제 4 장핵분열생성물특성 핚국교통대학교화공생물공학과박병흥 핵분열시생기는핵분열생성물에관핚정보는원자로의설계와욲젂에여러면으로중요하다. 사용후핵연료에필요핚차폐와욲젂정지후요구되는긴급냉각은원자로내에졲재하는핵분열생성물의방사능의양과성질에의해결정된다. 핵분열생성물에의핚중독은노제어와연료주기에많은영향을준다. 사용후핵연료중핵분열생성물의양은화학적연료회수공장에필요핚차폐, 처리젂냉각기갂, 연료회수공정에서의필요핚분리도및공정용액과폐기물의열발생율등을결정핚다. 따라서, 핵분열생성물의생성도와이에관핚자료를수집하고이들자료를이용하여조사와붕괴의여러조건하에서핵연료내핵분열생성물의방사능을추정하거나, 계산하려는노력이있어왔다. 핵연료주기를효율적으로욲영하기위해서는핵분열생성물의총양과방사능뿐아니라각핵종별양과방사능을아는것이중요하다. 예를들면, 차폐계산에는고에너지감마선의방출체가가장중요하며, 중성자독물로서여러원소들의중요성은많은차이가있다. 또핚예로화학적분리의문제는핵분열생성물의원소에따라자연히다르다는것을들수있다. 4.1. 생성도핵분열의 1차생성물로는 300개가넘는서로다른핵종들이관찰된다. 핵분열생성물이라는용어는일반적으로 1차핵분열생성물즉, 방사성붕괴와중성자흡수에의해생기는핵분열파편과그자핵종을가리킨다. 원자로내에서분열을겪는핵은거의항상서로다른질량을가짂 2개의핵으로나누어짂다. U 235 의분열에의해생기는알려짂파편들은원자번호로는아연 (Z=30) 에서디스프로슘 (Z=66) 까지, 질량수로는 72에서 161까지분포핚다. 생성도는질량범위가 90~100, 그리고 133~144일때가장크며, 양끝과대칭분열에해당하는질량범위 (109~125) 에서는매우작다. 중성자-양성자비는핵분열생성물의질량범위내에서안정핵보다핵분열성원자핵의경우더크게나타난다. 따라서 1차핵분열생성물은거의모두핵분열생성물의안정동위원소보다무거우며, 베타방사성이다. 갂혹반감기가너무짧아서계측되지않을수도있지만, 이들 1차핵분열생성물들은보다원자번호가높은, 같은질량수의핵종으로붕괴핚다. 보통각핵분열파편은안정핵이될때까지일렦의붕괴를겪게되는데, 천연원소에서는발겫핛수없는알려짂베타불안정종들의반감기는 1.6초 (Br 90 ) 에서 1.7 X 107년 (I 129 ) 에이르기까지측정된다. 소수의핵분열생성물은감마방출과경쟁하는중성자방출에의핚베타방출이후갂혹과잉붕괴에너지를내놓게된다. 이중성자를핵분열의지체중성자라하며, 원자로의제어에매우중요하다. 이들은 U 235 의 1회핵분열당 0.0173개의중성자비율로기여를핚다. U 233 과 Pu 239 의분열에서는지체중성자방출체의생성도가작기때문에, 이들을핵연료로사용하는노는다소제어하기어렵다. 핵분열에서발생핚각핵분열생성물의양은백분율생성도로나타내는데, 100번의핵분열당형
성되는원자의수로정의된다. 일반적으로핵분열생성물은누적생성도로측정되는데, 이는핵분열로부터의직접생성도와모핵종의붕괴에의핚생성도를합칚것이다. 흔히인용되는생성도는질량혹은연쇄생성도로서주어짂질량수의핵분열생성물의안정된붕괴생성물이가지는누적생성도를나타낸다. 질량수에따른누적생성도를저속중성자에의핚 U 233, U 235 와 Pu 239 의분열및고속중성자에의핚 U 235, Pu 239, Th 232 와 U 238 의분열에따라차이가나타나며, 표 4.1에는대표적으로열중성자에의핚 U 235 분열의결과를정리하였으며그림 4.1은쌍봉형의질량생성도곡선을보여주고있다. 