아메리슘(Am)은 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 감마선 및 알파선 스펙트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 하였다. 액체 광도파 모세관 셀을 이용한 고감도의 UV-Vis 흡수 분광학과 시간분해 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.
아메리슘(Am)은 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 감마선 및 알파선 스펙트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 하였다. 액체 광도파 모세관 셀을 이용한 고감도의 UV-Vis 흡수 분광학과 시간분해 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.
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 ...
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 purified $^{241}Am$ to obtain a highly pure stock solution required for spectroscopic studies. Quantitative and qualitative analyses of purified $^{241}Am$ were carried out using liquid scintillation counting, and gamma and alpha radiation spectrometry. Highly sensitive absorption spectrometry coupled with a liquid waveguide capillary cell and time-resolved laser fluorescence spectroscopy were employed for the study of Am(III) hydrolysis and oxalate (Ox) complexation. $Am^{3+}$ ions under acidic conditions exhibit maximum absorbance at 503 nm, with a molar absorption coefficient of $424{\pm}8cm^{-1}{\cdot}M^{-1}$. $Am(OH)_3(s)$ colloidal particles formed under near neutral pH conditions were identified by monitoring the absorbance at around 506-507 nm. The formation of ${Am(Ox)_3}^{3-}$ was detected by red-shifts of the absorption and luminescence spectra of 4 and 5 nm, respectively. In addition, considerable enhancements of the luminescence intensities were observed. The luminescence lifetime of ${Am(Ox)_3}^{3-}$ increased from 23 to 56 ns, which indicates that approximately six water molecules are replaced by carboxylate ligands in the inner-sphere of the Am(III). These results suggest that ${Am(Ox)_3}^{3-}$ is formed through the bidentate coordination of the oxalate ligands.
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 purified $^{241}Am$ to obtain a highly pure stock solution required for spectroscopic studies. Quantitative and qualitative analyses of purified $^{241}Am$ were carried out using liquid scintillation counting, and gamma and alpha radiation spectrometry. Highly sensitive absorption spectrometry coupled with a liquid waveguide capillary cell and time-resolved laser fluorescence spectroscopy were employed for the study of Am(III) hydrolysis and oxalate (Ox) complexation. $Am^{3+}$ ions under acidic conditions exhibit maximum absorbance at 503 nm, with a molar absorption coefficient of $424{\pm}8cm^{-1}{\cdot}M^{-1}$. $Am(OH)_3(s)$ colloidal particles formed under near neutral pH conditions were identified by monitoring the absorbance at around 506-507 nm. The formation of ${Am(Ox)_3}^{3-}$ was detected by red-shifts of the absorption and luminescence spectra of 4 and 5 nm, respectively. In addition, considerable enhancements of the luminescence intensities were observed. The luminescence lifetime of ${Am(Ox)_3}^{3-}$ increased from 23 to 56 ns, which indicates that approximately six water molecules are replaced by carboxylate ligands in the inner-sphere of the Am(III). These results suggest that ${Am(Ox)_3}^{3-}$ is formed through the bidentate coordination of the oxalate ligands.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
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.
제안 방법
241Am 시료를 양이 온교환수지를 이용하여 정제한 후 액체섬광계수기(liquid scintillation counter, LSC), 감마스펙트럼, 그리고 알파스펙 트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 수행하였다. LWCC를 이용한 고감도 흡수 분광법과 TRLFS를 이용하여 Am3+의 흡수 및 발광스펙트럼을 측정하고, 검출한계를 결정하였다.
Am(Ⅲ) 가수분해화합물의 발광 특성을 조사하기 위하여 pH 변화에 따른 9 μM 농도의 Am(Ⅲ) 시료의 발광스펙트럼과 발광수명을 측정하였다.
Am(Ⅲ)과 유기 리간드 착물 반응을 연구하기 위하여 옥살레이트와의 착물형성 반응을 흡수 및 발광스펙트럼을 이용하여 살펴보았다. 옥살레이트(-OOCCOO-)는 가장 작은 단위의 dicarboxylate로서, 흄산의 대표적 작용기인 카르복 실기의 반응성 연구를 위한 모델 리간드로 이용되고 있는 유기물이다.
Am3+ 이온의 검출한계를 결정하기 위하여 4-20 μM 농도 범위의 Am(Ⅲ) 용액을 0.1 M HClO4 바탕매질에 준비하고, 흡수스펙트럼을 광경로 길이가 1 cm인 석영셀을 이용하여 측정하였다.
