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방사분석과 분광학을 이용한 Am(III) 가수분해와 옥살레이트 착물 화학종 연구
Radioanalytical and Spectroscopic Characterizations of Hydroxo- and Oxalato-Am(III) Complexes 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.16 no.4, 2018년, pp.397 - 410  

김희경 (한국원자력연구원) ,  조혜륜 (한국원자력연구원) ,  정의창 (한국원자력연구원) ,  차완식 (한국원자력연구원)

초록
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아메리슘(Am)사용후핵연료의 장기 방사성 독성에 크게 영향을 주기 때문에 고준위 방사성 폐기물 처분의 장기 안전성 평가에 필수적으로 고려되어야 할 원소이다. 분광학적 방법을 이용한 일부 악티나이드 원소의 화학반응 연구가 활발히 진행되고 있는 반면, 아메리슘에 대한 연구는 아직까지 미비한 상황이다. 이 연구에서는 고순도의 시료를 필요로 하는 화학반응 연구를 위하여 $^{241}Am$ 시료를 정제한 후, 액체섬광계수기와 감마선알파선 스펙트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 하였다. 액체 광도파 모세관 셀을 이용한 고감도의 UV-Vis 흡수 분광학시간분해 레이저 형광 분광학을 이용하여 Am(III) 가수분해물과 옥살레이트(oxalate, Ox) 착물반응을 조사하였다. 산성조건에서 $Am^{3+}$은 503 nm에서 최대 흡수봉우리를 보이며, 몰흡광계수는 $424{\pm}8cm^{-1}{\cdot}M^{-1}$임을 확인하였다. 중성 이상의 pH 조건에서 형성되는 $Am(OH)_3(s)$ 콜로이드 입자에서는 506-507 nm 파장에서 최대 흡수봉우리가 관측되었다. ${Am(Ox)_3}^{3-}$ 착물은 $Am^{3+}$에 비교하여 흡수 및 발광스펙트럼이 각각 4와 5 nm정도 장파장으로 이동하였고 몰흡광계수와 발광세기도 크게 증가하였다. ${Am(Ox)_3}^{3-}$의 발광수명은 23에서 56ns으로 증가하였고 이는 Am(III)의 내부권에 결합하고 있던 약 여섯 개의 물분자가 옥살레이트의 카르복실기로 치환되었음을 의미한다. 이 결과로부터 ${Am(Ox)_3}^{3-}$은 각 옥살레이트 리간드가 두 자리 결합(bidentate)을 하고 있다는 것을 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When considering the long-term safety assessment of spent-nuclear fuel management, americium is one of the most radio-toxic actinides. Although spectroscopic methods are widely used for the study of actinide chemistry, application of those methods to americium chemistry has been limited. Herein, we ...

주제어

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문제 정의

  • 이 논문에서는 241Am 시료를 정제한 후에 액체섬광계수 기와 감마 및 알파스펙트럼을 이용하여 정량 및 정성분석한 결과를 설명하였다. 정제한 시료의 회수율은 약 92%이 며, 다른 핵종이 포함되어 있지 않음을 확인하였다.

가설 설정

  • The inverse of the slope corresponds to luminescence lifetime. (c) Linear change of the luminescence intensity as a function of Am concentration.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
사용후핵연료의 처분안전성을 예측하기 위해 필요한 자료는 무엇인가? 손상된 캐니스터에서 유출된 악티나이드 원소들은 벤토나이트와 같은 인공방벽에서 대부분 흡착 또는 여과되기 때문에 자연 생태계로 퍼지는 악티나이드는 미량일 것으로 예상된다. 따라서 사용후핵연료의 처분안전성을 예측하기 위하여 용해도 한계를 넘지 않는 미량 악티나이드의 용존 화학종 규명(chemical speciation)과 화학반응의 열역학 상수 자료가 필요하다. 악티나이드 원소들은 지하수 내에 존재하는 다양한 유/무기 리간드와 활발하게 반응할 뿐만 아니라, 광물표면이나 콜로이드 입자와의 반응성도 매우 크다.
아메리슘(Am)은 방사성 붕괴 과정에서 어떻게 변화하는가? Table 1에이 두 동위원소의 방사성 특성을 요약하였다. 241Am은 방사성 붕괴 과정에서 알파선(5.486, 5.443 MeV)과 감마선(60 keV)을 방출하며 237Np (반감기 = 2.144×106 년, α-붕괴) 으로 변환된다. 243Am은 알파선(5.
아메리슘(Am)은 무엇인가? 아메리슘(Am)은 사용후핵연료에 존재하는 소수 악티 나이드 원소들 (Am, Cm, Np 등) 중에서 방사성 독성이 가장 높은 원소이다. 아메리슘의 주요 동위원소는 241Am (반감기 = 433년)과 243Am (반감기 = 7370년)이다[1].
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