232 우라늄을 찾아 보거라(우라늄 동위 원소)

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2019년 7월 독서 & 공동 편집

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우라늄 동위 원소

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자연계에 존재하는 우라늄(U)의 동위 원소는 원자량 234, 235, 238이 존재한다. 나머지는 인공적으로 만들어지는 동위원소들이다. 극미량이 토륨과 우라늄-235, 238의 자발적 핵분열로 U-233, U-236, U-237, U-239, U-240가 생성되어 자연계에 존재하기는 하지만 극미량이라 무시된다. 얼마나 극미량이냐면 반감기가 긴 U-236도 1조 3천억분의 1의 양이 우라늄 광석에 함유되어 있으며 U-235의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자를 U-235원자가 중성자 한개를 흡수함으로써 생성된다. (순수 천연 우라늄 1kg에 1조 9천억개의 우라늄-236 원자가 들어있다는 뜻) U-233은 토륨-232의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자를 토륨-232가 1개 흡수함으로써 생성된다. 나머지 U-237과 U-239도 그런식으로 극미량 존재한다. U-240은 극미량 존재 동위 원소인 Pu-244의 알파붕괴로 생성, Pu-244는 반감기가 8000만년이나 되기 때문에 자연계에 극미량 존재한다. 하지만 U-240의 반감기가 매우 짧아서 초극미량이라 관측되지는 않았지만 Pu-244가 극미량 존재하므로 분명히 U-240도 자연계에 극미량 존재했다가 사라졌다 극미량 존재했다 사라졌다를 반복하고 있다.

인공적으로 만들어진 우라늄의 동위 원소는 217부터 242까지 존재한다.

목차

• 1 우라늄-232
• 2 우라늄-233
• 3 우라늄-234
• 4 우라늄-235
• 5 우라늄-236
• 6 우라늄-237
• 7 우라늄-238
• 8 우라늄-239
• 9 우라늄-240
• 10 표

우라늄[편집]

U-232는 토륨중성자

우라늄-233[편집]

반감기가 15만 9200년으로 토륨토륨중성자를 하나 흡수하여 토륨프로트악티늄

이러한 성질로 제 4세대 원전들 중 하나인 토륨

반감기가 15만 9200년이나 되기 때문에 재처리를 하지 않으면 폐기물이 되며 140만년 이상 보관해야 한다.

우라늄-234[편집]

반감기는 24만 5천년이며, 자연계에 미량 존재하며 우라늄-238의 붕괴로 생성된다. 토륨 원전의 핵심이며 Pa-233이 중성자를 하나 얻어 생성된다. Pa-233의 반감기가 26.975일이나 되어 U-233으로 붕괴하기도 전에 중성자를 흡수하여 25~27% 이상의 비율이 U-234로 변환되어 토륨 원전의 중성자가 부족하게 되는 원인이 된다. 따라서 중성자를 추가로 공급해주어야 한다.

하지만 이는 대형의 중성자플루토늄

U-234는 원자로에서는 U-233가 중성자를 한개 먹어 생성되기도 한다. U-234는 핵분열을 못하므로 추가로 중성자를 흡수하여 U-235가 되고 또 하나의 중성자가 U-235과 충돌해야 핵분열이 될 수 있다.

우라늄-235[편집]

이 부분의 본문은 우라늄-235

가장 핵심인 우라늄의 동위 원소로 현재 원자로의 주역인 동위체이다. 열중성자 핵분열 효율이 78~82%에 이르고 고속중성자(자원중성자) 핵분열 효율도 66~67%에 이르러 핵연료의 핵심으로 이용하고 있다. 우라늄-235의 반감기는 7억 380만년으로 비교적 짧아 자연계에 아쉽게 0.7%밖에 존재하지 않지만 44억년전 지구 초창기 시절에는 천연 동위체에 20%나 존재했었다.

중성자를 먹으면 스스로 핵분열을 하기 때문에 원자로 뿐 아니라 핵무기에도 이용하고 있다. 우라늄-235의 자발핵분열로 인해 튀어나오는 중성자 덕분에 순도 100%의 우라늄-235가 54kg이 모이면 스스로 폭발할 수 있는데 이것을 임계질량이라고 한다. 중성자 반사제를 이용하면 15kg까지 임계질량을 줄일 수 있다.