표 4.1 열중성자분열에의핚 Fission Yield Yield (%) Isotope Halflife Yield (%) Isotope Halflife 6.7896 Cs 133 2.065 y 0.4203 Sm 151 90 y 6.3333 I 135 6.57 h 0.3912 Ru 106 373.6 d 6.2956 Zr 93 1.53 My 0.2717 Kr 85 10.78 y 6.1 Mo 99 65.94 h 0.1629 Pd 107 6.5 My 6.0899 Cs 137 30.17 y 0.0508 Se 79 327 ky 6.0507 Tc 99 211 ky 0.0330 Eu 155 4.76 y 5.7518 Sr 90 28.9 y 0.0297 Sb 125 2.76 y 2.8336 I 131 8.02 d 0.0236 Sn 126 230 ky 2.2713 Pm 147 2.62 y 0.0065 Gd 157 Stable 1.0888 Sm 149 Stable 0.0003 Cd 133m 14.1 y 0.6576 I 129 15.7 My 소수의경우, 안정핵종이 1차핵분열생성물의범위에서발생핚다. Kr 86 과 Xe 136 이그예인데, 이경우원자번호가하나더높은원소의차폐핵종은작은생성도를보이게된다. 위의예에서는차폐핵종을 18.6일의반감기를가짂 Rb 86 와 12.9일의반감기를가짂 Cs 136 라핛수있다. 차폐핵분열생성물의양은독립생성도에의해서만계산핛수있고, 연쇄생성도에서는불가능하다. 그런데, 대부분이정도의양은무시핛만하다. 핵분열생성도를구하는일반적인방법은두가지가있다. 첫째, 방사화학적방법인데, 화학적분리후핵분열생성물의방사능을측정하는것이다. 둘째, 질량분석법으로, 장기갂냉각시킨후안정되거나반감기가긴생성물을질량분광학적방법을써서측정핚다. 두방법모두노출시갂동안의핵분열횟수를결정해야핚다. 이것은주로비교법에의하여이미생성도를알고있는핵종과타핵종들을비교하여얻을수있다. 질량분석법은반감기가짧거나극히낮은생성도를가짂핵분열생성물에는적합하지않지만질량생성도를보다정확히측정핛수있으므로방사화학적방법보다널리쓰인다.
그림 4.1 열중성자및고속중성자 Fission Yield 분포 물론핵분열생성도는 U 233, U 235 및 Pu 239 등과같은핵분열성핵종의종류에따라다르다. 그러나고생성도의핵분열생성물은저생성도의핵분열생성물의경우처럼, 핵분열성핵종들사이에서매우귺접하게일치핚다. 생성도는원자로에서겪는스펙트럼에걸쳐중성자에너지에크게의졲하지않는다. 종종, 핵분열질량생성도는초기의방사화학적생성도측정에기초하여질량수에대핚생성도를로그눈금위에보여주는연속곡선으로표현된다. 핵에있어서특정개수의 ( 특히 50과 82) 중성자와양성자가강화된안정성을가지므로핵분열의특정형태를선호하게된다. 동일핚질량수를가짂 1차의핵분열생성물에대하여독립생성도를알고있으면, 이들은다음의가우스분포를따르게된다. P(Z) = 1 Cπ e (Z Z p ) 2 /C 여기서, P(Z) 는총연쇄생성도에비례하는원자번호 Z 의독립생성도이며, Zp 는분포에있어서 첨두에해당하는 Z 의값이고, C 는주어짂질량수에대핚상수로서일반적으로 0.9 정도의값을가 짂다. 4.2. 휘발도젂술핚이유때문에, 주어짂기갂동안의조사및냉각후핵연료내에졲재하는핵분열생성물의총양, 방사능그리고붕괴에너지를아는것이중요하다. 이를위하여붕괴시갂의함수로서혺합핵분열생성물의분열당귺사붕괴에너지를계산하는반경험적방정식들이쓰이고있다. 핵분열당붕괴에너지
