삼중수소는 우주방사선에 의해 자연적으로 발생하며, 다양한 원자력 시설(원자력발전소, 재처리시설 및 연구용 원자로 등)에서 인공적으로도 생성된다. 삼중수소는 환경에서 HTO의 형태로 물과 함께 거동하며, 지하수, 하천 및 바다로 이동하여 확산된다. 해수 중 삼중수소 농도는 극미량으로 존재하여 분석을 위한 농축 과정이 필요하다. 국내외 대부분 분석 기관은 삼중수소를 농축하는 ...
삼중수소는 우주방사선에 의해 자연적으로 발생하며, 다양한 원자력 시설(원자력발전소, 재처리시설 및 연구용 원자로 등)에서 인공적으로도 생성된다. 삼중수소는 환경에서 HTO의 형태로 물과 함께 거동하며, 지하수, 하천 및 바다로 이동하여 확산된다. 해수 중 삼중수소 농도는 극미량으로 존재하여 분석을 위한 농축 과정이 필요하다. 국내외 대부분 분석 기관은 삼중수소를 농축하는 전처리 기술로 알칼라인 수전해 기술을 적용하고 있다. 수전해 기술로는 알칼라인 수전해 외에 고분자 전해질 막을 이용한 PEM (Polymer Electrolyte Membrane), AEM, SOEC 등의 기술이 있다. 최근에는 PEM 기반의 수전해 기술이 매우 발달했고 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 상용화된 수전해 방법 중 PEM 수전해 기술을 기반으로 삼중수소 농축을 연구하였다. 우리나라에 아직까지 상용화된 PEM 수전해 기반 전해농축 장치가 없기 때문에 국내 기술로 상용화한 PEM 전해 스택을 선정하여 자체 개발하였다. 개발된 삼중수소 전해농축 장치는 동시에 4개의 시료를 농축할 수 있다. 탈염수 시료를 대상으로 표준 선원을 희석하여 전해 스택 온도, 시료 온도, MEA(Membrane Electrode Assembly) 종류, 전해 셀 개수에 따른 농축 조건을 최적화하였으며, 안정적인 전해 스택 운용을 위해 이온교환수지를 도입하였다. 최적화한 전해농축 조건을 알칼라인 전해농축과 비교하였다. 시료 800 g 기준 알칼라인 전해농축은 농축 과정만 약 3주 이상 소요되고 삼중수소가 약 15배 농축된다. PEM 전해농축은 Stack-Ir+Ru 3셀 스택을 대상으로 시료 800 g 기준 농축 과정만 약 1.5일이 소요되고, 삼중수소가 약 12배 농축된다. 삼중수소를 더 많이 농축하기 위해 초기 시료량을 증가시키는 방법으로 최적화를 진행하였다. 해수 2,400 g을 대상으로 본 연구에서 개발한 삼중수소 전해농축 기술의 적용성을 평가하였다. 삼중수소는 약 32배 농축되었고, 소요되는 시간은 약 4.7일로 매우 우수한 농축 성능을 확인하였다. 미지 시료에 대한 초기 방사능농도를 구하기 위해 삼중수소 잔존 비율 곡선을 작성하여 활용하였다. 삼중수소 잔존 비율이란 전해농축 전 초기시료 대비 전해농축 후 최종시료에 포함된 삼중수소 방사능(Bq)의 비율을 의미한다. 표준선원을 희석한 초기 방사능농도 계산값(Bq∙L-1)과 삼중수소 잔존 비율 곡선을 활용한 측정값(Bq∙L-1)을 비교해 평가하였으며 상대표준편차는 최대 3.5% (n = 3)이다. 농축 조건을 기반으로 실제 해수 시료 중 삼중수소를 농축 후 분석하였으며, 이는 0.076±0.006 Bq∙L-1로 나타났다.
