KR101900804B1 - 자동 축차 방사성핵종 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 축차 방사성 핵종 분리기에 관한 것으로써, 구체적으로는 칼럼 별 동일한 유량을 지속적으로 확보하고 칼럼을 일정온도로 유지하여 일관된 분리/정제 효율을 얻을 수 있고, 강산이 포함된 시약 및 시료로부터 분석자의 안전확보할 수 있으며, 대용량 분석시료를 처리할 수 있는 자동 축차 방사성핵종 분리기에 관한 것이다. 본 발명은 하우징; 시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈; 상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및 상기 분석시료탱크에 저장된 분석시료와, 상기 분석시료탱크에 저장된 분석시료 이외의 추가 분석시료를 이송하기 위한 샘플로딩라인;을 포함하고, 상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것이 바람직하다.

Description

자동 축차 방사성핵종 분리기{AUTOMATED SEQUENTIAL RADIONUCLIDES SEPARATOR}

본 발명은 자동 축차 방사성 핵종 분리기에 관한 것으로써, 구체적으로는 칼럼 별 동일한 유량을 지속적으로 확보하고 칼럼을 일정온도로 유지하여 일관된 분리/정제 효율을 얻을 수 있고, 강산이 포함된 시약 및 시료로부터 분석자의 안전확보할 수 있으며, 대용량 분석시료를 처리할 수 있는 자동 축차 방사성핵종 분리기에 관한 것이다.

방사성폐기물(잡고체, 토양, 물 등)이나 해체폐기물(콘크리트, 금속 등)의 방사성특성 평가는 방사성폐기물 처분 산업이나 원자력발전소 해체 산업에서 매우 중요하다. 이는 방사성농도에 따라 처분 전략이 바뀌고 처분 비용이 달라지기 때문이다.

원전 해체 산업에서도, 해체폐기물의 방사성특성에 따라 해체 비용이 매우 상승할 수 있으며, 방사성폐기물, 해체폐기물의 방사성특성 평가는 감마 핵종 분석과 알파/베타 핵종 분석 결과에 바탕을 둔다.

그 중 알파/베타 핵종은 화학 분리가 반드시 필요하며, 화학분리 과정은 숙련된 분석자가 필요하고 복잡한 절차 때문에 시간이 오래 걸린다. 특히 분석자의 숙련도에 따라 일관된 분리 효율을 나타내기 어려울 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 종래기술로써 대한민국 등록특허 제10-1574901호 “자동 축차 방사성핵종 분리기, 분리방법, 및 분리기의 제어기”가 개시되어 있다.

종래의 자동 축차 방사성핵종 분리기는 단일시료에 혼합된 두 개 이상의 방사성핵종을 동시에 신속하게 선택적으로 분리할 수 있어 방사성핵종 분리에 소요되는 인력과 시간을 현저하게 줄일 수 있다.

하지만, 종래의 자동 축차 방사성핵종 분리기는 칼럼에 시료 또는 시약을 주입하기 위하여 4-channel인 두 대의 펌프를 사용하였으며, 펌프에 연결된 튜빙에 가해지는 압력이 모두 동일하지 않거나, 하나의 펌프에 연결된 4개의 튜빙의 성능이 동일하지 않아서 펌핑되는 유량이 상이할 수 있어서 칼럼의 운영 유량을 동일하게 맞추기 어렵다.

그리고 계절에 따라 실험실 온도가 낮을 경우 관심 방사성핵종의 분리/정제 효율이 감소할 수 있다.

그리고 대용량 분석시료를 처리할 수 없으며, 강산이 포함된 시약 및 시료로부터 분석자가 위험에 노출되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1574901호

본 발명의 목적은 칼럼별 동일한 유량을 지속적으로 확보하고 칼럼을 일정온도로 유지하여 일관된 분리/정제 효율을 얻을 수 있고, 강산이 포함된 시약 및 시료로부터 분석자의 안전확보할 수 있으며, 대용량 분석시료를 처리할 수 있는 자동 축차 방사성핵종 분리기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하우징; 시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈; 상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및 상기 분석시료탱크에 저장된 분석시료와, 상기 분석시료탱크에 저장된 분석시료 이외의 추가 분석시료를 이송하기 위한 샘플로딩라인;을 포함하고, 상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 하우징; 시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈; 상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및 상기 시약탱크, 분석시료탱트, 정제시료탱크 중 어느 하나 이상의 내부에 형성되는 퓸(Fume)이 외부로 배출되는 것을 방지하는 퓸방지부;를 포함하고, 상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것이 바람직하다.

또한, 하우징; 시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈; 상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및 상기 하우징에 설치된 히팅모듈;을 포함하고, 상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기는 칼럼별 펌프를 설치하여 칼럼별 동일한 유량을 지속적으로 확보할 수 있고, 히팅모듈을 통해 칼럼을 일정온도로 유지하여 일관된 분리/정제 효율을 얻을 수 있다.

또한, 샘플로딩라인을 통해 대용량 분석시료를 처리할 수 있다.

