KR20160133197A - 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법 - Google Patents

방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계; (b) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계; 및 (c) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu를 정량 분석하는 단계를 포함하는 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법에 관한 것이다.

Description

방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법{QUANTITATIVE ANALYSIS METHOD OF ALPHA NUCLIDES IN RADIOACTIVE WASTE}
본 발명은 방사성 폐기물, 특히 중저준위 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법에 관한 것이다.
한국에서 수십년 동안의 방사성 동위원소 시설 가동, 의약 용도 및 연구 활동은 방사성 핵종이 포함된 다양한 종류의 중저준위 폐기물(LILW)의 수많은 드럼들을 생성해오고 있다.
LILW 드럼의 영구처분을 위해서는 드럼 내 방사성폐기물의 방사성 핵종의 특정 농도가 3H, 14C, 55Fe, 58,60Co, 59,63Ni, 90Sr, 94Nb, 99Tc, 137Cs, 144Ce 및 총 알파를 포함하여, 원자력안전위원회의 고시 2014-54에서 LILW를 위한 받아들일 수 있는 기준에 따라 식별되어야 한다. 또한, 238,239,240,241Pu, 241Am 및 242,244Cm의 알파 방출 핵종의 농도 역시 LILW 드럼의 처분을 위해 평가되어야 한다.
최근 들어, LILW 드럼 내 이러한 방사성 핵종의 정량화를 위해 신속하고, 간단하며, 신뢰성 있는 분석 기술의 확립이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1431665호
본 발명은 회수율 및 스펙트럼 분해능의 손실 없이 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 시간을 단축시키고자, (a) 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계; (b) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계; 및 (c) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계를 포함하는 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 회수율 및 스펙트럼 분해능의 손실 없이 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 시간을 단축시키고자, (a) 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계; (b) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계; 및 (c) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계를 포함하는 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 알파핵종의 정량 분석 방법은 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가하여 희석시킴으로써, 알파분광분석 시료를 만드는 과정에서 증발건조 및 재용해 과정을 생략할 수 있는바, 정량 분석 시간의 단축 및 이로 인한 분석자의 방사선 노출 감소 효과를 가져올 수 있고, 증발건조 과정로 인한 분석시설의 부식을 막고 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, Pu의 정량분석은 알파분광분석기 및 열이온화 질량분석기를 사용하여 수행될 수 있는데, 무기산 용액을 포함하는 Pu 용출액을 사용함으로써, 알파분광분석 시료를 만드는 과정에서 증발건조 및 재용해 과정을 생략하고 열이온화 질량분석 시료를 만드는 과정에서 유기물 제거 과정을 생략할 수 있는바, 정량 분석 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법을 나타낸 그림이다.
도 2는 알파 스펙트럼 내 243Am의 마이크로공침의 화학적 회수율 및 그의 반치전폭(FWHM/keV)을 나타낸 그래프이다.
도 3은 다른 Pu 용출 조건 하에 242Pu의 화학적 회수율을 나타낸 그래프이다.
본 발명자들은 방사성 폐기물의 처분을 목적으로 TRU 수지 칼럼, 알파 분광분석기 및 열이온화 질량분석기(TIMS)를 사용하여 중저준위 방사성 폐기물에 포함된 Am, Cm 및 Pu의 신속한 정량 분석 방법을 연구하였고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 (a) 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계; (b) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계; 및 (c) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계를 포함하는 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법을 제공한다.
선택적으로, 상기 (b)단계 후, Th를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법을 나타낸 그림이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법은 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계(S1); 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계(S2); 및 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계(S4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 (S2) 후, Th를 제거하는 단계(S3)를 추가로 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법은 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계(S1)를 포함한다.
상기 추출 크로마토그래피가 적용되는 방사성 폐기물은 방사성 동위원소 시설 내에서 발생된 운영폐기물 등과 같이 방사능 함유량이 미미한 중저준위 방사성 폐기물일 수 있다. 이때, 중저준위 방사성 폐기물 내에는 알파선, 베타선, 감마선을 방출하는 방사성 핵종이 다양하게 포함되어 있다.