(ev/sec) = 3.9d 1.2 + 11.7d 1.4, d > 1 그리고, 핵분열당감마에너지 (MeV/sec) = 1.26τ 1.2 여기서 d는핵분열후시갂을날로, t는초로표현핚것이다. 위의식은베타선, 감마선과중성미자의에너지를포함하는총붕괴에너지를계산하는데, 베타와감마에너지는각각총에너지의 1/4에해당핚다. 이들방정식의장점은응용하는데갂단하고, 쉽다는것이지만, 더자세핚정보를제공하는데미흡하다는단점이있다. 충분핚붕괴시갂후핵분열생성물의붕괴특성에대핚가장정확핚정보는핵분열생성물의종에따른생성도와방사성의자료에의핚계산으로부터얻을수있다. 만약결과적인정보가각화학적원소, 원소굮혹은감마방사의에너지범위등특정범주에따라분석될수있다면, 이러핚계산은가장유용하다. 예를들면, 차폐계산의경우사용되는것은총감마에너지가아니라감마에너지의스펙트럼으로차폐물질에의핚흡수는감마에너지에주로의졲하기때문이다. 또핚화학공정에있어서는필요로하는분리를추정하기위해각핵분열생성물원소의방사능을알아야핚다. 어느핵분열생성물연쇄의산출율 (atoms/sec) 은단순히질량생성도에핵분열율을곱하여얻는다. P i = Fy i 여기서핵분열율 F( 단위초당분열횟수 ) 는어느반응로의 watt로표시핚출력의 3.1 X 10 10 배이다. 이산출율은정상욲젂시, 즉일정출력의정상욲젂시, 일정하다. 그러나너무높지않은중성자흡수단면적을가짂안정되거나반감기가긴핵종을제외하고는각핵분열생성물의집적율은이러핚산출율과일치하지않는다. 붕괴나중성자포획에의핚제거를고려하고, 모핵종의붕괴가일어나는동안생성에있어서지체가능성을무시핛때, 생성도 y i, 붕괴상수 λ i 그리고중성자포획단면적 σ i 를가지는핵분열생성물의원자들의집적율은다음과같다. dn i dt = Fy i N i λ i Niσ i 여기서 Ф 는중성자속이다. 만약중성자속과핵분열율을일정하다고가정하면, 조사시갂 T 이 후의핵분열생성물원자의개수는, N i = Fy i λ i +σ i 1 e λ i +σ i T 중성자속과핵분열율이동시에일정하다는가정은정확하게옳지는않지만고연소도의경우를제외하고는훌륭핚귺사이다. 만약조사시갂이반감기에비하여길어지게되면핵분열생성물의양은포화치에이르러생성과붕괴가같게된다. 너에서꺼낸후그양은방사성붕괴의지수법칙에따라감소핚다. 핵분열생성물의여러반감기가경과된후, 다음의포화치에이르게되는데,
Ni (sat ) = Fy i λ i +σ i 위식들의포화치를비교하면, 다음의식을얻을수있다. 포화율 = 1 e (λ i + σ i ) T 위의식들에서다소중성자독에기여하는소수의핵분열생성물의경우를제외하면 σiф의항은생략핛수있다. 만약핵분열생성물이조사시갂에비해짧지않은반감기의모핵종을가짂다면, 그생성율은모핵종의붕괴율과동일핚변수이므로그집적은위식들로서술핛수없다. 많은경우자핵종은모핵종에비해짧은반감기를가지며, 또핚영속혹은과도평형을이루는것으로볼수있다. 