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삼중수소 분석

개요

  • 삼중수소는 경수로(PWR) 원전의 운영에 의해 배출되는 방사성물질 가운데 가장 많은 부분을 차지하고 있어 원전 주변지역 환경방사능 감시의 주요 대상 핵종이다.
  • 일반적으로 삼중수소는 자연상태에서 우주선(宇宙線, cosmic rays)에 의한 대기의 방사화로 생성되며, 그 외 인위적 요인으로는 과거 대기권에서의 핵실험과 원자력발전소의 운영으로 인한 기체·액체 방출에 의한 것이다.
  • 삼중수소의 방사성 특징으로 반감기는 12.35년 이며, 양성자 1개와 중성자 2개로 이루어진 수소의 방사성동위원소이다. 순베타 -붕괴 후 헬륨으로 변환되며 방출 베타 입자의 최대 운동에너지는 18.6keV이다.
  • 환경 중의 삼중수소는 대부분 산소와 반응하여 물(HTO) 형태로 존재하며 전체 방사성 피폭의 90% 정도를 기여한다. 일반 물, 수증기과 동일한 환경거동을 하며 인체 내 생물학적 반감기는 10일 정도이다. 또한 흡수된 삼중수소(HTO)는 체내의 탄소와 직접 결합하거나, 탄소나 산소와 결합하고 있는 수소 원자와 교환되어 메탄(OBT) 형태로 조직내에 결합한다. 이 경우 생물학적 반감기는 21~76일 정도이다.
  • 대기중에 존재하는 삼중수소의 거동은 대부분 강수에 의해 표층토양으로 이동되어 토양층에 확산되며, 대기중 삼중수소 농도는 기상조건, 토양표면으로 부터의 증발, 수증기와의 상호교환 작용 등에 의해 수시로 변한다.

액체섬광 계수기

액체섬광계수기 사진
액체섬광계수기는 여기 작용을 이용한 검출기로 섬광체가 삼중수소 베타방출 에너지를 흡수하여 광자(photon)를 생성하고, 두 개의 PMT(Photo Multiplier Tube : 광전자증배관)가 동시에 독립적인 전기 펄스를 생성한다. 생성된 펄스의 전기적 잡음 제거 및 증폭기를 통해 증폭한 후 빛을 계수(counting)하여 방사선을 가진 물질의 에너지 크기와 양을 측정하는 기기이다.

물시료(증류법)

  • 1
    채취된 시료는 이물질 제거를 위해 Pore size 0.2μm MEMBRANE 필터를 사용한 진공여과장치로 시료 300mL 이상 여과한다.
  • 2
    여과된 시료 200mL과 magnetic stirrer를 비커에 넣어 교반기에서 약 500~600rpm으로 교반한다.
  • 3
    시료내의 유기물을 제거하기 위해서 과망간산칼륨(KMnO4)시약 0.2g(0.1g/100mL)을 넣고 충분히(약 5분) 교반한다.
  • 4
    과망간산칼륨을 넣으면 시료가 보라색으로 바뀌면서 유기물이 제거된다.
  • 5
    시료내의 염분을 제거하기 위해 과산화나트륨(Na2O2) 시약 100mL당 담수는 0.1g, 해수는 1g를 넣어 약 5분간 교반시킨다. 이때 다량의 염소기체(Cl2)가 발생하므로 주의한다.
  • 6
    교반된 시료는 공침시킨 후 맑은 상등액 100mL 이상을 분취하여 증류 용기에 옮겨서 가열 증류 시키고 냉각수를 흘려준다. 이때 증류기 온도는 시료가 끓지 않을 정도로 유지하며, 최초 증류 시료 30~50mL는 버린다.
  • 7
    증류 시료 50mL를 받아 약 5mL를 취하여 AgNO3 용액을 2~3 방울 떨어뜨려 백탁현상(흰색침전:AgCl↓)이 생기면 KMnO4와 Na2O2를 첨가한 후 재증류하고, 침전이 없을 때까지 반복 확인 후 증류를 중단한다.
  • 8
    증류 시료 8mL와 섬광체(Ultima Gold) 12mL를 20mL Vial에 넣고 혼합한다.
  • 9
    20mL Vial을 50~60℃ 항온수조에 넣고 약 30분 정도 방치 후, Cocktail을 균일하게 하기 위하여 잘 흔들어서 혼합한다.
  • 10
    Vial 표면을 정전기가 없는 수건이나 천으로 잘 닦은 다음 냉암소(약 10℃ 이하)에 넣어 하루 정도 보관 후 계측한다. 액체섬광계수기(LSC) 내부는 냉암소 역할을 하기 때문에 계수기 내에서 24시간 안정화 시킨 뒤 계측한다.