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문제 정의
- 본 연구에서는 과거 수십년간 인간활동에 의해 발생되는 자연적 오염 정도를 파악하고자 주변에 심각한 오염원이 존재치 않고 퇴적층의 준설등 인위적 변화를 받지 않은 소규모 저수지를 선택하고 호심의 중심에서 퇴적물 코아 시료를 채취하여, 퇴적층의 깊이에 따른 주원소 및 미량원소의 함량 변화를 중성자방사화분석법(Neutron Activation Analysis)을 사용하여 조사하였다.
제안 방법
- 퇴적층에 따른 원소분석을 위해 코아 시료를 1 cm 간격으로 티타늄 칼을 사용하여 절단한 후 무게를 측정한 다음 전기로에서 60oC로 24시간 건조시켰다. 건조된 시료는 수분함량을 알기 위해 다시 무게를 측정한 후 퇴적층에 포함된 불순물을 제거한 다음 분말로 만든 후 습도변화가 없는 데시케이터안에 보관하였다.
- 건조된 시료는 수분함량을 알기 위해 다시 무게를 측정한 후 퇴적층에 포함된 불순물을 제거한 다음 분말로 만든 후 습도변화가 없는 데시케이터안에 보관하였다. 퇴적물의 입도크기 및 밀도변화를 측정한 후 각 깊이별 원소 변화를 관찰하기 위하여 시료를 agate mortar 를 사용하여 분쇄한 후 주원소는 XRF를 사용하여 분석하였으며, 미량원소들은 중성자방사화분석을 이용 하여 분석을 하였다.
- 준비된 시료 약 200 mg을 중성자조사용 PE vial에 넣고 밀봉한 후 절대분석에서 함량계산을 위해 필요한 중성자선속 측정용 monitor인 Au(Au/Al alloy wire: 0.1274% of gold, R/X, USA)와 Co(Co/Al alloy wire: 1% of cobalt, Degussa, FRG)로서 내부 시료용기의 측면에 감싸주는 형태로 부착하여 중성자선속의 차이에 의한 분석 불확도를 최소화하고자 하였다. 준비된 시료 용기는 중성자조사용 PE rabbit 용기에 넣고 또한 분석의 정확도를 측정하기위해 NIST 2709퇴적물 표준시료와 함께 원자력 연구소 HANARO PTS 조사공에서 10분간 중성자 조사시켰다.
- 1274% of gold, R/X, USA)와 Co(Co/Al alloy wire: 1% of cobalt, Degussa, FRG)로서 내부 시료용기의 측면에 감싸주는 형태로 부착하여 중성자선속의 차이에 의한 분석 불확도를 최소화하고자 하였다. 준비된 시료 용기는 중성자조사용 PE rabbit 용기에 넣고 또한 분석의 정확도를 측정하기위해 NIST 2709퇴적물 표준시료와 함께 원자력 연구소 HANARO PTS 조사공에서 10분간 중성자 조사시켰다. 조사시열중성자 선속은 2.
- 주원소분석을 위하여 시료 1 g에 lithium tetraborate 5.5 g을 혼합한 후 전기로에서 용융시켜 glass disc를 만든 다음 XRF(Shimadzu, XRF-1700)를 사용하여 주 원소를 분석하였다.
- 미량원소 분석은 중성자 조사가 끝난 시료를 3일간 냉각시킨 다음 측정용기로 옮긴 후 HPGe(relative efficiency; 30%, FWHM; 1.9 keV at 1.33 MeV, EG&G) 반도체 검출기를 사용하여 1000초 동안 중반감기 핵종인 76As, 82Br, 42K, 140La, 24Na, 122Sb, 153Sm, 239Np(U)을 측정하고, 20일 냉각 후 5000초 동안 장반 감기 핵종인 141Ce, 60Co, 51Cr, 152Eu, 59Fe, 181Hf, 177Lu, 86Rb, 46Sc, 233Pa(Th), 169Yb, 65Zn를 측정하였다. 시료에 함유되어 있는 무기 원소들의 함량계산은 분석방해 보정이 포함되어 있는 단일비교체법(SCM-IF)을 사용하였다.
대상 데이터
- 55'13''의 정읍시 감곡면에 위치한 조그만 전답용저수지로서 일제시대인 1945년전에 처음 개발된 후 지금까지 퇴적층을 준설을 하지 않아 인위적 환경 교란이 발생하지 않은 소규모 저수지이다. 실험에 필요한 퇴적 침전물 시료를 채취하기 위하여 저수지 중앙의 수면 약 1.5 m 아래의 퇴적층을 직경 5 cm 인 중력코아시추기를 사용 하여 약 40 cm 길이의 코아시료를 채취하였다. 채취한 시료는 PE tube로 옮긴 후 양끝을 밀봉한 다음 실험실로 가져와 저온 냉장고에 보관하였다.
