マイナーアクチニド

使用済み核燃料中の元素の分類

軽水炉における²³⁸ Puと²⁴⁴ Cm間の核変換フロー。 ^[1]
核分裂率は100から示されたパーセンテージを引いた値である。
核変換の総率は核種によって大きく異なる。245 Cmから
^{248 Cm}は長寿命で、崩壊は無視できる。

周期表のマイナーアクチニド 水素 ヘリウム リチウム ベリリウム ボロン 炭素 窒素 酸素 フッ素 ネオン ナトリウム マグネシウム アルミニウム シリコン リン 硫黄 塩素 アルゴン カリウム カルシウム スカンジウム チタン バナジウム クロム マンガン 鉄 コバルト ニッケル 銅 亜鉛 ガリウム ゲルマニウム 砒素 セレン 臭素 クリプトン ルビジウム ストロンチウム イットリウム ジルコニウム ニオブ モリブデン テクネチウム ルテニウム ロジウム パラジウム 銀 カドミウム インジウム 錫 アンチモン テルル ヨウ素 キセノン セシウム バリウム ランタン セリウム プラセオジム ネオジム プロメチウム サマリウム ユーロピウム ガドリニウム テルビウム ジスプロシウム ホルミウム エルビウム ツリウム イッテルビウム ルテチウム ハフニウム タンタル タングステン レニウム オスミウム イリジウム 白金 金 水銀（元素） タリウム 鉛 ビスマス ポロニウム アスタチン ラドン フランシウム ラジウム アクチニウム トリウム プロトアクチニウム ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインシュタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム ラザホージウム ドブニウム シーボーギウム ボーリウム ハッシウム マイトネリウム ダルムシュタット レントゲン コペルニシウム ニホニウム フレロビウム モスコビウム リバモリウム テネシン オガネソン

周期表における主要なアクチニド 水素 ヘリウム リチウム ベリリウム ボロン 炭素 窒素 酸素 フッ素 ネオン ナトリウム マグネシウム アルミニウム シリコン リン 硫黄 塩素 アルゴン カリウム カルシウム スカンジウム チタン バナジウム クロム マンガン 鉄 コバルト ニッケル 銅 亜鉛 ガリウム ゲルマニウム 砒素 セレン 臭素 クリプトン ルビジウム ストロンチウム イットリウム ジルコニウム ニオブ モリブデン テクネチウム ルテニウム ロジウム パラジウム 銀 カドミウム インジウム 錫 アンチモン テルル ヨウ素 キセノン セシウム バリウム ランタン セリウム プラセオジム ネオジム プロメチウム サマリウム ユーロピウム ガドリニウム テルビウム ジスプロシウム ホルミウム エルビウム ツリウム イッテルビウム ルテチウム ハフニウム タンタル タングステン レニウム オスミウム イリジウム 白金 金 水銀（元素） タリウム 鉛 ビスマス ポロニウム アスタチン ラドン フランシウム ラジウム アクチニウム トリウム プロトアクチニウム ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインシュタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム ラザホージウム ドブニウム シーボーギウム ボーリウム ハッシウム マイトネリウム ダルムシュタット レントゲン コペルニシウム ニホニウム フレロビウム モスコビウム リバモリウム テネシン オガネソン

マイナーアクチニドとは、ウランやプルトニウム以外のアクチニドで、使用済み核燃料中に含まれる。マイナーアクチニドには、ネプツニウム（元素番号93）、アメリシウム（元素番号95）、キュリウム（元素番号96）、バークリウム（元素番号97）、カリホルニウム（元素番号98）、アインスタイニウム（元素番号99）、フェルミウム（元素番号100）が含まれる。^[2]使用済み核燃料中のこれらの元素の最も重要な同位体は、ネプツニウム237、アメリシウム241、アメリシウム243、キュリウム242～248、カリホルニウム249～252である。

プルトニウムとマイナーアクチニドは、長期的には（300年から2万年後） 、使用済み核燃料の放射毒性と発熱の大部分の原因となるだろう。^[3]

原子炉から生成されるプルトニウムは、兵器級プルトニウムを製造するために設計された低燃焼度処理で生成されるプルトニウムよりも、プルトニウム241の含有量が多い傾向があります。原子炉級プルトニウムにはプルトニウム^241が大量に含まれているため、アメリシウム²⁴¹の存在はプルトニウムを核兵器の製造に適さないものにします。プルトニウム中のアメリシウムの内方成長は、未知のプルトニウムサンプルの起源と、アメリシウムから最後に化学的に分離されてからの時間を特定する方法の一つです。

アメリシウムは産業界ではアルファ粒子源としても、低光子エネルギーガンマ線源としても広く利用されている。例えば、煙探知器によく使われている。アメリシウムは²³⁹ Puと²⁴⁰ Puの中性子捕獲によって²⁴¹ Puとなり、これがベータ崩壊して²⁴¹ Amとなる。^[4]一般に、中性子のエネルギーが増加すると、核分裂断面積と中性子捕獲断面積の比は核分裂に有利に変化する。そのため、沸騰水型原子炉（BWR）や加圧水型原子炉（PWR）などの熱中性子炉でMOX燃料を使用すると、高速中性子炉の使用済み燃料よりも多くのアメリシウムが含まれると予想される。^[5]

マイナーアクチニドの一部は、核実験の放射性降下物中に発見されています。詳細は「環境中のアクチニド」をご覧ください。

軽水炉 使用済み燃料中の超ウラン元素（燃焼度55GWd _th /T）と核分裂による平均中性子消費量^[6]

負の数字は正味中性子生産者を意味する

アイソトープ	分数	D LWR	Dファスト	D超熱
237 いいえ	0.0539	1.12	−0.59	−0.46
238 プ	0.0364	0.17	−1.36	−0.13
239 プ	0.451	−0.67	−1.46	−1.07
240 プ	0.206	0.44	−0.96	0.14
241 プ	0.121	−0.56	−1.24	−0.86
242 プ	0.0813	1.76	−0.44	1.12
241 午前	0.0242	1.12	−0.62	−0.54
242メートル 午前	0.000088	0.15	−1.36	−1.53
243 午前	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
加重合計		−0.03	−1.16	−0.51

参考文献

1. 笹原明宏、松村哲夫、ニコラウ、ジョルゴス、パパイオアヌー、ディミトリ（2004年4月）「軽水炉高燃焼度UO2およびMOX使用済み燃料の中性子およびガンマ線源評価」原子力科学技術誌41 ( 4): 448– 456. doi : 10.3327/jnst.41.448 .
2. モイヤー、ブルース・A. (2009). イオン交換と溶媒抽出：一連の進歩、第19巻. CRCプレス. p. 120. ISBN 9781420059700。
3. ステイシー、ウェストン・M. (2007). 原子炉物理学. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. p. 240. ISBN 9783527406791。
4. ラージ、ガーディープ (2008).アドバンスト無機化学 Vol-1、第 31 版クリシュナ・プラカシャン・メディア。 p. 356.ISBN​ 9788187224037。
5. Berthou, V.; et al. (2003). 「熱中性子および高速中性子スペクトルにおける核変換特性：アメリシウムへの応用」（PDF） . Journal of Nuclear Materials . 320 ( 1–2 ): 156– 162. Bibcode :2003JNuM..320..156B. doi :10.1016/S0022-3115(03)00183-1. オリジナル（PDF）から2016年1月26日にアーカイブ。 2013年3月31日閲覧。
6. Etienne Parent (2003). 「20世紀半ばの配備に向けた核燃料サイクル」(PDF) . MIT. p. 104. 2009年2月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。

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