I = 0.1 M NaClO4, 25℃ 조건으로 변환시킨 열역학 상수 값을 이용하여 pH 변화에 따른 Am(Ⅲ) (9 μM)의 화학종 분포 변화를 구하였다(Fig. 5).
LWCC는 T-junction을 통해서 광섬유로 전달되는 빛을 받아들이고 내보내는 동시에, 연동식 펌프(Peristaltic pump, Ismatec Reglo ICC)와 연결되어 시료 주입과 회수가 가능하다. LWCC 표면에 시료가 접촉함으로써 발생하는 pH나 Am(Ⅲ) 농도 변화를 최소화하기 위하여 측정하고자 하는 시료로 LWCC를 2회 씻어 낸 후, 세 번째 주입한 시료에서 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 시료의 pH는 LWCC로부터 회수한 용액의 pH를 측정하여 결정하였다.
241Am 시료를 양이 온교환수지를 이용하여 정제한 후 액체섬광계수기(liquid scintillation counter, LSC), 감마스펙트럼, 그리고 알파스펙 트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 수행하였다. LWCC를 이용한 고감도 흡수 분광법과 TRLFS를 이용하여 Am3+의 흡수 및 발광스펙트럼을 측정하고, 검출한계를 결정하였다. 수용액의 pH 변화에 따른 Am(Ⅲ) 가수분해화합물과 콜로이드 입자의 흡수 및 발광 특성을 구별하였다.
1 M HClO4 바탕매질에 준비하고, 흡수스펙트럼을 광경로 길이가 1 cm인 석영셀을 이용하여 측정하였다. 각 시료의 농도는 LSC를 이용하여 결정하였다. Am3+ 이온의 농도가 증가함에 따라 503 nm에서의 흡광도가 선형적으로 비례하여 증가하였다(Fig.
감마계측기(GMX30P4-70, EG&G ORTEC)는 방사능 인증표준물질(Certified reference material, 한국표준과학연구원)을 사용하여 계측 효율과 감마선 에너지 값을 보정하였다.
감마스펙트럼 측정을 위하여 241Am 모용액을 325배 희석한 시료(약 20 μM) 10 μL를 0.1 M HClO4 20 mL용액에 첨가하여 폴리에틸렌병에 담았다.
침전물이나 높은 pH 조건에서 콜로이드 상태로 존재하는 시료의 경우에는 계측값의 오차가 컸기 때문에 pH가 높은 시료는 산성용액에 시료를 희석하여 pH 3 이하의 조건으로 맞추어서 용존 Am3+ 이온 상태로 준비한 후 LSC 칵테일과 섞어 계측하였다. 계측은 농도에 따라 10-30분 동안 진행하였으며, 알파-베타 판별기를 사용하였다.
광섬유 다발(Optical fiber bundle)을 이용해 모은 Am(Ⅲ)의 발광신호를 분광기 (SR303i, Andor Tech.: slit width 300 μm, grating 300 lines/ mm)에 입사시킨 후에, 강화된 전하 결합 장치(Intensified charge-coupled device, ICCD, Andor Tech.)로 측정하였다.
LWCC를 이용한 고감도 흡수분광장치의 구성은 이전에 보고한 논문에 자세히 설명되어 있다[35]. 광섬유를 이용하여 분광광도계(Varian, Cary3)와 아르곤 분위기의 글로브박스 안에 설치한 LWCC (100 cm, WPI, USA)를 연결하였다. LWCC는 T-junction을 통해서 광섬유로 전달되는 빛을 받아들이고 내보내는 동시에, 연동식 펌프(Peristaltic pump, Ismatec Reglo ICC)와 연결되어 시료 주입과 회수가 가능하다.
)로 측정하였다. 레이저 펄스와 ICCD 측정 시간은 지연신호 발생기(Delay generator, DG535, Stanford Research)를 이용하여 동기 (Synchronize)시켰다. 시료의 온도는 25℃로 유지시켰다.
시료의 온도는 25℃로 유지시켰다. 발광수명은 ICCD의 측정시간을 일정한 간격으로 지연시킨 조건에서 측정한 발광스펙트럼의 면적으로부터 구하였다. 발광스펙트럼은 1000-2000개의 레이저 펄스가 입사되는 동안 발생한 발광신호의 합으로 측정하였다.