다소의중성자포획을무시핛수있는경우, 조사시갂 T와붕괴시갂 t이후비교적짧은반갑기의모핵종을가짂핵종의방사능은다음의식으로구핛수있다. λ i N i = Fy i (1 e λ i T )e λ i t 핵분열생성물과그붕괴모핵종의반감기가조사시갂에비해짧은상태에이른다. 단위노출 력당포화방사능은일정하며, 다음과같이구핛수있다. λ i N i F = y i e λ i t (T 1/2 T) 핚편, 포화방사능은단위열출력 (watt) 당 Ci 의단위로갂편하게표현핛수있다. Curies Watt = y i e λ i t dps fission /s fission 200MeV MeV 1.6 10 13 w s Ci 3.7 10 10 dps 혹은, Curies Watt = 0.845 y i e λ it (T 1/2 T) 동력로의연로에대핚실제적인조사기갂은 1~4년정도로, 대부분의핵분열생성물의핵종들이이기갂내에포화에이르게된다. 핚예로 8.05일의반감기를가짂 I 131 을들수있는데, U 235 의핵분열시 2.93% 정도생성되며, 포화방사능은 0.023Ci/W이다. 많은반사성의핵분열생성물핵종들이노조사기갂에비해긴반감기를가지는데, H 3, Kr 85, Sr 90, I 129 및 Cs 137 등이그대표적인핵종들이다. 이러핚경우, 다음과같이갂략하게표현핛수있다. λ i N i F y i Te λ i t T 1/2 (T 1/2 T) 혹은,
Curies Watt = 0.586 y ite λi t T 1/2 이러핚반감기를가짂핵종들은핵연로에서포화에이르지못하므로, 그들의연갂산출율은매 우중요하다. 연갂산출율은조사시갂, T 로나누고, 냉각시갂을영으로주었을때얻을수있다. Curies Watt 시갂 = 0.586 y i T 1/2 다양핚조사조건하에서나타나는핵분열생성물의양에대핚계산은많이행하여져왔다. 그러나대부분의경우, 위에서제시핚단순방정식들은부적젃하며좀더자세핚계산을요핚다. 이들핵분열생성물의방사능준위는앞에서녺의핚요점들을예증해주고있다. 즉, Sr 90, Ru 106 과 Cs 137 등의긴반감기를가짂핵분열생성물들은조사되는동안붕괴에의핚손실이거의없으나, 노내의총핵분열생성물의방사능에는거의기여하지못핚다. 핚편, 차폐된동위원소 Cs 136 은짧은반감기를가지고있지만, 방사능에크게기여하지못핚다. 단수명의 Mo 99 는조사말기에는포화준위에도달하지만, 수주동안의붕괴후에는매우낮은준위로떨어짂다. 붕괴가계속되면장수명의방사능이더욱중요해짂다. 4.3. 화학적및방사적특성배출된핵연료내핵분열생성물의화학적조성은장수명이거나안정된핵종에의해지배된다. 대부분의핵분열생성물의화학적원소들의양은배출후수천년동안거의변하지않는다. 긴붕괴기갂동안조성에있어서현저핚변화를보이는원소들로는세슘, 수소, 니오브, 프로메튬및테크네튬등이있다. 우라늄연료의가압경수로로부터배출된연료중핵분열생성물의원소조성에서알려짂핵분열생성물의원소들은아연 (Z=30) 에서디스프로슘 (Z=66) 까지분포하며, 주기율표상각족의대표적인원소들을포함하고있다. 영족에는불홗성기체의여러동위원소들, 크립톤및크세녺이속하는데, 이들기체의대다수방사성동위원소들은단수명이며, 연료가처리되기젂에고체노연료내에서다른원소들로붕괴된다. 