또한, 퓸방지부를 통해 분석자의 안전을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)의 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제어모듈(30)의 펌프별 유량 결정 알고리즘을 나타내는 도이다.
도 4a는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)의 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 샘플로딩라인에 포함된 로딩블록(50)의 모식도이다.
도 5는 종래 자동 축차 방사성핵종 분리기의 시약탱크는 나타내는 도이다.
도 6a는 도 2에 도시된 시약탱크(111,121)에 설치된 체크밸브에서, 차단볼(84)이 개방부(83)를 막고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 6b는 도 2에 도시된 시약탱크(111,121)에 설치된 체크밸브에서, 외부가스에 의해 차단볼(84)이 이동되어 개방부(83)가 개방된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 7a는 도 2에 도시된 정제시료탱크(171,181)에 설치된 시약관(90)을 나타내는 모식도이다.
도 7b는 도 7a에 도시된 캡(95)의 계략단면도이다.
도 8a는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)의 히팅모듈(60)을 나타내는 모식도이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 히팅블록(81)의 모식도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기의 히팅모듈(70)을 나타내는 개념도이다.
도 10은 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)를 통해 구현되는 자동 축차 방사성핵종 분리과정을 나타내는 흐름도이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 구체적인 설명에 앞서 후술되는 내용에 표현된 방향에 있어서, “상부”의 상(上)은 도 1에 도시된 펌프(153)를 기준하여 트레이(12) 측으로 향한 방향이며, “하부”의 하(下)는 트레이(12)를 기준하여 펌프(153) 측으로 향한 방향으로 정의한다.

이하, 도 1 내지 도 8b를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)의 구성도이며, 도 3은 도 1에 도시된 제어모듈(30)의 펌프별 유량 결정 알고리즘을 나타내는 도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 자동 축차 방사성핵종 분리기(10)(이하 “분리기”라 함)는 하우징(11), 분리모듈(20), 제어모듈(30)을 포함한다.

상기 하우징(11)은 일측면에 펌프(153)와 칼럼(163)이 설치된 공간부(14)(도 9 도시)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(14)를 개폐하는 도어(13)가 설치되어 있다.

그리고 상기 하우징(11)의 상부에는 한 쌍의 트레이(12)가 형성되어 있으며, 상기 트레이(12)에 후술되는 시약탱크(111, 121), 분석시료탱크(131,141), 정제시료탱크(171,181)가 배치된다.

상기 분리모듈(20)은 두 개의 제 1,2 분리모듈(21,22)로 구성되며, 상기 제 1,2 분리모듈(21,22)이 연결되어 방사성핵종 축차 분리가 구현된다.

상기 제 1,2 분리모듈(21,22)에는 각각 4개의 칼럼(163)이 포함되며, 총 8개의 칼럼(163)을 이용하여 4개의 시료를 동시에 축차 분리할 수 있고, 8개의 시료를 동시에 단일핵종 분리가 가능하다.

상기 제 1,2 분리모듈(21,22)은 시약부(110,120), 분석시료부(130,140), 펌프부(151, 152), 칼럼부(161, 162), 분리부(170,180)를 공통적으로 구비한다.

이하, 상기 제 1 분리모듈(21)을 중심으로 구성을 설명하되, 상기 제 2 분리모듈(22)은 제 1 분리모듈(21)과의 차이점을 위주로 기술하도록 한다.

상기 제 1 분리모듈(21)은 제 1 시약부(110), 제 1 분석시료부(130), 제 1 펌프부(151), 제 1 칼럼부(161), 및 제 1 분리부(170)를 포함하도록 형성된다.

제 1 시약부(110)는 시약을 저장하는 시약탱크(111)가 구비되어 있으며, 상기 시약탱크(111)는 복수 개로 구성되어 있다.

그리고 상기 제 1 시약부(110)는 상기 시약탱크(111) 중 어느 하나의 시약을 선택적으로 통과시키는 시약선택밸브가 구비되어 있다.

상기 제 1 분석시료부(130)는 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크(131)가 구비되어 있으며, 상기 분석시료탱크(131)는 복수 개로 구성되어 있다.

그리고 상기 제 1 분석시료부(130) 는 상기 분석시료탱크(131)에 저장된 분석시료와 상기 시약선택밸브를 통과한 시약 중 어느 하나를 선택적으로 통과시키는 시약시료선택밸브가 구비되어 있다.

상기 시약시료선택밸브는 삼방(3-way)밸브로써, 복수 개로 구성되어 상기 분석시료탱크(131)에 각각 연결되어 있다.

상기 시약선택밸브와 상기 시약시료선택밸브간에는 시약분배밸브가 연결되어 있으며, 상기 시약선택밸브를 통과한 시약을 상기 시약시료선택밸브로 분배한다.

제 1 펌프부(151)는 상기 제 1 시약부(110)와 제 1 분석시료부(130)의 시약과 시료를 상기 제 1 칼럼부(161)로 이송하기 위한 구성으로써, 펌프(153)와 펌프 컨트롤러를 포함한다.

상기 펌프(153)는 상기 칼럼(163)의 수만큼 구비되어 있으며, 상기 펌프(153)에 연결된 튜브의 일측은 상기 시약시료선택밸브에 연결되며, 타측은 상기 칼럼(163)에 연결되어 있다.

상기 펌프 컨트롤러는 아날로그 출력단자를 통해 상기 펌프(153)의 회전속도를 조절한다.

상기 제 1 칼럼부(161)는 상기 제 1 펌프부(151)에서 이송되는 시약과 시료가 유입되며, 복수 개의 상기 칼럼(163)이 구비되어 있다.