삼중수소는 우주방사선에 의해 자연적으로 발생하며, 다양한 원자력 시설(원자력발전소, 재처리시설 및 연구용 원자로 등)에서 인공적으로도 생성된다. 삼중수소는 환경에서 HTO의 형태로 물과 함께 거동하며, 지하수, 하천 및 바다로 이동하여 확산된다. 해수 중 삼중수소 농도는 극미량으로 존재하여 분석을 위한 농축 과정이 필요하다. 국내외 대부분 분석 기관은 삼중수소를 농축하는 전처리 기술로 알칼라인 수전해 기술을 적용하고 있다. 수전해 기술로는 알칼라인 수전해 외에 고분자 전해질 막을 이용한 PEM (Polymer Electrolyte Membrane), AEM, SOEC 등의 기술이 있다. 최근에는 PEM 기반의 수전해 기술이 매우 발달했고 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 상용화된 수전해 방법 중 PEM 수전해 기술을 기반으로 삼중수소 농축을 연구하였다. 우리나라에 아직까지 상용화된 PEM 수전해 기반 전해농축 장치가 없기 때문에 국내 기술로 상용화한 PEM 전해 스택을 선정하여 자체 개발하였다. 개발된 삼중수소 전해농축 장치는 동시에 4개의 시료를 농축할 수 있다. 탈염수 시료를 대상으로 표준 선원을 희석하여 전해 스택 온도, 시료 온도, MEA(Membrane Electrode Assembly) 종류, 전해 셀 개수에 따른 농축 조건을 최적화하였으며, 안정적인 전해 스택 운용을 위해 이온교환수지를 도입하였다. 최적화한 전해농축 조건을 알칼라인 전해농축과 비교하였다. 시료 800 g 기준 알칼라인 전해농축은 농축 과정만 약 3주 이상 소요되고 삼중수소가 약 15배 농축된다. PEM 전해농축은 Stack-Ir+Ru 3셀 스택을 대상으로 시료 800 g 기준 농축 과정만 약 1.5일이 소요되고, 삼중수소가 약 12배 농축된다. 삼중수소를 더 많이 농축하기 위해 초기 시료량을 증가시키는 방법으로 최적화를 진행하였다. 해수 2,400 g을 대상으로 본 연구에서 개발한 삼중수소 전해농축 기술의 적용성을 평가하였다. 삼중수소는 약 32배 농축되었고, 소요되는 시간은 약 4.7일로 매우 우수한 농축 성능을 확인하였다. 미지 시료에 대한 초기 방사능농도를 구하기 위해 삼중수소 잔존 비율 곡선을 작성하여 활용하였다. 삼중수소 잔존 비율이란 전해농축 전 초기시료 대비 전해농축 후 최종시료에 포함된 삼중수소 방사능(Bq)의 비율을 의미한다. 표준선원을 희석한 초기 방사능농도 계산값(Bq∙L-1)과 삼중수소 잔존 비율 곡선을 활용한 측정값(Bq∙L-1)을 비교해 평가하였으며 상대표준편차는 최대 3.5% (n = 3)이다. 농축 조건을 기반으로 실제 해수 시료 중 삼중수소를 농축 후 분석하였으며, 이는 0.076±0.006 Bq∙L-1로 나타났다.
Tritium is naturally produced by cosmic radiation and can also be artificially generated in various nuclear facilities such as nuclear power plants, reprocessing facilities, and research reactors. In the environment, tritium moves along with water in the form of HTO and disperses as it travels throu...