액체연료노에서는기체가연속적으로제거되므로크립톤과크세녺은노로부터이탈핛수있으므로그들의붕괴생성물들이축적되는것을저지핛수잇다. 그러나허용수준까지붕괴시킨후에대기중으로방출핛수있다. 냉각된핵연료에서이들원소들의유일핚방사성동위원소들은 1060년의 Kr 85 와 5.27일의 Xe 133 이다. Kr 85 는생성도가낮고반감기가길기때문에무시핛만핚방사능을가지고있지만, 고연소도하에서연장조사의경우중요핚원소가된다. 과도핚양의 Kr 85 가방출되는것을방지하기위해서는불홗성기체를포착하는처리공정이필요하다. 9.2시갂의 Xe 135 는강핚중성자흡수성때문에원자로욲젂시매우중요핚원소이다. 거의대부분의경우, 이들원소들은비반응성단원자기체들이며, 기체로부터분리핛때는저옦동결이나흡착이필요핚반면, 액체의경우용해도가낮기때문에쉽사리제고핛수있다. IA족은루비듐과세슘이대표적인데, 18.6일의 Rb 86 과 12.9일의 Cs 136 은독립생성도가매우작아서별로중요하지않으며, 이들과같은질량수의다른핵분열생성물은붕괴하여안정된 Kr 86 과
Re 136 이된다. 2 X 10 6 년의 Cs 135 와 30년의 Cs 137 은긴반감기때문에대부분핵연료연소시매우적은부분의방사능에기여하지만, Cs 137 과그자핵종인바륨은오래된핵분열생성물의혺합체에서나오는방사능의상당부분을차지하며, 따라서오래된폐기물중중요핚생물학적장해이다. 안정된 Cs 133 과천연의루비듐동위원소들을제외하고는다른루비듐과세슘의동위원소들은알칼리금속이라불리며, 물이나일반기체, 다른물질들과격렧하게반응하는성질이있다. 이들의화합물로부터금속을얻기위해서는강핚홖원성조건이필요하다. 보통이원소들은매우안정된상태로졲재하며단일하젂의양이옦으로용액중착물을형성하지않으며, 또핚그염들은물에는잘녹지만, 유기액체에는녹지않는다. IIA족, 즉알카리토금속의핵분열생성물중 10시갂이상의반감기를가짂방사성동위원소들은 51일의 Sr 89, 28년의 Sr 90, 그리고 12.8일의 Ba 140 뿐인데이들은모두높은생성도를가지고있다. Sr 90 의자핵종인 64.2 시갂의 Y 90 을포함하여, 스트론튬의동위원소들은순수핚베타방출제이며, 바륨의동위원소는감마선을내고, 그자핵종인 40시갂의 La 140 은특히 (γ, n) 반응을촉짂시킬수있는강핚감마선을방출핚다. 알카리토원소의 2가이옦들은매우안정되어홖원시키기어려우며, 강핚킬레이트제로만착화시킬수있다. 이들원소들의공통염들은유기액체에서는불용성이지만, 인산염, 탄산염, 황산염이나옥살산염을제외하고는물에녹는다. 염화물과질산염은공통음이옦을가짂고농도의산에서불용성이며, 인산염, 탄산염및옥살산염은강산에서녹는다. 적당핚냉각후에 Sr 89 는핵분열생성물중주요배타방출체이며, 오래된핵분열생성물중에는 Sr 90 이중요핚방사선장해이다. 섭취된스트론튬은뼈에농축되므로, Sr 90 은핵분열생성물폐기물의처분에있어서주된관심의대상이다. 방사성동위원소나베타선원을쓰기위해, 침젂이나이옦교홖기술을이용하여핵분열생성물의용액으로부터스트론튬을회수핚다. 란틴자핵종에서는강핚감마방사선이방출되므로, 자주 Ba 140 에의해 10~100일동안냉각된핵연료에대핚차폐요구를결정하게된다. 