속 중성자로에서보다 사용후 연료에서 더 많은 아메리슘이 발견될 것으로 예상할 수 있다.^[5]

일부 부악티늄족은 폭탄 실험으로 인한 낙진에서 발견되었다. 자세한 내용은 환경 내 악티늄족을 참조하라.

경수로 사용후핵연료 내 초우라늄 원소(연소도 55 GWd_th/T) 및 핵분열을 통한 평균 중성자 소비량^[6]
동위 원소	비율	D_경수로	D_고속	D_초열
237 Np	0.0539	1.12	−0.59	−0.46
238 Pu	0.0364	0.17	−1.36	−0.13
239 Pu	0.451	−0.67	−1.46	−1.07
240 Pu	0.206	0.44	−0.96	0.14
241 Pu	0.56	−1.24	−0.86
242 Pu	0.0813	1.76	−0.44	1.12
241 Am	0.0242	1.12	−0.62	−0.54
242m Am	0.000088	0.15	−1.36	−1.53
243 Am	0.0179	0.82	−0.60	0.21
243 Cm	0.00011	−1.90	−2.13	−1.63
244 Cm	0.00765	−0.15	−1.39	−0.48
245 Cm	0.000638	−1.48	−2.51	−1.37
가중합		−0.03	−1.16	−0.51

각주

↑ Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). 《Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels》. 《Journal of Nuclear Science and Technology》 41. 448–456쪽. doi:10.3327/jnst.41.448.
↑ Moyer, Bruce A. (2009). 《Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances, Volume 19》. CRC Press. 120쪽. ISBN 9781420059700.
↑ Stacey, Weston M. (2007). 《Nuclear Reactor Physics》. John Wiley & Sons. 240쪽. ISBN 9783527406791.
↑ Raj, Gurdeep (2008). 《Advanced Inorganic Chemistry Vol-1, 31st ed.》. Krishna Prakashan Media. 356쪽. ISBN 9788187224037.
↑ Berthou, V. 외 (2003). 《Transmutation characteristics in thermal and fast neutron spectra: application to americium》 (PDF). 《Journal of Nuclear Materials》 320. 156–162쪽. Bibcode:2003JNuM..320..156B. doi:10.1016/S0022-3115(03)00183-1. 2016년 1월 26일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2013년 3월 31일에 확인함.
↑ Etienne Parent (2003). “Nuclear Fuel Cycles for Mid-Century Deployment” (PDF). MIT. 104쪽. 2009년 2월 25일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.

[1] Sasahara, Akihiro; Matsumura, Tetsuo; Nicolaou, Giorgos; Papaioannou, Dimitri (April 2004). 《Neutron and Gamma Ray Source Evaluation of LWR High Burn-up UO2 and MOX Spent Fuels》. 《Journal of Nuclear Science and Technology》 41. 448–456쪽. doi:10.3327/jnst.41.448.

[2] Moyer, Bruce A. (2009). 《Ion Exchange and Solvent Extraction: A Series of Advances, Volume 19》. CRC Press. 120쪽. ISBN 9781420059700.

[3] Stacey, Weston M. (2007). 《Nuclear Reactor Physics》. John Wiley & Sons. 240쪽. ISBN 9783527406791.

[4] Raj, Gurdeep (2008). 《Advanced Inorganic Chemistry Vol-1, 31st ed.》. Krishna Prakashan Media. 356쪽. ISBN 9788187224037.

[5] Berthou, V. 외 (2003). 《Transmutation characteristics in thermal and fast neutron spectra: application to americium》 (PDF). 《Journal of Nuclear Materials》 320. 156–162쪽. Bibcode:2003JNuM..320..156B. doi:10.1016/S0022-3115(03)00183-1. 2016년 1월 26일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2013년 3월 31일에 확인함.

[6] Etienne Parent (2003). “Nuclear Fuel Cycles for Mid-Century Deployment” (PDF). MIT. 104쪽. 2009년 2월 25일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서.

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