발광수명은 ICCD의 측정시간을 일정한 간격으로 지연시킨 조건에서 측정한 발광스펙트럼의 면적으로부터 구하였다. 발광스펙트럼은 1000-2000개의 레이저 펄스가 입사되는 동안 발생한 발광신호의 합으로 측정하였다.
LWCC를 이용한 고감도 흡수 분광법과 TRLFS를 이용하여 Am3+의 흡수 및 발광스펙트럼을 측정하고, 검출한계를 결정하였다. 수용액의 pH 변화에 따른 Am(Ⅲ) 가수분해화합물과 콜로이드 입자의 흡수 및 발광 특성을 구별하였다. 흡수 및 발광 특성 변화로부터 Am(Ⅲ)-옥살레이트 착물의 구조를 제시하였다.
Am은 방사선 관리구역에서 HEPA (High efficiency particulate air) 필터가 달린 흄휴드와 글로브박스 안에서 취급하였다. 시료 정제 및 준비 과정 중에는 감마측정기와 표면 오염 측정법을 사용하여 주변 오염 여부를 수시로 확인하였다. 241 Am 동위원소는 알파입자를 방출하기 때문에 농도가 높은 시료를 장기간 보관하면 알파입자에 의해 생성되는 라디칼과 알파입자 자체에 의해 용기가 침식될 수 있다.
4 mCi)의 241Am 시료(Amersham, 1986년 구입)를 정제하기 위하여 고농도 HNO3(7 M) 용액에 시료를 녹였다. 시료가 분홍빛을 띠는 투명한 액체가 될 때까지 흄후드에서 적외선램프를 이용하여 증발-건고 과정을 수회 반복하였다. 증발-건고 용기는 백금 도가니를 사용하였다.
LWCC 표면에 시료가 접촉함으로써 발생하는 pH나 Am(Ⅲ) 농도 변화를 최소화하기 위하여 측정하고자 하는 시료로 LWCC를 2회 씻어 낸 후, 세 번째 주입한 시료에서 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 시료의 pH는 LWCC로부터 회수한 용액의 pH를 측정하여 결정하였다.
Am3+ 이온의 최대 흡수파장인 503 nm 파장의 OPO 레이저 펄스(펄스 폭 8 ns, 반복률 10 Hz) 를 시료에 입사시켰다. 시료의 농도에 따라 레이저 펄스 에너지를 3.5-7.0 mJ 범위에서 조절하였다. 광섬유 다발(Optical fiber bundle)을 이용해 모은 Am(Ⅲ)의 발광신호를 분광기 (SR303i, Andor Tech.
1 M NaClO4) 2 mL로 2-3회 더 세척하였다. 여과 도중 셀룰로스 막에 의한 시료의 pH 변화와 흡착에 의한 농도 변화를 최소화하기 위하여 측정하고자 하는 시료 2 mL 로 2회 셀룰로스 막을 세척한 후, 3회차에 시료 2 mL를 여과시켜 흡수스펙트럼을 측정하였다. 여과된 용액상에 남아 있는 아메리슘의 농도를 측정하기 위하여 시료 10 μL를 취하여 pH 2가 되도록 HClO4를 넣은 후, LSC를 이용하여 농도를 측정하였다.
여과된 용액상에 남아 있는 아메리슘의 농도를 측정하기 위하여 시료 10 μL를 취하여 pH 2가 되도록 HClO4를 넣은 후, LSC를 이용하여 농도를 측정하였다.
이 연구에서는 아메리슘 시료 정제 및 취급 기술과 LWCC 및 TRLFS를 이용하여 측정한 nM-μM 농도 범위의 아메리슘 화학종의 분광학적 특성을 조사하였다.
1 M HCl 매질에서 하고, 아메리슘 용리에는 7 M HCl 용액을 사용하였다. 이온교환수지를 통과한 아메리슘은 이온교환수지와 함께 용리되어 노란색을 띠고 있기 때문에 시료가 다시 투명한 분홍빛을 보일 때까지 0.1 M HClO4를 이용하여 여러 차례의 증발-건고 과정을 반복하였다. 최종 증발-건고 후 시료를 3 mL의 0.
중성 이상의 pH 조건에서 Am(Ⅲ) 용존 가수분해화합 물의 흡수와 고체 콜로이드의 흡수를 구분하기 위하여 초미세여과법을 이용하여 Am(OH)3(s) 콜로이드와 용존 Am(Ⅲ) 화학종을 분리한 후 흡수스펙트럼을 측정하였다. 여과 전 Am(Ⅲ) 시료는 총 농도 6 μM, pH ~7.