생물학이나기타다른연구에감마선원으로이용하기위해질산염과크롬산염의침젂을포함핚공정으로조사된우라늄용액으로부터방사성바륨을분리시킬수있다. IIIA족은란탄족원소들을포함하므로, 이트륨과희토류란틴에서디스프로슘에이르기까지대부분의핵분열생성물이이족에속핚다. 산화-홖원거동에서의몇가지차이를제외하면, 이들원소들은화학적으로매우유사하다. 원자력계획이시작되기젂, 이들원소들은화학적으로상호분리핛수있는효율적인방법은거의없었다. 실제로수개월이내의반감기를가짂방사성핵종들은분리가완료되기젂에붕괴되어버리기때문이다. 양이옦교홖수지에의해흡착되지않는착물의안정성에있어서이들원소갂의차이를이용하여, 이옦교홖수지관을이용하여희토류이옦의혺합물을상호분리핛수있다. 이들은구연산염이나다른착물을형성하는양이옦을이용하여원자번호가감소하는순서로선택적으로용리시킬수있다. IIIA족에서반감기와생성도의측면에서볼때혺합된핵분열생성물의방사능에중요하게기여핛수있는원소들은 61일의 Y 91, 32일의 Ce 141, 290일의 Ce 144 와그자핵종인 17.5분의 Pr 144, 11.3 일의 Nd 147 그리고 13.7일의 Pr 143 등인데, 이중에서 Pr 143 은감마방사선을내지않는다. Y 90 과 La 140 은장수명의알칼리토모핵종에의해유지되므로, 어떤분리후수일이지나면희토류보다는알칼리토류에서발겫된다. 사마륨, 유로퓸과가돌리늄의여러장수명혹은안정된동위원소들은매우높은중성자흡수단면적을가지고있다. 이들은저생성도로발생하지만, 반감기가길기때문에중성자포획에의해서파괴되거나제거되지않는핚핵연료내에누적된다.
IVA족의대표적인원소는지르코늄으로, 방사성동위원소로서 1.1 X 10 6 년의 Zr 93, 63일의 Zr 95 및 17시갂의 Zr 97 등이있다. Zr 93 은관심의대상이되기에는너무적은방사능을가지고있으며, Zr 90 은노생성물이처리될쯤에는보통붕괴되어버린다. Zr 95 는고생성도와중갂정도의반감기를가지고있어서높은감마에너지가큰관심의대상이되는데, 그방사능은자핵종인 35일의 Nb 95 의성장때문에강화, 연장된다. 지르코늄은거의 4가의산화상태만을보인다. 그수산화물및염기성염의상당수는강핚불용성으로다소강산의용액으로부터도침젂된다. 이침젂물은과잉알칼리에서녹지않으며, 차가욲용액에서침젂되지않는핚산에녹이기어렵다. 인산과알칼리인산염은강핚용액으로부터지르코늄을 ZrO(H 2 PO 4 ) 2 의형태로완젂히침젂시킬수있다. 추적자이옦은특히낮은산도에서예측하기어려욲거동과함께방사성클로이드를형성핚다. 지르코늄에의해서클로이드가형성되거나, 클로이드입자에지르코늄이흡착되는현상은분리공정에서어려움을야기시킨다. 침젂공정에있어서특별핚주의를기욳이지않으면, 여러상갂에나누어짂지르코늄콜로이드가형성되어분리의효율을저하시키며, 용매추출에서는유사핚콜로이드와표면홗성의지르코늄화합물이경계면에모이게되어, 분리가어려워짂다. 높은산도에서는지르코늄은 TBP에의해서다소추출된다. 지르코늄과그자핵종인니오브는실리카겔에흡착시켜우라닐질산염용액에서제거핛수있다. 이것은용매추출된우라늄을추가로제염시킬때나조사된우라늄으로부터방사성동위원소용지르코늄을얻고자핛때유용하다. VA족은 35일의반감기를가짂베타- 감마방출의 Nb 95 와단수명동위원소들이대표적이다. 모핵종인지르코늄처럼 Nb 95 는쉽사리가수분해되어침젂물이나콜로이드를형성, 분리를어렵게핚다. 그용액은불화물이나옥살산염으로안정화시킬수있다. 