상기 방사성 폐기물은 일련의 전처리 과정을 거친 후, 추출 크로마트그래피를 이용하여 상기 방사성 폐기물 내 알파핵종(Am 또는 Cm 및 Pu)을 화학적으로 분리한다.
종래 방사성 폐기물 내 알파핵종을 화학적으로 분리하기 위해 사용되는 이온교환 크로마트그래피는 Am 또는 Cm을 선택적으로 분리하지 못하는 한계가 있었다.
본 발명에서 사용되는 추출 크로마토그래피는 방사성 폐기물 내 Am 또는 Cm 및 Pu을 연속적으로 분리하기 위한 목적으로 사용된 것으로, Am 및 Cm 동위원소의 화학적 유사성으로 인해, Cm은 Am과 함께 상기 추출 크로마토그래피로부터 용출될 수 있다.
구체적으로, 상기 추출 크로마토그래피는 트리-n-부틸 포스페이트(TBP)에 용해된 옥틸페닐-N,N-디-이소부틸 카르바모일포스핀 옥사이드(CMPO)를 포함하는 TRU 수지 칼럼일 수 있다. 상기 TRU 수지 칼럼의 높이 및 내부직경은 방사성 폐기물의 양에 의해 좌우될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에서는 상기 추출 크로마토그래피로 Eichrom 社 TRU 수지 칼럼을 사용하였다.
다음으로, 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법은 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계(S2)를 포함한다.
상기 Am 또는 Cm 용출액은 3M 내지 6M의 HCl 용액을 포함하는 것이 바람직하고, 4M 내지 6M의 HCl 용액을 포함하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, HCl 용액이 상기 몰농도 범위 미만인 경우, 방사성 폐기물 내 알파핵종 중 Am 또는 Cm의 선택적인 용출이 어려운 문제점이 있고, HCl 용액이 상기 몰농도 범위를 초과하는 경우, Am 또는 Cm 용출액의 산도가 너무 높아지는 문제점이 있다.
종래에는 효과적인 정량 분석을 위하여, 상기와 같은 높은 산도를 가진 Am 또는 Cm 용출액의 증발건조 및 재용해 과정을 통해 높은 산도를 희석시켰다. 이러한 증발건조 및 재용해 과정으로 인하여 정량 분석 시간의 연장 및 이로 인한 분석자의 방사선 노출 과다에 따른 문제점이 있고, 증발건조 과정으로 인한 분석시설의 부식 발생 및 에너지 과다 소비에 따른 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 Am 또는 Cm 용출액의 증발건조 및 재용해 과정을 생략하는 대신, 상기 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가하여 희석시킴으로써, 효과적인 정량 분석을 위한 알파분광분석 시료로 사용한 것이다.
상기 물이 첨가된 Am 또는 Cm 용출액은 2M 이하의 HCl 용액을 포함하는 것이 바람직하고, 0.1M 내지 2M 이하의 HCl 용액을 포함하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 물이 첨가된 Am 또는 Cm 용출액의 몰농도 범위가 너무 높은 경우, 회수율이 떨어지고, 스펙트럼 분해능의 손실이 생기는 문제점이 있는바, 물이 첨가된 Am 또는 Cm 용출액의 몰농도 범위는 낮을수록 효과적이다. 다만, 과량의 물을 첨가하여 Am 또는 Cm 용출액의 몰농도 범위가 너무 낮아지게 되는 경우, 폐기물이 과다하게 발생하는 문제점이 생기게 된다.
상기 정량 분석은 알파 분광분석기(alpha spectroscopy)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 알파 분광분석기는 Am 및 Cm의 동위원소 농도 정보를 보여줄 수 있다.
선택적으로, Th를 제거하는 단계(S3)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 Th를 제거하기 위한 상기 추출 크로마토그래피로부터 Th 용출액은 HCl 및 HF 혼합 용액을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일구현예에 따른 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법은 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계(S4)를 포함한다.