지화학환경의 중성 이상의 pH 조건에서 형성되는 Am(Ⅲ)의 가수분해 화합물 및 콜로이드 입자의 분광학적 특성을 알아보기 위하여 pH 증가에 따른 흡수 및 발광 특성 변화를 관찰하였다. 초미세여과법을 이용하여 콜로이드 입자와 가수분해화합물을 분리하였으며, LWCC를 이용하여 Am(Ⅲ) 가수분해화합물의 흡수스펙트럼을 측정하였다.
지화학환경의 중성 이상의 pH 조건에서 형성되는 Am(Ⅲ)의 가수분해 화합물 및 콜로이드 입자의 분광학적 특성을 알아보기 위하여 pH 증가에 따른 흡수 및 발광 특성 변화를 관찰하였다. 초미세여과법을 이용하여 콜로이드 입자와 가수분해화합물을 분리하였으며, LWCC를 이용하여 Am(Ⅲ) 가수분해화합물의 흡수스펙트럼을 측정하였다. 가수분해에 따른 Am(OH)3(s) 콜로이드입자가 형성되며, 506-507 nm 파장에서 콜로이드 입자의 흡수봉우리가 관측되었다.
수용액의 pH 변화에 따른 Am(Ⅲ) 가수분해화합물과 콜로이드 입자의 흡수 및 발광 특성을 구별하였다. 흡수 및 발광 특성 변화로부터 Am(Ⅲ)-옥살레이트 착물의 구조를 제시하였다.
대상 데이터
Am(Ⅲ) 가수분해화합물 측정을 위하여, 6-9 μM 농도의 Am(Ⅲ) (241Am) 시료를 산성조건에서 준비한 후 알칼리성 0.1 M NaClO4 용액(pH 11-12)을 조금씩 넣어주어 pH 1-9 조건의 시료를 준비하였다.
Am(Ⅲ)-옥살레이트 착물반응을 관찰하기 위하여, 8.3 μM 농도의 Am(Ⅲ) (pH 6) 용액 1 mL에 100 mM 옥살레이트 (pH 6) 용액 1 mL을 추가하여 4.2 μM 농도의 Am(Ⅲ), 50 mM oxalate, 0.1 M NaClO4, pH 6 시료를 준비하였다.
TRLFS 장치의 광원으로 광 매개 공진기(Optical parametric oscillator, OPO) 레이저(Vibrant, Opotek) 를 사용하였다. Am3+ 이온의 최대 흡수파장인 503 nm 파장의 OPO 레이저 펄스(펄스 폭 8 ns, 반복률 10 Hz) 를 시료에 입사시켰다. 시료의 농도에 따라 레이저 펄스 에너지를 3.
TRLFS 장치의 구성은 참고문헌에 설명한 것과 유사하다[8, 36]. TRLFS 장치의 광원으로 광 매개 공진기(Optical parametric oscillator, OPO) 레이저(Vibrant, Opotek) 를 사용하였다. Am3+ 이온의 최대 흡수파장인 503 nm 파장의 OPO 레이저 펄스(펄스 폭 8 ns, 반복률 10 Hz) 를 시료에 입사시켰다.
1 M NaClO4 용액(pH 11-12)을 조금씩 넣어주어 pH 1-9 조건의 시료를 준비하였다. 바탕 매질로 0.1 M NaClO4 용액을 사용하였다. 시료가 평형에 도달하도록 2-3일 기다렸다.
불순물을 포함한 침전물 형태로 보관되어 있던 약 4.5 mg (15.4 mCi)의 241Am 시료(Amersham, 1986년 구입)를 정제하기 위하여 고농도 HNO3(7 M) 용액에 시료를 녹였다. 시료가 분홍빛을 띠는 투명한 액체가 될 때까지 흄후드에서 적외선램프를 이용하여 증발-건고 과정을 수회 반복하였다.
시료가 평형에 도달하도록 2-3일 기다렸다. 시료의 pH는 유리 전극(ROSS UltraTM, Orion 8103BNUWP)을 이용하여 측정하였다. 옥살레이트 (Sodium oxalate, puriss, Sigma-aldrich) 100 mM 용액을 바탕 매질 0.