상기 제 1 분리부(170)는 복수 개의 정제시료탱크(171)와 분리밸브를 포함한다.

상기 분리밸브는 사방(4-way)밸브로써, 그 일측은 상기 칼럼(163)에 각각 연결되고, 타측은 상기 정제시료탱크(171) 및 후술되는 상기 제 2 분리모듈(22)의 전환부(190)에 연결되어 있다.

상기 정제시료탱크(171,181)는 상기 분리밸브에 각각 연결되어 있으며, 상기 칼럼(163)을 통과한 정제시료를 수집한다.

상기 제 1 분리부(170)는 폐기물탱크(200)에 연결되고, 상기 제 1 분리부(170)를 통과한 시약 또는 분석시료가 상기 폐기물탱크(200)로 배출된다.

상기 제 2 분리모듈(22)은 전술된 바와 같이 상기 제 1 분리모듈(21)과 유사하며, 상기 제 2 분리모듈(22)은 제 2 시약부(120), 제 2 분석시료부(140), 제 2 펌프부(152), 전환부(190), 제 2 칼럼부(162), 제 2 분리부(180)를 포함한다.

상기 제 2 시약부(120), 제 2 분석시료부(140)는 상기 제 1 시약부(110), 제 2 분석시료부(140)와 같이 시약탱크(121), 분석시료탱크(141), 밸브 구성이 구비되어 있으며, 상기 제 2 펌프부(152)의 구성 또한 상기 제 1 펌프부(151)와 동일하다.

상기 제 2 분리모듈(22)은 상기 제 1 분리모듈(21)과 달리, 상기 전환부(190)를 포함한다.

상기 전환부(190)는 상기 제 2 펌프부(152)와 상기 제 1 분리부(170)에 상호 연결되며, 복수 개의 전환밸브가 구비되어 있다.

상기 전환밸브는 상기 제 2 펌프부(152)를 구성하는 상기 펌프(153)의 타측에 연결되어 있으며, 상기 제 1 분리부(170)에서 유출되는 시약 및 시료와 상기 제 2 펌프부(152)에서 이송되는 시약 중에서 선택적으로 통과시켜 상기 제 2 칼럼부(162)로 이송시킨다.

상기 제 2 칼럼부(162)는 상기 제 2 펌프부(152)에서 이송되는 시약과 시료가 유입되며, 복수 개의 상기 칼럼(163)이 구비되어 있다.

상기 제 2 분리부(180)는 복수 개의 정제시료탱크(181), 분리밸브, 로딩아웃탱크(182)를 포함한다.

전술된 바와 같이, 상기 분리밸브는 사방(4-way)밸브로써, 그 일측은 상기 제 2 칼럼부(162)의 상기 칼럼(163)에 각각 연결되고, 타측은 상기 정제시료탱크(181) 및 로딩아웃탱크(182)에 각각 연결되어 있다.

상기 정제시료탱크(181)는 상기 분리밸브에 각각 연결되어 있으며, 상기 칼럼(163)을 통과한 정제시료를 수집한다.

또한, 상기 로딩아웃탱크(182)는 상기 칼럼(163)에 고정되지 않거나 통과한 분석시료 성분을 저장할 수 있다.

아울러, 상기 제 2 분리부(180)는 상기 폐기물탱크(200)에 연결되고, 상기 제 2 분리부(180)를 통과한 시약 또는 분석시료가 상기 폐기물탱크(200)로 배출된다.

상기 제어모듈(30)은 전술된 각종 밸브들과 상기 펌프(153)의 구동, 즉 상기 펌프 컨트롤러를 제어한다.

종래의 분리기는 칼럼에 시료 또는 시약을 주입하기 위하여 4-channel인 두 대의 펌프를 사용하였으며, 펌프에 연결된 튜빙에 가해지는 압력이 모두 동일하지 않거나, 하나의 펌프에 연결된 4개의 튜빙의 성능이 동일하지 않아서 펌핑되는 유량이 상이할 수 있어서 칼럼의 운영 유량을 동일하게 맞추기 어렵다.

이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 발명의 상기 분리기(10)는 상기 칼럼(163) 각각에 상기 펌프(153)가 연결되어 있으며, 펌프별 유량은 분석자의 요구에 맞춰 조절할 수 있다.

펌프별 유량은 상기 펌프(153)에 가해지는 전압을 달리하는 상기 제어모듈(30)의 알고리즘(도 3 도시)을 통해 결정된다.

상기 펌프(153)의 유량 특성을 파악하기 위해, 초순수를 이용하여 같은 운영 시간/전압 조건에서 상기 펌프(153)를 구동한 다음 상기 칼럼(163)을 통과한 초순수의 무게를 잰다.

일예로 초순수 밀도 1g/ml 전제 하에, 유량은 1.48ml/min/V로 표시할 수 있다.

분석자가 요구하는 유량이 1.48ml/min이라면, 각 상기 펌프(153)별 구동 시간이 같은 조건 하에 같은 유량을 나타내도록 상기 펌프(153)에 가해지는 전압을 달리한다.

하기 표 1을 참조하면, 펌프 1과 펌프 4의 결정된 유량은 1.475ml/min/V와 1.4811.475ml/min/V이다.