상기 Pu 용출액은 상기 Am 또는 Cm 용출액과는 달리 다양한 용액을 포함할 수 있고, 무기산 용액을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때 열이온화 질량분석기를 사용하여 Pu의 정량 분석을 수행하는 경우, 무기산 용액을 포함하는 Pu 용출액을 사용함으로써, 알파분광분석 시료를 만드는 과정에서 증발건조 및 재용해 과정을 생략하고 열이온화 질량분석 시료를 만드는 과정에서 유기물 제거 과정을 생략할 수 있는바, 정량 분석 시간을 현저히 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 상기 Pu 용출액은 HCl 및 HF 혼합 용액을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 Pu 용출액으로 HCl 단독 용액을 사용하게 되면, HCl에서 Pu 염화 착물의 높은 분배계수(distribution coefficient)로 인하여 Pu 착물의 용출 속도가 저하되어 효과적인 정량 분석이 어려운 문제점이 있다. HCl 및 HF 혼합 용액 내 HF에서 불소 이온이 함께 Pu 복합 착물을 이루게 되면 분배계수를 낮출 수 있어, 효과적인 정량 분석이 가능해진다.
이때, 상기 HCl 및 HF 혼합 용액은 0.01M 내지 1M의 HCl 용액 및 0.001M 내지 0.05M의 HF 용액을 포함할 수 있다.
상기 정량 분석은 알파 분광분석기(alpha spectroscopy) 또는 열이온화 질량분석기(Thermal Ionization Mass Spectroscopy;TIMS)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 알파 분광분석기 및 열이온화 질량분석기는 모두 상호보완적으로 Pu의 동위원소 농도 정보를 보여줄 수 있는데, 상기 열이온화 질량분석기의 경우 239Pu, 240Pu, 241Pu의 농도 정보를 각각 보여줄 수 있고, 상기 알파 분광분석기는 238Pu의 농도 정보 및 239Pu와 240Pu 농도의 합에 대한 정보를 보여줄 수 있다.
상기 열이온화 질량분석기를 사용하여 Pu의 정량 분석을 수행하는 경우, 열이온화 질량분석 시료는 유기물이 제거된 상태로 TIMS 분석을 위한 필라멘트 상에 점적되어야 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
Am 마이크로공침 조건의 스크리닝
243Am 약 0.1Bq는 농도가 1~4M의 범위인 6개의 다른 HCl 10mL에 첨가되었다. 알파분광분석 시료는 CeF3 마이크로공침에 의해 준비되었다. Ce 캐리어(H2O 100mL 내 Ce(NO3)3·H2O 0.155g) 0.1mL는 용액에 첨가되었고, 이후 HF의 할당된 양이 HCl 용액에 첨가되었다: 1~4M 용액의 4개의 세트에 대해 1mL, 4M 용액에 대해 2mL 및 4M 용액의 다른 세트에 대해 4mL. 30분 후 침전물들은 폴리프로필렌 필터(Resolve® filter, Eichrom) 상에 필터되었고, 알파 분광분석기를 사용함으로써 계산되었다.
Pu 용출 조건의 스크리닝
242Pu 약 0.1Bq 및 1M 아스코르브산 1mL는 3M HNO3 용액 10mL에 순차적으로 첨가되었다. 40mm 높이 및 5mm 내부직경의 TRU 수지(100~150㎛, Eichrom) 칼럼은 준비되었고, 3M HNO3 3mL로 조건화되었다. 샘플 용액은 로딩되었고 칼럼은 2M HNO3 10mL, 2M HNO3-0.1M NaNO2 5mL, 9M HCl 3mL 및 4M HCl 5mL로 순차적으로 세척되었다. Pu는 0.1M NH4HC2O4, 1M HCl-0.02M HF, 1M HCl-0.02M 아스코르브산-0.02M NH2OH·HCl, 4M HCl-0.02M TiCl3 또는 1.2M HCl-0.6% H2O2와 같은 5개 용액 중 하나의 10mL로 용출되었다. 알파분광분석 시료는 CeF3 마이크로공침에 의해 준비되었다. 오직 4M HCl-0.02M TiCl3로 용출된 용액은 초기 건조물로 증발되었고, 잔여물은 1M HCl 10mL 내 용해되었다. 그러나, 다른 용액은 수집된 바와 같이 직접 사용되었다. Ce 캐리어 0.1mL 및 HF 1mL는 HCl 용액에 순차적으로 첨가되었다. 30분 후 침전물들은 폴리프로필렌 필터 상에 필터되고, 알파 분광분석기를 사용함으로써 계산되었다.