우라늄-236[편집]

반감기가 2342만년인 이 동위체는 이미 40억년전에 지구상에서 완전히 사라졌지만, 우라늄-235의 자발핵분열로 인해 생성된 중성자 활동으로 인해 새로 형성된 우라늄-236은 현재 자연계에서 발견되고 있다. 워낙 극미량이라 우라늄 동위 원소들 중 1조 3000억분의 1의 비율이지만 우라늄-235가 중성자를 하나 얻으면 생성되기 때문에 의미는 있다. 원자로에서도 대량 생산되는데 핵분열을 못해 핵폐기물로 분류된다. 그 다음 동위체인 우라늄-237도 핵분열 효율이 극히 낮으며, 넵투늄-237도 핵분열을 못한다. 또 다음 동위체인 238도 핵분열 효율이 극히 낮으므로 핵분열을 못한다고 볼 수 있기 때문에 우라늄-236은 핵폐기물로 분류되지만 중성자를 2개 흡수하면 원자력 전지의 연료인 플루토늄-238을 형성할 수 있기 때문에 우라늄-236의 일부는 플루토늄-238을 제조하는데 쓰인다.

우라늄-237[편집]

우라늄-236이 중성자를 흡수하여 생성되지만 열중성자 핵분열 효율이 불과 0.4%, 고속중성자(자원중성자) 핵분열 효율도 4.1%에 불과하다. 또한 반감기도 6.75일로 매우 짧아 중성자를 먹기도 전에 93.7%의 대부분이 넵투늄-237로 붕괴된다. 열중성자로에서는 우라늄-237중 0.4%만 핵분열을 하고 99.6%는 우라늄-238로 변환된다.

우라늄-238[편집]

이 부분의 본문은 우라늄-238

천연 동위 원소로 자연계에 가장 많이 존재하는데 반감기가 44억 6800만년이나 되기 때문이다. 태양계의 역사보다 1억 400만년 짧은 반감기를 가지고 있기 때문에 태초의 우라늄-238의 양과 비교하면 아직도 49%나 남아있다. 우라늄-238은 우라늄 동위체의 99.28%나 존재하며 핵연료의 희석제로 쓰인다. 고속중성자(자원중성자)를 이용하면 많은 비율을 플루토늄-239로 바꿀 수 있기 때문에 기대되는 동위체이다. 열중성자로에서도 많은 양의 우라늄-238이 중성자를 흡수하여 대량의 플루토늄-239를 형성하고 실제로 원자로의 에너지의 26%는 플루토늄-239의 핵분열로 생성된다.

우라늄-239[편집]

우라늄-238이 중성자를 하나 흡수하여 생성된다. 반감기가 23분으로 매우 짧아 즉시 넵투늄-239로 붕괴된다고 할 수 있다.

우라늄-240[편집]

반감기가 14시간 30분으로 플루토늄-244가 붕괴되어 생성된다.

표[편집]