분석자의 요구조건이 2 .96 ml, 1.48 ml/min의 유량일 때, 펌프 1부터 펌프 8에 가해지는 전압은 표 1의 ‘가해지는 전압(V)’처럼 다르다.

즉, 8 개의 상기 칼럼(163)은 동일한 유량을 유지하기 때문에, 8 개의 상기 칼럼(163)은 동일한 조건(유량, 사용하는 용액 부피)에서 운영될 수 있다.

펌프별 유량(ml/min/V) 결정 후, 분석자의 조건에 따른 작동예시

	pump 1	pump 2	pump 3	pump 4	pump 5	pump 6	pump 7	pump 8
원하는 부피 (ml)	2.96	2.96	2.96	2.96	2.96	2.96	2.96	2.96
원하는 유량 (ml/min)	1.48	1.48	1.48	1.48	1.48	1.48	1.48	1.48
작동시간 (min)	2	2	2	2	2	2	2	2
결정된 유량 (ml/min/V)	1.475	1.479	1.476	1.481	1.476	1.476	1.476	1.478
가해지는 전압 (V)	0.997	0.999	0.997	1.001	0.997	0.997	0.997	0.999

상기 폐기물탱크(200)는 상기 제 1 분리부(170)와 상기 제 2 분리부(180)에 연결된다.

상기 제 1 시약부(110)의 시약과 상기 제 1 분석시료부(130) 의 분석시료는 상기 제 1 분리부(170)를 통해 직접적으로 상기 폐기물탱크(200)로 유출될 수 있을 뿐 아니라, 상기 제 1 분리부(170)를 통과한 후 상기 전환부(190)를 경유하여 상기 제 2 분리부(180)를 통해 간접적으로 상기 폐기물탱크(200)로 배출될 수도 있다.

도 4a는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 샘플로딩라인에 포함된 로딩블록(50)의 모식도이다.

도 4a,b를 참조하면, 상기 분리기(10)를 통해 생산되는 정제시료는 상기 칼럼(163)별 최대 5종류이며, 칼럼 수 8개를 고려하면 최대 40개의 정제시료가 생산된다.

따라서 상기 분리기(10)는 효율적인 공간사용을 위해, 상기 시약탱크(111, 121), 분석시료탱크(131,141), 정제시료탱크(171,181) 모두 상기 트레이(12)에 배치되어 보관된다.

한편 관심핵종에 따라 분석시료의 부피가 매우 클 수 있다.

일예로, 해수 6 L 중 90Sr 분석을 DGA로 분리할 경우, 약 1.2 L의 분석시료를 처리해야 하며, 이러한 대용량 분석시료를 상기 트레이(12)에 배치할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 상기 분리기(10)는 상기 대용량 분석시료를 이송하기 위한 샘플로딩라인을 더 포함한다.

상기 샘플로딩라인은 대용량 분석시료 유입부(41), 분석시료 유입부(42), 로딩블록(50)을 포함한다.

상기 대용량 분석시료 유입부(41)는 상기 대용량 분석시료가 유입되는 라인으로써, 상기 하우징(11)의 일측면, 보다 구체적으로 대용량 분석시료가 수용된 탱크의 높이를 고려하여 상기 하우징(11)의 일측면 하부에 형성되어 있다.

상기 분석시료 유입부(42)는 상기 트레이에 배치된 분석시료가 유입되는 라인으로써, 상기 분석시료탱크(131,141)가 배치된 상기 분리기(10)의 상부, 보다 구체적으로 한 쌍의 상기 트레이(12) 간에 형성되어 있다.

상기 로딩블록(50)은 상기 대용량 분석시료 유입부(41)와 분석시료 유입부(42)로부터 유입되는 분석시료가 상기 펌프부(151, 152)로 전달되는 위한 구성이다.

상기 로딩블록(50)의 일측면에는 상기 대용량 분석시료 유입부(41)에 연결되는 제 1 유입라인부(52)와, 상기 분석시료 유입부(42)에 연결되는 제 2 유입라인부(51)가 형성되고, 상기 로딩블록(50)의 타측면에는 상기 펌프부(151, 152)에 연결된 펌프라인부(53)가 형성되어 있다.

상기 분리기(10)를 운영하기 위해, 고농도의 질산 용액이나 염산 용액을 시약으로 사용하며, 분석시료 역시 원활한 화학분리를 위해 강산을 포함할 수 있다.

상기 시약탱크(111, 121)와 상기 분석시료탱크(131,141)에서 시약/시료를 펌핑하면 탱크 내에 음압이 형성되기 때문에 외부와 완전히 밀폐시킬 수는 없다.

즉, 외부의 공기가 자유롭게 탱크 안으로 들어갈 때, 탱크 안의 강산에 의한 퓸(Fume)이 탱크 외부로 빠져나갈 수 있다는 것을 의미한다.

특히 시약은 1 L의 양으로 보관하기 때문에 분석자의 안전을 위하여 발생하는 퓸이 그대로 탱트 외부로 유출되어서는 안된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 분리기는 시약, 분석시료, 정제시료에 포함된 강산에서 발생하는 퓸이 외부로 배출되는 것을 방지하기 위하여 탱크에 튜빙을 연결하여 탱크의 내/외부 가스 흐름을 조절하였다.

