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다중검출기유도결합플라즈마질량분석기를 이용한 Pu 동위원소비 정밀 분석법
The Improved Method for Precise Determination of Pu Isotope Ratio using MC-ICP-MS 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.35 no.3, 2010년, pp.117 - 123  

임성아 (한국원자력안전기술원) ,  한은미 (한국원자력안전기술원) ,  채정석 (한국원자력안전기술원) ,  윤주용 (한국원자력안전기술원)

초록
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Pu 동위원소는 기원에 따라 각기 다른 $^{240}Pu/^{239}Pu$ 동위원소비를 나타내는 특성이 있다. 질량분석법은 극미량 장반감기핵종 분석에 매우 유용한 방법으로서 검출기 특성상 낮은 검출한계를 갖고 있으며, 소량의 시료를 이용하여 짧은 시간에 측정을 할 수 있다는 장점을 갖고 있으므로 Pu을 비롯한 장반감기 핵종 분석에 유용하다. 다중검출기유도결합플라즈마질량분석기(Multicollector ICP-MS)는 다중검출시스템을 이용하여 분석하고자 하는 여러 핵종의 동시분석이 가능하며, 특별히 본 연구에서는 극미량 핵종의 검출이 가능한 multiple ion counter (MIC)를 사용하여 Pu 동위원소 분석에 적용하였다. 본 연구방법의 검출한계(detection limit)는 최적화된 조건에서 $^{239}Pu$$^{240}Pu$ 각각 $0.10\;fg\;ml^{-1}$ ($0.24\;{\mu}Bq\;ml^{-1}$), $0.12\;fg\;ml^{-1}$ ($0.97\;{\mu}Bq\;ml^{-1}$)이었으며, 240Pu 기준으로 약 200 cps 정도의 매우 낮은 농도수준에서 1%이하의 $^{240}Pu/^{239}Pu$ 동위원소비 계측편차를 나타내었다. 본 연구방법은 표준용액 및 다양한 매트릭스표준물질 분석에 적용함으로써 검증 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Plutonium is by far the most important of the transuranic elements which have been released into the environment due to radio-toxicity and long term radiation effects on humans. And Pu isotope ratio ($^{240}Pu/^{239}Pu$) is of great interest because this ratio is used as a fingerprint for...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 MC-ICP-MS를 이용하여 극미량의 핵종 검출이 가능한 4개의 multiple ion counter으로 Pu 동위원소를 검출하는 분석 조건을 최적화하였으며, 그 결과 향상된 Pu 동위원소비 정밀도를 얻을 수 있었다. 또한 다양한 매트릭스의 표준물질 분석에 적용하므로써 본 연구방법을 검증 확인하였다.
  • 본 연구에서는 MC-ICP-MS의 multiple ion counter(MIC)를 사용하여 Pu 동위원소의 정밀도 향상을 위한 분석 방법을 최적화하였다. 과거 Pu 동위원소비 분석을 위하여 국내에서 사용되었던 HR-ICP-MS는 단일 검출시스템이 적용되었으며, 이는 한 개의 검출기에 분석 대상 핵 종들이 순차적으로 도달하여 검출되는 방법으로서 핵종간 짧은 검출 시간차에 의해 동위원소비 분석의 정밀도에 한계가 있는 방법이었다.
  • 특별히 MC-ICP-MS의 다중검출시스템은 여러 핵종을 동시에 계측함으로써 핵종간 동위원소비를 더욱 정밀하게 분석할 수 있다. 본 연구에서는 환경중 극미량으로 존재하는 Pu 동위원소를 정밀도 높게 분석할 수 있는 방법을 제시하였다. 특별히 본 연구 방법을 가장 효과적으로 적용할 수 있는 240Pu/239Pu 동위원소비는 Pu의 기원을 추적할 수 있다는 데에 더욱 의미있는 자료로서 활용될 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
질량분석법은 어떤 특징이 있는가? Pu 동위원소는 기원에 따라 각기 다른 $^{240}Pu/^{239}Pu$ 동위원소비를 나타내는 특성이 있다. 질량분석법은 극미량 장반감기핵종 분석에 매우 유용한 방법으로서 검출기 특성상 낮은 검출한계를 갖고 있으며, 소량의 시료를 이용하여 짧은 시간에 측정을 할 수 있다는 장점을 갖고 있으므로 Pu을 비롯한 장반감기 핵종 분석에 유용하다. 다중검출기유도결합플라즈마질량분석기(Multicollector ICP-MS)는 다중검출시스템을 이용하여 분석하고자 하는 여러 핵종의 동시분석이 가능하며, 특별히 본 연구에서는 극미량 핵종의 검출이 가능한 multiple ion counter (MIC)를 사용하여 Pu 동위원소 분석에 적용하였다.
Pu를 측정할 때, 알파분광분석법 이전에 알파에너지 영역에서 알파선을 방출하여 기존에 활용되어온 방법은 무엇인가? 244 MeV)와 240Pu (5.255 MeV) 모두 비슷한 알파에너지 영역에서 알파선을 방출하므로써 기존에 활용되어 온 알파스펙트로미터를 이용한 방법으로는 239Pu와 240Pu을 분리 측정할 수 없다는 한계가 있다[5]. 이와 반면 질량분석시스템은 Pu 동위원소 각각의 질량을 측정하는 원리로서 239Pu와 240Pu의 분리 측정이 가능하여 Pu의 기원을 추적할 수 있는 중요한 자료인 240Pu/239Pu 동위원소비 분석이 가능하다는 장점이 있다.
플루토늄(Pu)은 무엇인가? 플루토늄(Pu)은 인간의 핵관련 활동에 의하여 환경으로 방출되는 대표적인 인공방사성 핵종으로서, U의 중성자 포획 또는 Am, Np의 붕괴과정에서 생성되며, 236Pu, 238Pu, 239Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu, 244Pu 등 10여종의 동위원소로 존재한다. 그 중에서도 239Pu (half-life: 24,110 y)와 240Pu (half-life: 6,564 y)이 주요 관심 핵종으로 거론된다[1].
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참고문헌 (14)