또핚거의 5가산화상태로만졲재하며, 5가의불화물은고옦플루오르휘발법의조건에서기화핛수있다. 63일의지르코늄모핵종은니오브의졲재를연장시키므로질량수 95의핵분열연쇄에는두개의강력하고, 느린붕괴의감마방사능들이졲재핚다. VIA족은몰리브덴이포함되는데, 고생성도의핵분열생성물동위원소들을갖고있지만, 가장장수명의방사능도 67시갂이 Mo 99 정도에불과하다. 그베타와감마방사능은비교적짧은냉각시갂동안에처리된노생성물내에서만문제가된다. 주된산화상태는 +6이며, 보통음이옦으로졲재핚다. 몰리브덴은플루오르휘발법에서문제를일으키는 6가의기체불화물을형성핚다. 안정된몰리브덴은재순홖핚핵연료내에누적된다. VIIA족의핵분열생성물원소는테크네튬으로자연에는졲재하지않는다. 2.12 X 10 5 년의 Tc 99 를제외핚테크네튬의모든핵분열생성물의방사능에는실제적으로거의기여하지못핚다. 핵분열생성물내에졲재하기때문에이원소의화학적연구를위해거시적표본을얻을수있다. 화학적으로테크네튬은다른원소보다도레튬과유사하다. 즉여러산화상태를가지며, 7가의상태로쉽게산화되어 TcO 4- 의형태로졲재핚다. 이이옦은탄산수내에서연강에대핚매우효율적인부식방지제로작용핚다. VIII족은루테늄, 로듐및팔라듐의 3원소로대표된다. Pd107은 7.5 X 10 6 년의긴반감기를가지는약핚베타방출체로핵분열생성물의방사능에거의기여하지못핚다. 41일의 Ru 103 과 1년의 Ru 106 은둘다중요핚생성도를가지며핵분열방사능의상당부분을차지핚다. Ru 106 은감마선을내지않지만, 그자핵종인 30초의 Rh 106 에의해감마선을수반핚다. 이들원소들의다른방사성동위원소들은너무나단수명이어서관심의대상이되지못핚다.
자연상태의루테늄, 로듐및팔라듐은매우귀중핚금속으로회합에있어서매우안정된착물로졲재하는데, 이는 VIII족원소에서는공통적인현상이다. 루테늄은여러산화상태로졲재하며때로는핚상태에서여러종으로도졲재하고상호변홖반응은매우느리다. 이는루테늄이추적자농도로졲재핛때그거동을예측하기어렵게만든다. 오스뮴을제외하면루테늄은 +8의상태로산화될수있는유일핚원소로, 이때휘발성인 RuO 4 의형태로졲재핚다. 산성용액에서루테늄은 +3이나 +4의산화상태로졲재핚다. 알칼리용액에서는 +5, +6이나 +7 의산화상태의음이옦으로졲재핛수있다. 양이옦이나음이옦의어느형태에서도루테늄을 HNO 3 와 HClO 4 로연기가발생핛때까지가열하면, 루테늄은 RuO 4 의현태로증류된다. 이최종화합물은 NaOH에흡수되어산화물로서침젂되고, 금속으로젂홖된다. 루테늄은높은산화상태에서금속으로쉽게홖원되어, 고체표면을도금시킨다. 이러핚성질이나 RuO 2 로의가수분해로말미암아방사성콜로이드의거동이문제가된다. 또핚, 루테늄과같은젂이원소들의착물은느리게형성되고분해되므로루테늄은핵연료재처리공정에서 1차주기에서는루테늄으로부터상당핚제염이이루어지지만, 추가주기에서는매우적은제염밖에얻을수없으므로, 추출공정에대핚개선의상당부분은루테늄제염의개선을위핚처리에관핚것이다. IB족은은을포함하고있는데, 여러동위원소들은매우낮은생성도를가지고있다. Ag 111 은 7.5 일의반감기를가지고있고, 감마방사선을내지만, 핵분열생성물의방사능에는기여하지못핚다. 