아메리슘 (Am)

발견 과정

발견: 1944 · Glenn Theodore Seaborg

아메리슘은 이전의 핵 실험에서 만들어졌을 가능성이 있지만, 1944년 늦가을 버클리의 캘리포니아 대학교에서 글렌T. 시보그, 레온O. 모건, 랄프A. 제임스, 앨버트 기오소에 의해 처음으로 인위적으로 합성, 분리 및 확인되었다. 이들은 버클리 캘리포니아 대학교에 있는60인치 사이클로트론을 사용했다. 이 원소는 시카고 대학의 야금 연구소(현 아르곤 국립 연구소)에서 화학적으로 확인되었다. 아메리슘보다 가벼운 넵투늄, 플루토늄, 아메리슘보다 무거운 퀴륨에 이어 아메리슘은 네 번째로 발견된 초우라늄 원소였다. 그 당시 주기율표는 시보그에 의해 란타넘족 원소 아래 악티늄족 계열이 포함된 현재와 같은 배치로 재구성되었을 때이다. 이로 인해 아메리슘은 란타넘족 원소인 유로퓸 바로 아래에 위치하게 되었다. 이때 아메리슘이 아메리카의 이름을 따서 명명되었다. 이 새로운 원소는 복잡한 다단계 공정을 통해 산화물에서 분리되었다. 먼저 질산 플루토늄-239(239PuNO3) 용액을 약0.5 cm2면적의 백금박에 코팅한 뒤, 용액을 증발시켜 이산화 플루토늄(PuO2)으로 전환시켰다. 사이클로트론을 이용한 조사 후, 백금박의 코팅을 질산으로 녹인 후 진한 암모니아 수용액을 사용하여 수산화물로 침전시켰다. 그 뒤 잔류물을 과염소산에 용해시켰다. 추가 분리는 이온 교환에 의해 수행되며, 퀴륨의 특정 동위원소를 생성한다. 퀴륨과 아메리슘을 분리하는 것은 매우 힘든 일이었기에 버클리 그룹에서는 처음에 아메리슘을 그리스어로 ‘아수라장’을 뜻하는 ‘pandaimonion’를 따서 판데모늄(pandemonium)으로, 그리고 퀴륨은 라틴어로 ‘미친’을 뜻하는 ‘deliriare’를 따서 델리리움(delirium)으로 불렸다. 초기 실험에서는241Am, 242Am, 239Am, 238Am의 네 가지 아메리슘 동위원소가 생

용도와 활용

아메리슘은 화재 경보기의 일종인 이온화식 연기 감지기에 이용되는데 이는 가정용으로 사용되는 감지기중 가장 흔히 볼 수 있다. 이산화 아메리슘 형태의241Am를 방사선 붕괴원으로 사용한다. 이 아메리슘 동위원소는226Ra보다 선호되는데, 이는241Am이 이 라듐 동위원소보다 알파 입자를5배 더 방출하고 사람에게 해로운 감마선을 적게 방출하기 때문이다. 일반적인 새 연기감지기에는 아메리슘1마이크로퀴리 (37 kBq) 또는0.29 μg가 들어있다. 이 양은 시간이 지날수록 아메리슘이 반감기가 더 긴(약214만년) 237Np로 붕괴하며 줄어든다. 반감기가432.2년인 이 아메리슘은19년 뒤에는 약3%, 32년 뒤에는 약5%의 넵투늄이 포함된다. Am의 방사선 붕괴에서 나온 알파 입자가2개의 전극 사이를 공기로 채운 이온화실을 통과하면 이에 의해 공기가 이온화되어 전극 사이에 작은 전류가 흐르게 된다. 연기가 이온화실에 들어가게 되면 연기가 알파입자를 흡수하여 공기가 이온화되는 정도가 줄어들게 되고, 이에 따라 전류의 세기가 변하면 경보음이 울리게 된다. 다른 종류의 연기 감지기인 광전식 연기 감지기에 비해 더 저렴하고, 광전식 연기 감지기의 빛을 차단하거나 반시시키지 않을 정도의 미세한 크기의 입자도 감지할 수 있다. 하지만 이온화식 연기 감지기는 오작동을 할 가능성이 더 높다. 241Am의 반감기(432.2년)는238Pu의 반감기(87.7년)와 대략적으로 비슷하기 때문에 이를 우주선 등의 방사성 동위 원소 열전기 발전기(RTG)로 사용되는 것이 제안되었다. 아메리슘은 플루토늄에 비해 열과 전기를 덜 생산한다. 241Am의 전력 생산량은114.7 mW/g이고, 243Am은6.31 mW/g이다(238Pu는390 mW/g). 그리고 중성자 방출에 의해 사람에게 더 위험하다. 하지만 유럽 우주국은

동위원소

아메리슘은 수십년 동안 원자로에서 소량으로 생산되었으며 현재241Am과243Am동위원소는 몇 킬로그램이 축적되었다. 그럼에도 매우 복잡한 분리 절차로 인해1962년 처음 판매된241Am의 가격인 그램당 약US$1,500(US$43,000/oz)과 현재 금액은 거의 변함이 없다. 241Am보다 무거운 동위원소인243Am은 훨씬 적은 양이 생산되어 분리하기가 더욱 어렵다. 그러하여 그램당100,000~160,000US$(140,000,000~230,000,000₩)으로 팔린다. 아메리슘은 우라늄에서 직접 합성되는 것이 아니라 플루토늄의 동위원소239Pu에서 합성된다. 239Pu는 다음 과정에 따라 먼저 생성된다. 92 238 U → ( n , γ ) 92 239 U → 23.5 m i n β − 93 239 P u → 2.3565 d ( n , γ ) 94 239 P u _92238\mathrm U \xrightarrow[](n,\gamma )\ _92239\mathrm U \ \xrightarrow[23.5\mathrm min ]\beta ^-\ _93239\mathrm Pu \ \xrightarrow[2.3565\mathrm d ](n,\gamma )\ _94239\mathrm Pu 239Pu가2개의 중성자를 흡수하는 (n, γ)반응을 거친 뒤, 베타붕괴를 하게 되면241Am이 된다. 94Pu 239 → 2 ( n , γ ) 94 241 Pu → 14.35 y r β − 95 241 Am 239_94Pu->[\mathrm 2(n,\gamma ) ]\ _94241Pu->[\beta ^-][14.35\mathrm yr ]\ _95241Am사용후핵연료에 존재하는 플루토늄의12%는241Pu이다. 241Pu는241Am으로 베타 붕괴되기 때문에 연료에서241Pu를 추출해241Am을 생성하는 데