하지만 탱크 개수만큼 튜빙 개수가 많아서 분리기 관리가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제를 해소하기 위하여, 본 발명의 상기 분리기(10)는 상기 시약탱크(111, 121), 분석시료탱크(131,141), 정제시료탱크(171,181) 중 어느 하나의 내부에 형성되는 퓸이 외부로 배출되는 것을 방지하는 퓸방지부(80,90)를 더 포함한다.

상기 퓸방지부(80,90)는 상기 시약탱크(111, 121)와 상기 분석시료탱크(131,141)에 설치되는 체크밸브(80)와, 상기 정제시료탱크(171,181)에 설치된 시약관(90)으로 구성된다.

도 6a는 도 2에 도시된 시약탱크(111,121)에 설치된 체크밸브(80)에서, 차단볼(84)이 개방부(83)를 막고 있는 상태를 나타내는 모식도이다.

도 6b는 도 2에 도시된 시약탱크(111,121)에 설치된 체크밸브(80)에서, 외부가스에 의해 차단볼(84)이 이동되어 개방부(83)가 개방된 상태를 나타내는 모식도이다.

도 6a,b를 참조하면, 상기 체크밸브(80)는 상기 시약탱크(111, 121)와 상기 분석시료탱크(131,141)의 내/외부 가스 흐름을 한 방향으로 유지하기 위한 구성으로써, 상기 시약탱크(111, 121)와 상기 분석시료탱크(131,141)의 상부에 결합된 뚜껑(85)에 설치되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 체크밸브(80)는 전체적으로 지팡이 형상이며, 상기 뚜껑(85)의 상부로부터 상방 연장되어 수평방향으로 절곡된 제 1 절곡부(81)와, 상기 제 1 절곡부(81)로부터 연장되어 하방 절곡된 제 2 절곡부(82)를 포함한다.

그리고 상기 제 2 절곡부(82)의 단부에 형성된 개방부(83)와, 상기 개방부(83)에 걸쳐지도록 상기 개방부(83)에 배치된 차단볼(84)을 포함한다.

상기 개방부(83)는 탱크의 내부에 형성된 음압에 의해 외부가스가 유입되고, 상기 차단볼(84)은 상기 개방부(83)로부터 유입되는 외부가스에 의해 상기 제 2 절곡부(82) 측으로 이동된다.

즉, 평상시 상기 차단볼(84)은 상기 개방부(83)를 항상 닫고 있으므로 탱크의 내부가스는 탱크 외부로 유출되지 않는다.

반대로 탱크 내부에 음압이 형성되면 외부가스가 상기 차단볼(84)을 들어 올리면서 탱크 내부로 유입된다.

상기 차단볼(84)은 외부가스에 의해 자연스럽게 들어올려질 수 있는 무게여야 하며, 내산성 강화를 위해 테프론으로 코팅되는 것이 바람직하다.

도 7a는 도 2에 도시된 정제시료탱크(171,181)에 설치된 시약관(90)을 나타내는 모식도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 캡(94)의 계략단면도이다.

도 7a,b를 참조하면, 상기 정제시료탱크(171,181)는 상기 칼럼(163)에서 정제된 시료를 수집하는 용기로서, 상기 정제시료탱크(171,181)의 내부가스는 외부로 배출되어야 한다.

정제시료는 일부 산을 포함한 용액이기 때문에, 퓸이 형성될 수 있다.

상기 시약관(90)은 외부로 배출되는 상기 정제시료탱크(171,181)의 내부가스에서 퓸을 제거하기 위한 구성으로써, 상기 정제시료탱크(171,181)의 상부에 결합된 캡(94)에 설치되어 있다.

상기 시약관(90)은 상기 정제시료탱크(171,181)의 내부에 형성된 퓸을 제거하는 퓸제거시약(91)과, 상기 퓸제거시약(91)의 하부에 배치된 프리트(frit)(93)를 포함한다.

그리고 상기 퓸제거시약(91)의 상부에 배치되고, 상기 퓸제거시약(91)을 통과한 상기 정제시료탱크(171,181)의 내부가스가 외부로 유출되는 배출마개를 포함한다.

상기 프리트(93)는 상기 퓸제거시약(91)이 상기 정제시료탱크(171,181) 내부로 유입되는 방지하기 위한 구성으로써, 0.1 um 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

분석 시료/관심 방사성핵종에 따라 시료 정제 후, 1. 추가 화학처리, 2. 직접 분석을 하는 경우가 있다.

관심 방사성핵종에 따라 수집해야할 정제시료의 부피가 다르므로 상기 정제시료탱크(171,181)가 관심 핵종에 따라 다르게 사용된다.

통상 사용되는 상기 정제시료탱크(171,181)는 10 ml tube, 15 ml tube, 20 ml LSC vial, 50 ml tube이다.

이러한 각 탱크의 상부측 외경에 맞도록 정제튜브라인(T)이 연결된 상기 캡(94)의 내주면에는 상기 정제시료탱크(171,181)의 상부측 외경에 대응되는 체결부(94)가 형성되어 있다.

상기 체결부(94)는 상기 캡(94)의 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 감소(d1>d2>d3)하는 단차가 형성되어 있다.

즉, 하나의 상기 캡(94)으로 여러 종류의 상기 정제시료탱크(171,181)를 적용할 수 있다.