칼럼 분리
40mm 높이 및 5mm 내부 직경의 TRU 수지(100~150㎛, Eichrom) 컬럼이 준비되었고, 3M HNO3 3mL로 조건화되었다. 한국원자력연구원(KAERI)에서 개발된 방법에 따라 종이, 천 및 플라스틱을 포함하는 건조 방사성 폐기물을 액화시켰고, 액화된 샘플 용액은 칼럼에 로딩되었다. 칼럼은 2M HNO3 15mL, 2M HNO3-0.1M NaNO2 5mL, 0.5M HNO3 5mL 및 9M HCl 3mL로 세척되었다. Am은 공침에 사용을 위해 4M HCl 10mL로 용출되었다. 그후, 칼럼 내 존재한다면, Th를 제거하기 위해 4M HCl-0.1M HF가 5~20 mL 사용되었다. Pu은 1M HCl-0.02M HF 10mL로 용출되었다.
알파분광분석 시료는 Am 용출액의 경우 H2O 10mL를 추가적으로 첨가한 후, Ce 캐리어 0.1mL 및 HF 2mL를 첨가함으로써, Pu 용출액의 경우 Ce 캐리어 0.1 mL 및 HF 2 mL를 첨가함으로써 준비되었다. 침전물은 폴리프로필렌 필터 상에 필터되었고 알파 분광분석기를 사용하여 계산되었다.
농도 정량화( Activity Quantification )
알파 입자 수는 Si 반도체(PIPS) 검출기가 장착된 알파분광분석기(Canberra Inc., USA)를 사용하여 수행되었고, 계수 시간은 건조 방사성 폐기물 샘플에 대하여 전형적으로 86,000초였다. 열이온화질량분석기(Triton, Thermo scientific)는 플루토늄의 동위원소비를 측정하기 위해 사용되었다.
본 발명에서는 방사성 폐기물에 포함된 Am 및 Pu를 순차적으로 분리하기 위해 TRU 수지를 사용하였다(도 1 참조). 일반적으로 3가의 Am 및 Pu은 TRU 수지 상에 유지되고, NaNO2 및 4M HCl로 Am의 선택적인 용출을 가능하게 하였다. 종래에는 적당히 높은 산 몰농도로 인하여, Am 용출액은 종종 증발 건고 후 ~ 1M HCl(또는 HNO3) 내 용해하여, 란타나이드류 마이크로공침하여 알파 분광분석을 수행하였다. 그러나, 본 발명과 같이 Am 용출액로부터 직접적인 알파분석 시료의 준비는 총 분석시간을 감소시킬 수 있다. 이러한 맥락에서, 본 발명에서는 4M HCl Am 용출액을 직접적으로 사용하기 위한 마이크로공침 조건을 조사하였다.
도 2는 CeF3로 HCl 용액(1~4M, 10mL)의 다른 몰농도 내 243Am의 ~0.1Bq을 공침한 후, 알파 스펙트럼 내 243Am의 회수율 및 반치전폭(FWHM)의 예측을 보여준다. HF 1mL가 HCl 용액에 첨가되었을 때, 243Am의 마이크로공침 수율은 증가하는 HCl 농도에 감소하는 경향이 있었다; 4M 용액이 86.5±4.0%의 회수율을 주는 반면, 1M 및 2M 용액은 거의 정량적인 회수율을 제공하였다. 그러나, Am 용출로 HF 4mL의 직접적인 첨가는 마이크로공침의 우수한 회수율을 제공함을 제공함으로써, 4M HCl 용액에 첨가된 HF 부피의 증가는 거의 정량적인 수율로 243Am의 회복을 증가시켰다.
반면, 알파 분광분석기는 알파방출 동위원소를 분명하게 분석하기 위해서, 매우 얇고 평평한 필름을 요구하고, 이는 FWHM를 사용하여 예상될 수 있다. 3 및 4M HCl 용액이 각각 32.8±3.2 및 36.3±2.0keV로 FWHM의 점진적인 증가를 보여주는 반면, HF 1mL가 첨가되었을 때 1M 및 2M HCl 용액은 243Am FWHM의 ~30keV을 제공할 수 있고, 이는 전자 증착으로부터 얻어지는 것과 동등하게 비교 가능하다. 더욱이, 4 M HCl 용액에 첨가되는 HF 부피의 증가는 243Am 신호를 넓히기 위한 경향이 있다; HF 4 mL의 첨가는 38.8±3.8 keV를 초래한다.