특히 테플론은 알파입자에 약한 재질이므로 장기간 보관 용기로는 적합하지 않다. 아메리슘 시료의 장기 보관은 석영 재질에 하고 PEEK (Polyether ether ketone) 재질의 뚜껑을 사용하였다. 정제한 아메리슘 모용액은 납 차폐 용기에 보관하였다.
정제한 시료를 대상으로 LSC (Tri-Carb 3180TR/SL, PerkinElmer)를 사용하여 241Am의 정량분석을 하였다. LSC 측정을 위하여 희석한 아메리슘 시료 10 μL를 20 mL 용량의 폴리에 틸렌병에 담은 후 LSC 칵테일 (Ultima gold AB, PerkinElmer) 15 mL를 넣고 흔들어 섞어주었다.
중성 이상의 pH 조건에서 생성된 나노미터 크기의 콜로 이드 입자를 걸러내기 위하여 10 kDa 셀룰로스 막(Ultracel YM-10 membrane, Millipore)을 사용하였다. 셀룰로스 막은 증류수 2 mL로 1회 원심분리(35000 rpm, 30-60 분)하여 세척하고, 시료와 비슷하거나 조금 더 높은 pH상태의 바탕매질 용액 (0.
시료가 분홍빛을 띠는 투명한 액체가 될 때까지 흄후드에서 적외선램프를 이용하여 증발-건고 과정을 수회 반복하였다. 증발-건고 용기는 백금 도가니를 사용하였다. 문헌에 기술된 정제 방법에 따라서, 양이온교환수지 (AG 50W×8, Bio-rad, 200-400 mesh, 1.
데이터처리
229 Bq·g-1) 을 스파이크로 첨가해 알파계측 효율과 에너지 값을 보정 하였다[34]. 시료 3개의 측정값에 대한 평균값과 표준편차를 취하였다.
이론/모형
현재까지 Am2(Ox)3(s) 의 용해도는 정확히 보고되어 있지 않으므로 Am(Ⅲ)과 특성이 유사한 Eu(Ⅲ) 착물인 Eu2(Ox)3(s)의 용해도를 이용하였다[42]. SIT (Specific ion interaction theory) 이론을 이용하여 바탕매질 0.1 M NaClO4, 25℃ 조건에서의 열역학 상수 값을 계산하였다[12]. 이 때 계산에 사용한 이온 상호작용 계수(Ion interaction coefficient)와 그로부터 계산한 활성도 계수(Activity coefficient, γ)를 Table 4에 정리하였다.
석영셀(1 cm 광경로 길이)을 이용한 흡수스펙트럼 측정은 분광광도계(Cary5000, Agilent)를 이용하였다. 스펙트럼 밴드 폭은 0.
성능/효과
UV-Vis 흡수스펙트럼을 이용한 (1 cm 광경로 길이) 아메리슘의 검출한계(3σ)는 150 nM로 결정되었다.
감마와 알파스펙트럼 모두 241Am 이외의 방사선은 관측되지 않았으며, 이 결과는 정제한 아메리슘 시료 내에는 241Am 방사선 계측에 영향을 주는 다른 핵종들이 섞여 있지 않다는 것을 의미한다.
발광수명 증가로부터 계산한 결과로 Am(Ox)33- 내부권에 결합하고 있는 물배위수가 Am3+ 이온의 경우와 비교하여 약 여섯 개 감소했다는 것을 알았다.
정제한 241Am의 산성조건에서의 흡수 및 발광스펙트럼을 조사한 결과는 문헌에 보고된 값들과 일치하였다. 산성조건에서 Am3+의 UV-Vis 흡수스펙트럼은 503 nm와 813 nm 파장에서 흡수 봉우리를 보이며, 광경로 길이가 1 cm인 석영셀을 이용할 때 503 nm 파장에서의 Am3+ 이온의 검출한계는 150 nM로 결정되었다. Am3+ 이온의 최대 흡수봉우리인 503 nm 파장에서의 몰흡광계수는 424 ± 8 cm-1·M-1 로 결정되었다.
시료의 pH를 7 이상으로 증가시키면 발광세기가 점차적으로 감소하며, pH 8.6 이상의 조건에서는 측정이 어려울 정도로 발광세기가 감소하지만 발광스펙 트럼의 모양에서는 주목할만한 변화가 관측되지 않았다.
7 범위에서 Am(Ⅲ)의 발광수명도 변화하지 않았다. 이 결과는 가수분 해화합물인 Am(OH)2+ 의 발광 특성이 Am3+ 와 매우 유사하거나 또는 발광 특성을 가지고 있지 않을 가능성도 있다는 것을 의미한다.