상기 칼럼(163)에 사용되는 수지(resin)는 관심 방사성핵종별로 다르며, 수지에 따라 방사성핵종을 분리/정제하는 적정 온도가 있다. 항온 되지 않는 실험실의 경우, 계절에 따라 실험실 온도가 낮을 경우 관심 방사성핵종의 분리/정제 효율이 감소할 수 있다.

이를 방지하기 위하여 항온 실험실을 유지하는 것보다, 상기 분리기(10) 내에 “칼럼히팅시스템”을 적용하는 것이 경제적으로 효율적이며 확실하게 상기 칼럼(163) 내 온도를 유지할 수 있는 방법이며, 상기 분리기(10)는 상기 하우징(11)에 설치된 히팅모듈(60)을 더 포함한다.

도 8a는 도 1에 도시된 자동 축차 방사성핵종 분리기의 히팅모듈(60)을 나타내는 모식도이고, 도 8b는 도 8a에 도시된 히팅블록(61)의 모식도이다.

도 8a,b를 참고하면, 상기 히팅모듈(60)은 상기 칼럼(163)의 외주면을 감싸는 히팅블록(61)과, 상기 히팅블록(61)을 가열하기 위하여 상기 히팅블록(61)에 권회되어 설치된 열선(62)을 포함한다.

즉, 8 개의 상기 칼럼(163)에 상기 히팅블록(61)을 설치하고, 상기 히팅블록(61)이 약 18~20도를 유지할 수 있도록 상기 열선(62)에 전원이 공급된다.

이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 분리기에 대하여 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 전술된 본 발명의 제 1 실시예와 중복된 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자동 축차 방사성핵종 분리기의 히팅모듈(70)을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 제 2 실시예는 전술된 제 1 실시예의 구성과 대부분 동일하고, 도 에 도시된 히팅모듈(70)이 상기 하우징(11)의 내부에 설치되어 있다.

상기 히팅모듈(70)은 펠티어 소자(71), 히터코어(72), 송풍팬(73)을 포함한다.

상기 펠티어 소자(71)는 상기 하우징(11)의 내부에 설치되어 있으며, 상기 히터코어(72)는 상기 펠티어 소자(71)의 일측, 보다 구체적으로 상기 펠티어 소자(71)의 발열측면에 설치되어 있다.

상기 송풍팬(73)은 상기 펠티어 소자(71)에 의해 가열된 상기 하우징(11)의 내부 공기를 상기 칼럼(163)측으로 유동시키기 위한 구성으로써, 상기 히터코어(72)의 일측에 설치되어 있다.

상기 하우징(11)은 상기 송풍팬(73)에 의해 상기 하우징(11)의 내부와 상기 공간부(14)의 공기가 순환되기 위하여 상기 공간부(14)의 일측면에 형성된 공기순환부(15,16)를 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 공기순환부(15,16)는 제 1,2 공기순환부(15,16)로 구성되며, 상기 제 1 공기순환부(15)는 상기 공간부(14)의 일측면에서 상기 칼럼(163)의 상부 측에 형성되어 있다.

그리고 상기 제 2 공기순환부(16)는 상기 공간부(14)의 일측면에서 상기 칼럼(163)의 하부 측에 형성되어 있으며, 상기 히팅모듈(60 70)은 상기 제 1,2 공기순환부(15,16)중 어느 하나의 인근에 설치되어 있다.

상기 히팅모듈(70)이 상기 제 1 공기순환부(15)의 인근에 설치된 것을 기준하여, 상기 송풍팬(73)에 의해 상기 하우징(11)의 내부 공기가 상기 제 1 공기순환부(15)을 통해 상기 공간부의 내부로 유동되고, 상기 공간부(14)의 내부 공기가 상기 하우징(11)의 내부로 유동된다.

상기 공간부(14)로 유동된 상기 하우징(11)의 내부 공기에 의하여 상기 칼럼(163)의 온도을 일정하게 유지할 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여 상기 분리기(10)를 통해 구현되는 자동 축차 방사성핵종 분리과정과 단일핵종분리과정을 살펴보도록 한다.

도 10은 도 1에 도시된 상기 분리기(10)를 통해 구현되는 자동 축차 방사성핵종 분리과정을 나타내는 흐름도이다.

전술된 바와 같이, 상기 분리기(10)는 두 개의 상기 제 1,2 분리모듈(21,22)로 구성되며, 이들을 순차적으로 배열하여 2개의 칼럼으로 축차분리를 수행할 수 있고, 별도로 병렬 배치하여 1개의 칼럼으로 단일핵종분리를 할 수 있다.

즉, 하나의 방사성핵종에 대해 동시에 8개 시료를, 둘 이상의 방사성핵종에 대해 동시에 4 개 시료를 처리할 수 있으며, 둘 이상의 방사성핵종을 처리할 경우, 상기 제 1 칼럼부(161)와 상기 제 2 칼럼부(162)를 사용한다.

그리고 상기 분리밸브가 사방(4-way) 밸브로 구성되어 도 10에 도시된 바와 같이 축차분리 기능을 확대할 수 있다.

우선, 축차분리(Sequential) 또는 단일핵종분리 중에서 선택하고, 선택된 분리과정에 따라 분리할 시료의 개수를 결정한다.

축차분리과정은 초기화단계, 로딩단계, 정제단계, 용출단계, 세정단계를 포함한다.