이론/모형
- 33 MeV, EG&G) 반도체 검출기를 사용하여 1000초 동안 중반감기 핵종인 76As, 82Br, 42K, 140La, 24Na, 122Sb, 153Sm, 239Np(U)을 측정하고, 20일 냉각 후 5000초 동안 장반 감기 핵종인 141Ce, 60Co, 51Cr, 152Eu, 59Fe, 181Hf, 177Lu, 86Rb, 46Sc, 233Pa(Th), 169Yb, 65Zn를 측정하였다. 시료에 함유되어 있는 무기 원소들의 함량계산은 분석방해 보정이 포함되어 있는 단일비교체법(SCM-IF)을 사용하였다.
성능/효과
- 퇴적환경을 관찰하기 위하여 깊이별 퇴적층의 입도와 밀도를 분석한 결과인 Fig. 1에서 10 cm 미만의 깊이에서는 수분의 함량이 60% 이상으로 많아 밀도는 낮게 나타나며, 최근 퇴적된 환경으로 입자의 크기도 작은 편이었다. 그 이후의 깊이에서는 함수율이 약 30% 정도로 일정하며, 밀도는 약 2.
- 이러한 현상 들은 강수와 퇴적물의 관계를 규명한 Kashiwaya10, Shimada11의 연구결과에서 잘 설명이 되고 있다. 이상의 결과를 근거로 퇴적층의 무게와 1969년 최대 갈수기때의 퇴적층으로 여겨지는 지점을 근거로 구한 진흥제 퇴적물의 퇴적속도는 년간 0.197 g·cm−2로 계산되었다.
- 퇴적물의 주원소 및 미량원소의 함량분포를 나타낸 Fig. 2와 3의 결과에서, 주원소들은 깊이에 따라 그 함량변화가 거의 없으나 Fe의 함량은 표면 부근과 25 cm 지점 부근은 비슷한 값을 가지며 표면에서 점점 작아지는 경향을 나타내고 있으며, 밀도와 입도의 결과와 같이 17 cm 지점에서 최소값을 나타낸 후 다시 증가하는 경향을 나타내었다. Si, Na와 K의 경우 표면부터 깊이가 깊어질수록 함량이 증가하고 있으나 17 cm 지점에서 농도 변화는 관찰되지 않았다.
- 미량원소들의 분석 결과에서 대부분 깊이에 따라 함량변화가 크지 않으나 Ce, Co, Hf의 경우 약 15 cm 부근에서 최대 농도를 나타내고, 입도크기와 마찬가지로 17 cm 지점에서 감소하는 현상이 나타났다. 또한 분석된 대부분의 미량원소 들인 Cr, Eu, La, Rb, Sc, Sm, Th, Yb, U의 함량도 감소하였다. 원소의 함량과 총유기탄소양이 상관관계를 가지는데12 분석결과에서는 총탄소량과 상관성이 있는 ignition loss 자료와 원소 함량과는 상관성이 나타나지 않았다.
- 197 g·cm−2이었다. 원소들의 농도분포 결과에서 Na, K, Si의 경우 깊이가 깊어질 수록 양이 증가하며, Fe는 점점 감소하다가 입도 크기가 작은 17 cm 지점에서 최소값을 나타내었다. 또한 분석된 대부분의 원소들인 Ce, Co, Cr, Eu, Hf, La, Rb, Sc, Sm, Th, Yb, U의 함량도 감소하였다.
- 원소들의 농도분포 결과에서 Na, K, Si의 경우 깊이가 깊어질 수록 양이 증가하며, Fe는 점점 감소하다가 입도 크기가 작은 17 cm 지점에서 최소값을 나타내었다. 또한 분석된 대부분의 원소들인 Ce, Co, Cr, Eu, Hf, La, Rb, Sc, Sm, Th, Yb, U의 함량도 감소하였다. 따라서 원소 분석과 퇴적물의 물리화학적 특성을 분석하면 이들 자료를 통해 과거의 환경변화를 유추할 수 있는 유용한 수단이 된다.
- 또한 ignition loss 결과에서도 표면 부근의 10 cm 미만의 깊이에서는 유기물등의 영향으로 약 20% 정도 손실되나 그 이후에는 약 10%로 일정하였다. 미량원소들의 분석 결과에서 대부분 깊이에 따라 함량변화가 크지 않으나 Ce, Co, Hf의 경우 약 15 cm 부근에서 최대 농도를 나타내고, 입도크기와 마찬가지로 17 cm 지점에서 감소하는 현상이 나타났다. 또한 분석된 대부분의 미량원소 들인 Cr, Eu, La, Rb, Sc, Sm, Th, Yb, U의 함량도 감소하였다.
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