7)에서 준비된 시료에서도 같은 결과가 관측 되었다(데이터는 제시하지 않음). 이 결과들로부터 506 nm 봉우리가 Am(OH)3(s) 콜로이드에 의한 흡수봉우리임을 재차 확인할 수 있다.
2(a)에 나타내었다. 정제한 241Am 용액을 희석하여 LSC 측정을 한 결과, 정제한 아메리슘 총량은 4.13 mg으로 정제전 아메리슘의 양(4.49 mg)에 비하여 회수율은 약 92%이다 (Table 2). 정제한 241Am 용액의 감마스펙트럼과 알파스펙트럼을 각각 Fig.
Am 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. 정제한 241Am의 산성조건에서의 흡수 및 발광스펙트럼을 조사한 결과는 문헌에 보고된 값들과 일치하였다.
후속연구
이 결과는 세 개의 옥살레이트가 각각 두 자리 결합을 함으 로써 Am(Ox)33-을 형성하는 것으로 해석할 수 있다. 이 연구의 결과는 Am(Ⅲ)의 분광학적 특성 변화를 이용하여 아메리 슘의 지화학적 반응 연구가 가능하다는 것을 시사한다. 현재 Am2(Ox)3 침전물이 형성되지 않는 낮은 Am(Ⅲ) 농도 조건에서 옥살레이트의 농도에 따른 Am(Ox)n3-2n (n = 1-4) 착물 형성 반응을 분광학적으로 조사하는 실험을 통해 단계별 형성상수 값을 측정하는 연구를 진행하고 있다.
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].
참고문헌 (42)
J.J. Katz, G.T. Seaborg, and L.R. Morss, The chemistry of the actinide elements, 2nd ed., Chapman and Hall Ltd, New York (1986).
W. Runde, Americium and Curium: Radionuclides, John Wiley & Sons, Ltd. (2006).
B. Miller, Safety case for the disposal of spent nuclear fuel at Olkiluoto-features, events and processes 2012, Posiva Oy, POSIVA 2012-07 (2012).
Programme for research, development and demonstration of methods for the management and disposal of nuclear waste, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Co., SKB Technical Report TR-16-15 (2016).
M. Altmaier, X. Gaona, and T. Fanghanel, "Recent Advances in Aqueous Actinide Chemistry and Thermodynamics", Chem. Rev., 113(2), 901-943 (2013).
X. Tan, M. Fang, and X. Wang, "Sorption Speciation of Lanthanides/Actinides on Minerals by TRLFS, EXAFS and DFT Studies: A Review", Molecules, 15(11), 8431- 8468 (2010).
E.C. Jung, H.R. Cho, M.H. Baik, H. Kim, and W. Cha, "Time-resolved laser fluorescence spectroscopy of $UO_2(CO_3)_3^{4-}$ ", Dalton Trans., 44, 18831-18838 (2015).
G. Buckau, J.I. Kim, R. Klenze, D.S. Rhee, and H. Wimmer, "A Comparative Spectroscopic Study of the Fulvate Complexation of Trivalent Transuranium Ions", Radiochim. Acta, 57(2-3), 105-111 (1992).
T. Fanghanel, J.I. Kim, P. Paviet, R. Klenze, and W. Hauser, "Thermodynamics of Radioactive Trace Elements in Concentrated Electrolyte Solutions: Hydrolysis of $Cm^{3+}$ in NaCl-Solutions", Radiochim. Acta, 66-67(s1), 81-87 (1994).
T. Fanghanel, Τ. Weger Η, T. Konnecke, V. Neck, P. Paviet-Hartmann, E. Steinle, and J.I. Kim, "Thermodynamics of Cm(III) in concentrated electrolyte solutions. Carbonate complexation at constant ionic strength (1 M NaCl)", Radiochim. Acta, 82(s1), 47-53 (1998).
R. Guillaumont, T. Fanghanel, V. Neck, J. Fuger, D. Palmer, I. Grenthe, and M. H. Rand, Chemical Thermodynamics Vol. 5: Update on the Chemical Thermodynamics of Uranium, Neptunium, Plutonium, Americium, and Technetium, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands (2003).
H. Geckeis, J. Lutzenkirchen, R. Polly, T. Rabung, and M. Schmidt, "Mineral-Water Interface Reactions of Actinides", Chem. Rev., 113(2), 1016-1062 (2013).