결론적으로, 본 발명에서는 H2O로 4M 용출액을 최대 2M로 직접적으로 희석시킴으로써 Am을 공침시켰고, 이는 알파 계산을 위한 회복율 또는 피크 용해에 큰 손실 없이 방사성 폐기물 샘플 내 Am의 총 분석 시간을 획기적으로 단축시켰다.
Am과는 반대로, 몇몇 다른 용액이 TRU 수지로부터 Pu를 용출하기 위해 사용될 수 있다. 도 3은 알파 분광분석기로 5개의 다른 Pu 용출액 조건의 회복율 예상을 나타내었다. 242Pu의 ~0.1Bq는 TRU 수지 칼럼에 로딩되었고, Pu는 0.1M NH4HC2O4, 1M HCl-0.02M HF, 1M HCl-0.02M 아스코르브산-0.02M NH2OH·HCl, 4M HCl-0.02M TiCl3 및 1.2M HCl-0.6% H2O2와 같은 5개의 용액(10mL) 중 하나로 용출되었다. 이러한 스트리핑 용액은 HCl의 낮은 산도 하에 TRU 수지에 매우 약하게 흡착되는 Pu 착물 또는 Pu3 + 이온들을 일으킨다. 용액 산도가 ~1M 미만일 때, 알파분광분석 시료 준비 전 4M HCl-0.02M TiCl3로 스트리핑 용액이 ~2M의 산도로 희석되는 반면, 마이크로공침은 Ce 캐리어 및 HF를 용출액으로 직접 첨가함으로써 수행되었다. 이러한 조건들 중, 0.1M NH4HC2O4 및 1M HCl-0.02M HF이 242Pu의 거의 정량 회수율을 제공한다.
알파 분광분석기가 알파 방출 핵종의 방사성을 결정하기 위해 널리 사용됨에도 불구하고, 이는 239Pu 및 240Pu의 에너지를 분해하기 어렵다. 대안적으로, TIMS는 238Pu에서 238U의 동중원소 간섭이 238Pu의 신뢰성있는 정량화를 종종 복잡하게 만드는 반면, 241Pu, 베타 방출제와 마찬가지로 239Pu 및 240Pu를 포함하는 Pu 동위원소 조성물 상에 정보를 제공한다.
본 발명에서는 방사성 폐기물의 처분을 위해 요구되는 Pu 동위원소의 목록 및 농도를 결정하기 위해 알파분광분석기 및 TIMS를 모두 사용하였다. TIMS 분석에 있어서, 용출액의 증발 및 유기 잔류물의 처분은 샘플 로딩 이전에 종종 요구된다. 특히, 0.1M NH4HC2O4 용액은 유기 리간드의 상당한 양을 제거하기 위한 산 분해 단계를 요구한다. 따라서, 본 발명에서는 Pu 용출을 위해 1M HCl-0.02M HF 무기산 용액을 선택하였고, 이는 TIMS 측정을 위한 유기 분해 단계를 피해갈 수 있고, 알파 분광 분석에서 높은 회수율을 여전히 나타낸다.
표 1은 알파 분광분석기를 이용한 건조 방사성 폐기물 샘플 내 Am 및 Cm 동위원소의 농도 측정을 나타낸 것이다.
샘플 농도 (Bq/Kg) σ 243Am의 회수율 (%)
241Am 242Cm 244Cm
1 198±6 0.98±0.27 55.4±2.5 65.4
2 203±7 1.29±0.32 55.6±2.6 76.8
3 205±7 0.86±0.29 61.9±3.0 58.2
4 208±7 1.25±0.32 58.4±2.7 66.8
5 194±6 1.05±0.28 57.4±2.6 73.9
평균 (s) 202 1.09 57.8 68.2 (6.6)
σ농도 ± 조합된 불확실성 (k = 1)
표 2는 알파 분광분석기 및 TIMS를 이용한 건조 방사성 폐기물 샘플 내 Pu 동위원소의 농도 측정을 나타낸 것이다.