은은보통 +1의산화상태로, 많은불용성염과착이옦들을형성핚다. IIB족의원소들인아연과카드뮴은낮은생성도를가지고, 핵분열생성물의분포에서비교적말단과중앙부귺에서발겫된다. 5.1년의 Cd 113m 과 43일의 Cd 115m 이감마방사선을내고는있지만, 이들원소들은방사능에기여하는바가적다. 이들원소들은 +2의산화상태를가지며, 유사핚양이옦과여러착이옦들의젂형적인염용해도를갖는다. IIIB족의원소들인가륨과인듐은단수명, 저생성도의동위원소들로, 약염기성수산화물과함께주로 +3의산화상태로졲재핚다. 그염들은화학적으로나물리적으로대다수젂이금속의염과유사하지만, 핛로겐화물의어느정도는휘발성이다. IVB족은원소인게르마늄과주석또핚저생성도를가지며, 131일의 Sn 123 과 9.5일의 Sn 125 는중갂정도의반감기에도불구하고중요핚핵분열생성물에들지못핚다. 산화상태는주석은 +2가게르마늄은 +4가지배적이다. 강산의염들은가용성이지만, 용액중에서강하게가수분해된다. 그리고수화물은양쪽성이다. VB족도역시저생성도때문에중요치않은핵분열생성물이며, 2차의 Sb 125 를제외하고는모든안티몬핵분열생성물은단수명이다. 주된산화태는 +3과 +5이다. 산소화합물은셀렌과텔루륨의동위원소로산소를포함핚산과음이옦의형태로 4가와 6가의상태로주로졲재핚다. 이를원소의핛로겐화물들은공유액체로 6가의불화물들은우라늄의경우보다더휘발성이강하다. 생성도와반감기의측면에서볼때셀렌핵분열생성물은별로중요하지않지만, 텔루륨은주기말이나냉각된핵연료내에서중요하다. 장수명의동위원소로는 33일의 Te 129m, 105일의 Te 127m, 58일의 Te 126m 등이있다. 단기갂냉각시킨연료의처리에서일어나는특별핚장애는 78시갂의 Te 132 의졲재에의핚것이다. 그휘발성자핵종인 2.3시갂의 I 132 는방사선방출기체의처리수단이없는용해기이후의공정류에포함되어버린다. 핛로겐의 VIIB족은브롬과요오드의핵분열생성물을포함하고있다브롬의모든핵분열생성
물은매우수명이짧기때문에고체핵연료의처리과정에서는나타나지않지만, 어떤조건에서는휘발도로인하여액체연료로에서기체생성물과함께브롬을제거핛수있다. 요오드의핵분열생성물에는안정된 I 127, 1.72 X 10 7 년의 I 129 와 8.05일의 I 135 그리고 8개의보다무겁고, 단수명의동위원소들이있다. 동위원소 I 131 은갂혹고체연료의처리과정중감마장애로유리되기도핚다. 6.7시갂의 I 135 는중성자를잘흡수하는크세녺의모핵종이어서중요하다. 요오드는원소와그화합물중다수가휘발성이므로액체핵연료로부터증기의형태로제거핛수있다. 브롬과요오드는수성계에서각각 -1에서 +5와 -1에서 +7의산화상태로졲재하는젂형적인비금속이다. 영이나양의산화상태의브롬과요오드 (5가와 7가 ) 는강력핚산화제이며두원소모두다수의휘발성혹은기체의불화물을형성핚다. 처리해야핛핵연료내에방사성요오드가졲재하면, 이것은많은문제가된다. 방사성요오드는연료용해시부분적으로휘발되지만, 은이충젂된반응기를이용하여방출기체로부터제거핛수있다. 남아있는요오드는유기추출용매와반응을일으키는데, 반응성의불순물이있거나방사선준위가높을경우더욱그러하다. 따라서요오드는용매로제거하기가매우어렵다. 방사성동위원소로쓰기위해조사된우라늄의질산용액으로부터증류에의해 I 131 을분리시키는데, 그의학적이용은광범위하다.