초기화 단계에서, 선택적 수지가 주입된 상기 칼럼부(161, 162)에 초기화 시약을 공급하고, 상기 칼럼부(161, 162)를 통과한 초기화 시약은 상기 폐기물탱크(200)로 배출된다.

로딩 단계에서, 상기 제 1 분석시료부(130) 에 저장된 분석시료를 상기 칼럼부(161, 162)로 공급한다.

즉, 상기 제 1 분석시료부(130) 의 분석시료가 상기 제 1 분리부(170)를 통과하여 상기 전환부(190)로 이동하여 상기 제 2 칼럼부(162)로 공급된다.

여기서, 방사성핵종은 이온교환 고정되고, 상기 칼럼부(161, 162)를 통과한 분석시료는 상기 폐기물탱크(200)로 배출되거나, 상기 로딩아웃탱크(182)에 수집된다.

정제 단계에서, 상기 칼럼부(161, 162)에 정제 시약을 공급하고, 상기 칼럼부(161, 162)를 통과한 정제 시약은 상기 폐기물탱크(200)로 배출된다.

즉, 상기 제 1 시약부(110)에서 저장된 정제 시약이 상기 제 1 칼럼부(161)를 거치고, 상기 제 1 분리부(170)를 통과하여 상기 전환부(190)로 이동한 후, 상기 제 2 칼럼부(162)에 공급될 수 있다.

또는, 상기 제 1 시약부(110)에 저장된 정제 시약은 제 1 칼럼부(161)에만 공급된 후 상기 폐기물탱크(200)로 배출되고, 상기 제 2 시약부(120)에 저장된 정제 시약은 상기 제 2 칼럼부(162)에 제공될 수도 있다.

용출 단계에서, 상기 제 1 시약부(110)에 저장된 용출 시약을 상기 제 1 칼럼부(161)에 공급하고, 상기 제 2 시약부(120)에서 저장된 용출 시약을 상기 제 2 칼럼부(162)에 공급한다.

이를 통해, 상기 칼럼부(161, 162)의 수지에 고정된 방사성핵종을 이온교환 분리하여 용출액을 상기 제 1 분리부(170)의 상기 정제시료탱크(171,181)와 상기 제 2 분리부(180)의 상기 정제시료탱크(171,181)로 배출한다.

세정 단계는 방사성핵종 분리를 완료하는 단계로서, 증류수를 이용하여 상기 칼럼부(161, 162)의 상기 칼럼(163)들을 세정한다.

즉, 방사성핵종 분리에 사용되는 시약은 질산 등과 같은 강산이기 때문에, 상기 칼럼(163)들에 포함되어 있는 시약 등을 세정하여 상기 칼럼(163)들에 어떠한 물질도 포함되지 않은 청결한 상태로 다음 분리 작업까지 상기 분리기(10)를 보관하는 것이 바람직하다.

도 10을 참조하여 로딩 단계, 정제 단계, 용출단계를 살펴보면 다음과 같다.

하나의 분석시료(①)를 상기 제 1 칼럼부(161)에 통과시키고, 시약 A(②)를 상기 제 1 칼럼부(161)에 통과시켜 정제된 시료를 상기 제 1 분리부(170)의 상기 정제시료탱크(171,181)에 수집(①‘,②’,①‘+②’)한다.

그리고 시약 B(③)를 상기 제 1 칼럼부(161)에 통과시켜 정제된 시료를 상기 제 1 분리부(170)의 상기 정제시료탱크(171,181)에 수집한다(③‘).

상기 제 1 칼럼부(161)를 통과한 ②’,①‘+②’를 수집하거나 또는 상기 제 2 칼럼부(162)로 통과시킨 다음 ②‘’를 수집할 수 있다.

시약 C(④)와 시약 D(⑤)를 상기 제 2 칼럼부(162)에 통과시켜 정제된 시료를 상기 제 2 분리부(180)의 상기 정제시료탱크(171,181)에 수집(④‘+⑤’)하고, 시약 E(⑥)를 상기 제 2 칼럼부(162)에 통과시켜 정제된 시료(⑥‘)를 수집한다.

정제시료 ③‘,⑥’은 관심방사성핵종에 대해 최종 정제된 시료이며, 그 외 ①‘,②’,④‘+⑤는 ③‘,⑥’외의 방사성핵종을 대상으로 정제되었거나 간단한 추가 처리를 통해 정제될 수 있다. 즉, 하나의 시료에서 여러 핵종을 동시에 분리/정제할 수 있다.

단일핵종 분리과정은 초기화 단계, 로딩 단계, 정제 단계, 용출 단계, 세정 단계를 포함한다. 여기서, 축차분리 과정과 동일한 구성에 대한 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다.

초기화 단계에서, 선택적 수지가 주입된 상기 칼럼부(161, 162)에 초기화 시약을 공급하고, 상기 칼럼부(161, 162)를 통과한 초기화 시약은 상기 폐기물탱크(200)로 배출된다. 이 때, 상기 제 1 분리모듈(21)에서는 상기 제 1 시약부(110)에 저장된 초기화 시약을 상기 제 1 칼럼부(161)에 공급하고, 상기 제 2 분리모듈(22)에서는 상기 제 2 시약부(120)에 저장된 초기화 시약을 상기 제 2 칼럼부(162)에 공급한다.