샘플 알파 분광분석기 TIMS
농도 (Bq/Kg)σ 242Pu
회수율(%)		 농도 (Bq/Kg)σ
238Pu 239,240Pu 239Pu 240Pu 241Pu
1 58.6±2.7 181±6 71.3 164±1 31.8±0.3 2360±36
2 65.6±3.4 204±8 85.7 162±1 33.1±0.3 2450±30
3 67.9±2.8 180±6 76.0
4 67.6±3.4 190±8 52.6
5 71.4±3.5 197±8 50.2
평균 (s) 66.2 190 67.2 (13.7) 163 32.5 2405
σ농도 ± 조합된 불확실성 (k = 1)
표 1 및 표 2에서 보듯이, 다중 결정의 결과는 본 발명에 따른 방사분석적인 방법이 건조 방사성 폐기물 샘플 내 Am, Cm, 및 Pu의 농도의 신속하고 신뢰성있는 정량화를 위해 사용될 수 있음을 가리킴으로써, 최적화된 절차가 243Am 및 242Pu 추적자들의 높은 회수율과 마찬가지로, 건조 방사성 폐기물 샘플 내 241Am, 242Cm, 244Cm, 228Pu, 및 239,240Pu의 일정한 농도 값들을 제공하였음을 증명한다.
이후, 동위원소 희석 분석 방법을 이용한 TIMS 측정은 건조 방사성 폐기물 샘플 내 239Pu, 240Pu, 및 241Pu의 농도를 결정하였다. Pu 스트리핑 용액은 증발건조되었고, 분석시간의 추가적인 감소를 허용함으로써, 유기물 파괴와 같은 추가적인 처리 없이 TIMS 분석을 위한 필라멘트 상에 점적되었다.
표 2는 양 방법이 상호보완적임을 가리키면서, 알파 분광분석기를 이용하여 측정된 239,240Pu의 농도와 잘 일치하는 TIMS를 이용하여 결정된 239Pu 및 240Pu의 합의 농도를 보여준다. 추가적으로, 알파 분광분석기에 기반하여 결정될 수 없는 241Pu의 농도를 예측할 수 있었다.
따라서, 본 발명은 처리하기 위한 중저준위 방사성 폐기물 내 Pu, Am 및 Cm의 농도를 결정하기 위해 TRU 수지를 사용하는 신속한 방법에 관한 것이다. 용출액의 직접 사용은 회수율 및 피크 용해의 큰 손실 없이 알파 계산을 위한 샘플 준비 시간의 상당한 절감을 허용한다. 또한, 1M HCl-0.02M HF로 Pu의 용출은 Pu 동위 원소를 평가하기 위해 TIMS 측정을 위한 유기 잔여물의 지루한 제거 단계를 요구하지 않는다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. (a) 추출 크로마토그래피를 이용하여 방사성 폐기물에 포함된 알파핵종을 화학적으로 분리하는 단계;
    (b) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Am 또는 Cm 용출액에 물을 첨가한 후, Am 또는 Cm을 정량 분석하는 단계; 및
    (c) 상기 추출 크로마토그래피로부터 Pu 용출액을 사용하여 Pu을 정량 분석하는 단계를 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a)단계에서 추출 크로마토그래피는 트리-n-부틸 포스페이트(TBP)에 용해된 옥틸페닐-N,N-디-이소부틸 카르바모일포스핀 옥사이드(CMPO)를 포함하는 TRU 수지 칼럼인
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 Am 또는 Cm 용출액은 3M 내지 6M의 HCl 용액을 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 물이 첨가된 Am 또는 Cm 용출액은 2M 이하의 HCl 용액을 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 정량 분석은 알파 분광분석기를 이용하여 수행되는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 Pu 용출액은 무기산 용액을 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 Pu 용출액은 HCl 및 HF 혼합 용액을 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 HCl 및 HF 혼합 용액은 0.01M 내지 1M의 HCl 용액 및 0.001M 내지 0.05M의 HF 용액을 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 정량 분석은 알파 분광분석기 또는 열이온화 질량분석기를 이용하여 수행되는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계 후, Th를 제거하는 단계를 추가로 포함하는
    방사성 폐기물에 포함된 알파핵종의 정량 분석 방법.
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