핵종 기호	과거 명칭	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식[1][n 1]	붕괴 생성물[n 2]	핵 스핀	전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)	자연적 구성비 변동 범위 (몰 분율)
		들뜬 에너지
217U		92	125	217.02437(9)	26(14) ms [16(+21-6) ms]			1/2-#
218U		92	126	218.02354(3)	6(5) ms	α	214Th	0+
219U		92	127	219.02492(6)	55(25) ms [42(+34-13) ms]	α	215Th	9/2+#
220U		92	128	220.02472(22)#	60# ns	α	216Th	0+
						β+ (드묾)	220Pa
221U		92	129	221.02640(11)#	700# ns	α	217Th	9/2+#
						β+ (드묾)	221Pa
222U		92	130	222.02609(11)#	1.4(7) us [1.0(+10-4) us]	α	218Th	0+
						β+ (10−6%)	222Pa
223U		92	131	223.02774(8)	21(8) us [18(+10-5) us]	α	219Th	7/2+#
224U		92	132	224.027605(27)	940(270) us	α	220Th	0+
225U		92	133	225.02939#	61(4) ms	α	221Th	(5/2+)#
226U		92	134	226.029339(14)	269(6) ms	α	222Th	0+
227U		92	135	227.031156(18)	1.1(1) min	α	223Th	(3/2+)
						β+ (0.001%)	227Pa
228U		92	136	228.031374(16)	9.1(2) min	α (95%)	224Th	0+
						ε (5%)	228Pa
229U		92	137	229.033506(6)	58(3) min	β+ (80%)	229Pa	(3/2+)
						α (20%)	225Th
230U		92	138	230.033940(5)	20.8 d	α	226Th	0+
						SF−10%)	다양
						β+β+ (드묾)	230Th
231U		92	139	231.036294(3)	4.2(1) d	ε	231Pa	(5/2)(+#)
						α (0.004%)	227Th
232U		92	140	232.0371562(24)	68.9(4) y	α	228Th	0+
						CD−10%)	208Pb 24Ne
						CD (5×10−12%)	204Hg 28Mg
						SF (10−12%)	다양
233U		92	141	233.0396352(29)	1.592(2)×105 y	α	229Th	5/2+
						SF (6×10−9%)	다양
						CD (7.2×10−11%)	209Pb 24Ne
						CD (1.3×10−13%)	205Hg 28Mg
234U[n 3][n 4]	Uranium II	92	142	234.0409521(20)	2.455(6)×105 y	α	230Th	0+	[0.000054(5)][n 5]	0.000050- 0.000059
						SF (1.73×10−9%)	다양
						CD (1.4×10−11%)	206Hg 28Mg
						CD (9×10−12%)	184Hf 26Ne 24Ne
234mU		1421.32(10) keV			33.5(20) ms			6-
235U[n 6][n 7][n 8]	Actin Uranium Actino-Uranium	92	143	235.0439299(20)	7.04(1)×108 y	α	231Th	7/2-	[0.007204(6)]	0.007198- 0.007207
						SF (7×10−9%)	다양
						CD (8×10−10%)	186Hf 25Ne 24Ne
235mU		0.0765(4) keV			~26 min	IT	235U	1/2+
236U		92	144	236.045568(2)	2.342(3)×107 y	α	232Th	0+
						SF (9.6×10−8%)	다양
236m1U		1052.89(19) keV			100(4) ns			(4)-
236m2U		2750(10) keV			120(2) ns			(0+)
237U		92	145	237.0487302(20)	6.75(1) d	β-	237Np	1/2+
238U[n 4][n 6][n 7]	Uranium I	92	146	238.0507882(20)	4.468(3)×109 y	α	234Th	0+	[0.992742(10)]	0.992739- 0.992752
						SF (5.45×10−5%)	다양
						β-β- (2.19×10−10%)	238Pu
238mU		2557.9(5) keV			280(6) ns			0+
239U		92	147	239.0542933(21)	23.45(2) min	β-	239Np	5/2+
239m1U		20(20)# keV			>250 ns			(5/2+)
239m2U		133.7990(10) keV			780(40) ns			1/2+
240U		92	148	240.056592(6)	14.1(1) h	β-	240Np	0+
						α (10−10%)	236Th
241U		92	149	241.06033(32)#	5# min	β-	241Np	7/2+#
242U		92	150	242.06293(22)#	16.8(5) min	β-	242Np	0+

1. ↑ 약자:
   CD: 뭉치 붕괴
   ε: 전자 포획
   IT: 이성질핵 전이
   SF: 자발 핵분열
2. ↑ 굵은 글꼴은 안정 동위 원소, 굵은 기울임꼴은 감기가 우주의 나이보다 긴 동위 원소(거의 안정적)
3. ↑ 우라늄-토륨 연대 측정
4. ↑ ^{이동: 가 나} 우라늄-우라늄 연대 측정에 사용된다.
5. ↑ ²³⁸U의 중간 붕괴 생성물
6. ↑ ^{이동: 가 나} 원시 방사성 핵종
7. ↑ ^{이동: 가 나} 우라늄-납 연대 측정에 사용된다.
8. ↑ 주요 핵연료

접기 v d e h 동위 원소 색인
1 H																	2 He
3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne
11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar
19 K	20 Ca	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn	31 Ga	32 Ge	33 As	34 Se	35 Br	36 Kr
37 Rb	38 Sr	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd	49 In	50 Sn	51 Sb	52 Te	53 I	54 Xe
55 Cs	56 Ba	*	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg	81 Tl	82 Pb	83 Bi	84 Po	85 At	86 Rn
87 Fr	88 Ra	**	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn	113 Nh	114 Fl	115 Mc	116 Lv	117 Ts	118 Og
	*	57 La	58 Ce	59 Pr	60 Nd	61 Pm	62 Sm	63 Eu	64 Gd	65 Tb	66 Dy	67 Ho	68 Er	69 Tm	70 Yb	71 Lu
	**	89 Ac	90 Th	91 Pa	92 U	93 Np	94 Pu	95 Am	96 Cm	97 Bk	98 Cf	99 Es	100 Fm	101 Md	102 No	103 Lr

1. ↑ http://www.nucleonica.net/unc.aspx

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내 안에서 232 우라늄을 찾아 보라 하신다.
내 안에서!

시편 117편 1. 2절에서 반응하신다.
우라늄 232!

[입다]

각주. 각설탕???