로딩 단계에서, 상기 제 1 분석시료부(130) 에 저장된 분석시료를 상기 제 1 칼럼부(161)로 공급하고, 상기 제 2 분석시료부(140)에 저장된 분석시료를 상기 제 2 칼럼부(162)에 공급한다.

정제 단계에서, 상기 제 1 시약부(110)에 저장된 정제 시약을 상기 제 1 칼럼부(161)에 공급하고, 상기 제 2 시약부(120)에 저장된 정제 시약을 상기 제 2 칼럼부(162)에 제공한다.

용출 단계에서, 상기 제 1 시약부(110)에서 저장된 용출 시약을 상기 제 1 칼럼부(161)에 공급하고, 상기 제 2 시약부(120)에 저장된 용출 시약을 상기 제 2 칼럼부(162)에 공급한다.

세정 단계에서, 증류수를 이용하여 상기 칼럼부(161, 162)의 상기 칼럼(163)들을 세정한다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 제 1,2 실시예에 따른 상기 분리기(10)는 분리기는 칼럼별 펌프를 설치하여 칼럼별 동일한 유량을 지속적으로 확보할 수 있고, 상기 히팅모듈(60,70)을 통해 상기 칼럼(163)을 일정온도로 유지하여 일관된 분리/정제 효율을 얻을 수 있다.

또한, 상기 샘플로딩라인을 통해 대용량 분석시료를 처리할 수 있다.

또한, 상기 퓸방지부(80,90)를 통해 분석자의 안전을 확보할 수 있다.

상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 자동 축차 방사성핵종 분리기
20 : 분리모듈
30 : 제어모듈
50 : 로딩블록
60, 70 : 히팅모듈
80 : 체크밸브
90 : 시약관

Claims (17)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 하우징;
   시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈;
   상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및
   상기 시약탱크, 분석시료탱크, 정제시료탱크 중 어느 하나 이상의 내부에 형성되는 퓸(Fume)이 외부로 배출되는 것을 방지하는 퓸방지부;
   를 포함하고,
   상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 퓸방지부는
   상기 시약탱크와 상기 분석시료탱크 중 어느 하나 이상에 설치된 체크밸브인 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 체크밸브는
   상기 시약탱크 또는 상기 분석시료탱크 중 어느 하나 이상의 상부로부터 상방 연장되어 수평방향으로 절곡된 제 1 절곡부; 및
   상기 제 1 절곡부로부터 연장되어 하방 절곡된 제 2 절곡부;
   를 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 체크밸브는
   상기 제 2 절곡부의 단부에 형성된 개방부; 및
   상기 개방부에 걸쳐지도록 상기 개방부에 배치된 차단볼;
   을 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 개방부는
   상기 시약탱크와 상기 분석시료탱크 중 어느 하나 이상의 내부에 형성된 음압에 의해 외부가스가 유입되고,
   상기 차단볼은
   상기 개방부로부터 유입되는 외부가스에 의해 상기 제 2 절곡부 측으로 이동되는 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
   
10. 제 5 항에 있어서,
    상기 퓸방지부는
    상기 정제시료탱크의 상부에 결합된 캡에 설치된 시약관인 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 시약관은
    상기 정제시료탱크의 내부에 형성된 퓸을 제거하는 퓸제거시약;
    상기 퓸제거시약의 하부에 배치된 프리트(frit); 및
    상기 퓸제거시약의 상부에 배치되고, 상기 퓸제거시약을 통과한 상기 정제시료탱크의 내부가스가 외부로 유출되는 배출마개;
    를 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 캡의 내주면에는
    상기 정제시료탱크의 상부측 외경에 대응되는 체결부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 체결부는
    상기 캡의 하부로부터 상부로 갈수록 직경이 감소하는 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
14. 하우징;
    시약을 저장하는 시약탱크로 구성된 시약부, 시약에 의해 분석되는 시료를 저장하는 분석시료탱크로 구성된 분석시료부, 시약과 시료를 이송하는 펌프로 구성된 펌프부, 상기 펌프부에서 이송된 시약과 시료가 유입되는 칼럼으로 구성된 칼럼부, 상기 칼럼부를 통과한 정제시료를 저장하는 정제시료탱크로 구성된 분리부를 구비하는 분리모듈;
    상기 펌프부의 구동을 제어하는 제어모듈; 및
    상기 하우징에 설치된 히팅모듈;
    을 포함하고,
    상기 칼럼과 상기 펌프는 복수 개로 구성되며, 상기 펌프는 개별적으로 상기 칼럼에 각각 연결된 것을 특징으로 하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 히팅모듈은
    상기 칼럼의 외주면을 감싸는 히팅블록; 및
    상기 히팅블록에 설치된 열선;
    을 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 히팅모듈은
    상기 하우징의 내부에 설치된 펠티어 소자;
    상기 펠티어 소자의 일측에 설치된 히터코어; 및
    상기 히터코어의 일측에 설치된 송풍팬;
    을 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 칼럼부가 설치된 공간부;
    상기 공간부를 개폐하는 도어; 및
    상기 공간부의 일측면에 형성되어 상기 송풍팬에 의해 상기 하우징의 내부와 상기 공간부의 공기가 순환되는 공기순환부;
    를 포함하는 자동 축차 방사성핵종 분리기.
    

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