  1. Muramatsu Y, Yoshida S, Tagami K, Uchida S, Ruhm W. ICP-MS analysis of environmental plutonium, Plutonium in the environment. 2001:63-77. 

  2. Hirose K, Aoyama M, Katsuragi Y, Sugimura Y. Annual deposition of Sr-90, Cs-137 and Pu-239, 240 from the 1961-1980 Nuclear Explosions: A Simple Model. J. Met. Soc. Japan 1987; 65(2):259-276. 

  3. Nagaya Y, Nakamure K. 239,240Pu and 137Cs in the East China and the Yellow Seas. J. Oceanogra Soc. Japan 1992;48(1):23-35. 

  4. Talor RN, Warneke T, Milton AM, Croudace IW, Warwick PE, Nesbitt RW. Plutonium isotope ratio analysis at femtogram to nanogram levels by mulmulticollector ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom. 2001; 16(3):279-284. 

  5. Assinder DJ. A review of the occurrence and behavior of neptunium in the Irish Sea. J. Environm. Radioactivity 1999:44(2-3);335-347. 

  6. Kim CS, Kim CK, Martin P, Sansone U. Determination of Pu isotope concentrations and isotope ratio by inductively coupled plasma mass spectrometry: a review of analytical methodology. J. Anal. At. Spectrom. 2007;22(7):827-841. 

  7. Kim CS, Kim CK. Lee JI, Lee KJ. Rapid determination of Pu isotopes and atom ratios in small amounts of environmental samples by an on-line sample pre-treatment system and isotope dilution high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Anal, At, Spectrom. 2000:25(3); 247-255. 

  8. Chiappini R, Pointurier F, Millies-Lacroix JC, Lepetit G, Hemet P. 240Pu/239Pu isotopic ratios and 239+240Pu total measurements in surface and deep waters around Mururoa and Fangataufa atolls compared with Rangiroa atoll (French Polynesia). The Science of the Total Environ. 1999:237-238;269-276. 

  9. Becker JS, Soman RS, Sutton KL, Caruso JA, Dietze HJ. Determination of long-lived radionuclides by inductively coupled plasma quadrupole mass spectrometry using different nebulizers. J. Anal. At. Spectrom. 1999:14(6);933-937. 

  10. Taylor RN, Warneke T, Milton JA, Croudace IW, Warwick PE, Nesbitt RW. Multiple ion counting determination of plutonium isotope ratios using multi-collector ICP-MS. J. Anal. At. Spectrom. 2003:18(5);480-484. 

  11. Ikeuchi Y, Amano H, Aoyama M, Berezhnov VI, Chaykovskaya E. Hirose K. Anthropogenic radionuclides in seawater of the Far Eastern Seas. The Science of the Total Environ. 1999:237-238; 203-212. 

  12. T. Determination of 240Pu/239Pu Ratio in the Ocean by Using HR-ICP-MS. Anal. Sciences. 2001:17(ICAS2001);i29-i32. 

  13. Kershaw PJ, Sampson KE, McCarthy W, Scott RD. The measurement of the isotopic composition of plutonium in an Irish Sea sediment by mass spectrometry. J. Radioanal. Nucl. Chem. 1995: 198(1);113-124. 

  14. Muramatsu Y, Ruhm W, Yoshida S, Tagami K, Uchida S, Wirth E. Concentrations of 239Pu and 240Pu and Their Isotopic Ratios Determined by ICP-MS in Soils Collected from the Chernobyl 30-km Zone. Environ. Sci. Technol. 2000: 34(14);2913-2917. 

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