Tritium is naturally produced by cosmic radiation and can also be artificially generated in various nuclear facilities such as nuclear power plants, reprocessing facilities, and research reactors. In the environment, tritium moves along with water in the form of HTO and disperses as it travels through groundwater, rivers, and the sea. The concentration of tritiated water (HTO) in seawater is extremely low, requiring an enrichment technique for measurement. Most domestic and international analytical institutions apply alkaline electrolysis technology as a pretreatment technique for enriching tritium. In addition to alkaline water electrolysis, water electrolysis technologies include technologies such as PEM (Polymer Electrolyte membrane), AEM, and SOEC. Recently, PEM-based electrolysis technology has seen significant development and gained widespread attention. In this study, we investigated the enrichment of tritium based on the commercially available PEM electrolysis method. As there is currently no commercially available PEM electrolysis-based enrichment device in South Korea, we selected and developed a domestically developed PEM stack. The developed tritium enrichment device can enrich four samples simultaneously. We optimized the tritium enrichment conditions by diluting standard source, considering electrolysis stack temperature, sample temperature, MEA (Membrane Electrode Assembly) type, and the number of electrolysis cells. To ensure stable operation of the stack, we introduced an ion exchange resin. We compared the optimized electrolysis enrichment conditions with alkaline electrolysis enrichment. For a sample of 800 g, alkaline electrolysis takes over 3 weeks for the enrichment process alone, resulting in a tritium enrichment by approximately 15 times. In contrast, PEM electrolysis takes about 1.5 days for the enrichment process for the same sample weight, resulting in a tritium enrichment by approximately 12 times. To further increase the enrichment of tritium, we conducted optimization by increasing the initial sample weight. We evaluated the applicability of the developed tritium electrolysis enrichment method for seawater samples of 2,400 g. The tritium was enriched approximately 32 times, and the time required was approximately 4.7 days, demonstrating excellent enrichment performance.To determine the initial activity for unknown samples, we utilized the tritium residual ratio curve. The tritium residual ratio refers to the ratio of tritium activity (Bq) included in the final sample after electrolysis enrichment, relative to the initial sample before enrichment. We compared the calculated initial activity values (Bq∙L-1) with the measured values (Bq∙L-1) using the tritium residual ratio curve, and the relative standard deviation was a maximum of 3.5% (n = 3). Based on the advanced enrichment conditions, we analyzed tritium in actual seawater samples after enrichment, and the activity was determined to be 0.076 ±0.006 Bq∙L-1.
Tritium is naturally produced by cosmic radiation and can also be artificially generated in various nuclear facilities such as nuclear power plants, reprocessing facilities, and research reactors. In the environment, tritium moves along with water in the form of HTO and disperses as it travels through groundwater, rivers, and the sea. The concentration of tritiated water (HTO) in seawater is extremely low, requiring an enrichment technique for measurement. Most domestic and international analytical institutions apply alkaline electrolysis technology as a pretreatment technique for enriching tritium. In addition to alkaline water electrolysis, water electrolysis technologies include technologies such as PEM (Polymer Electrolyte membrane), AEM, and SOEC. Recently, PEM-based electrolysis technology has seen significant development and gained widespread attention. In this study, we investigated the enrichment of tritium based on the commercially available PEM electrolysis method. As there is currently no commercially available PEM electrolysis-based enrichment device in South Korea, we selected and developed a domestically developed PEM stack. The developed tritium enrichment device can enrich four samples simultaneously. We optimized the tritium enrichment conditions by diluting standard source, considering electrolysis stack temperature, sample temperature, MEA (Membrane Electrode Assembly) type, and the number of electrolysis cells. To ensure stable operation of the stack, we introduced an ion exchange resin. We compared the optimized electrolysis enrichment conditions with alkaline electrolysis enrichment. For a sample of 800 g, alkaline electrolysis takes over 3 weeks for the enrichment process alone, resulting in a tritium enrichment by approximately 15 times. In contrast, PEM electrolysis takes about 1.5 days for the enrichment process for the same sample weight, resulting in a tritium enrichment by approximately 12 times. To further increase the enrichment of tritium, we conducted optimization by increasing the initial sample weight. We evaluated the applicability of the developed tritium electrolysis enrichment method for seawater samples of 2,400 g. The tritium was enriched approximately 32 times, and the time required was approximately 4.7 days, demonstrating excellent enrichment performance.To determine the initial activity for unknown samples, we utilized the tritium residual ratio curve. The tritium residual ratio refers to the ratio of tritium activity (Bq) included in the final sample after electrolysis enrichment, relative to the initial sample before enrichment. We compared the calculated initial activity values (Bq∙L-1) with the measured values (Bq∙L-1) using the tritium residual ratio curve, and the relative standard deviation was a maximum of 3.5% (n = 3). Based on the advanced enrichment conditions, we analyzed tritium in actual seawater samples after enrichment, and the activity was determined to be 0.076 ±0.006 Bq∙L-1.
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