X. Tan, X. Ren, C. Chen, and X. Wang, "Analytical approaches to the speciation of lanthanides at solid-water interfaces", Trends Anal. Chem., 61, 107-132 (2014).
P. Thouvenot, S. Hubert, C. Moulin, P. Decambox, and P. Mauchien, "Americium Trace Determination in Aqueous and Solid Matrices by Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence", Radiochim. Acta, 61(1), 15-21 (1993).
W.T. Carnall, "A systematic analysis of the spectra of trivalent actinide chlorides in $D_{3h}$ site symmetry", J. Chem. Phys., 96(12), 8713-8726 (1992).
A. Barkleit, G. Geipel, M. Acker, S. Taut, and G. Bernhard, "First fluorescence spectroscopic investigation of Am(III) complexation with an organic carboxylic ligand, pyromellitic acid", Spectrochim. Acta Part A: Mol. Biomol. Spec., 78(1), 549-552 (2011).
B. Raditzky, S. Sachs, K. Schmeide, A. Barkleit, G. Geipel, and G. Bernhard, "Spectroscopic study of americium(III) complexes with nitrogen containing organic model ligands", Polyhedron, 65, 244-251 (2013).
A. Barkleit, J. Kretzschmar, S. Tsushima, and M. Acker, "Americium(III) and europium(III) complex formation with lactate at elevated temperatures studied by spectroscopy and quantum chemical calculations", Dalton Trans., 43, 11221-11232 (2014).
R. Klenze, J.I. Kim, and H. Wimmer, "Speciation of aquatic actinide ions by pulsed laser spectroscopy", Radiochim. Acta, 52-53(1), 97-103 (1991).
G. Tian and D.K. Shuh, "A spectrophotometric study of Am(III) complexation with nitrate in aqueous solution at elevated temperatures", Dalton Trans., 43, 14565-14569 (2014).
S. Stadler and J. I. Kim, "Hydrolysis Reactions of Am (III) and Am(V)", Radiochim. Acta, 44-45(1), 39-44 (1988).
J.I. Kim, D.S. Rhee, and G. Buckau, "Complexation of Am(III) with Humic Acids of Different Origin", Radiochim. Acta, 52-53(1), 49-56 (1991).
J.I. Kim, D.S. Rhee, H. Wimmer, G. Buckau, and R. Klenze, "Complexation of Trivalent Actinide Ions ( $Am^{3+}$ , $Cm^{3+}$ ) with Humic Acid: A Comparison of Different Experimental Methods", Radiochim. Acta, 62(1-2), 35-44 (1993).
J.I. Kim, D.S. Rhee, G. Buckau, and A. Morgenstern, "Americium(III)-Humate Interaction in Natural Groundwater: Influence of Purification on Complexation Properties", Radiochim. Acta, 79(3), 173-182 (1997).
M. Morgenstern, R. Klenze, and J.I. Kim, "The formation of mixed-hydroxo complexes of Cm(III) and Am(III) with humic acid in the neutral pH range", Radiochim. Acta, 88(1), 7-17 (2000).
M. Muller, M. Acker, S. Taut, and G. Bernhard, "Complex formation of trivalent americium with salicylic acid at very low concentrations", J. Radioanal. Nucl. Chem., 286(1), 175-180 (2010).
M.A. Brown, A.J. Kropf, A. Paulenova, and A.V. Gelis, "Aqueous complexation of citrate with neodymium(III) and americium(III): a study by potentiometry, absorption spectrophotometry, microcalorimetry, and XAFS", Dalton Trans., 43, 6446-6454 (2014).
G. Meinrath and J.I. Kim, "The Carbonate Complexation of the Am(III) Ion", Radiochim. Acta, 52-53(1), 29-34 (1991).
H.-R. Cho, E.C. Jung, K.K. Park, K. Song, and J.-I. Yun, "Effect of reduction on the stability of Pu(VI) hydrolysis species", Radiochim. Acta, 98(9-11), 555-561 (2010).
H.-R. Cho, E.C. Jung, W. Cha, K. Song, and K.K. Park, Purification of Americium Reagent, Korea Atomic Energy Research Institute, KAERI/TR-4800/2012 (2012).
T.-H. Park, E.-H. Jeon, Y.S. Choi, J.-H. Park, H.J. Ahn, and Y.J. Park, "Rapid quantification of alpha emitters in low- and intermediate-level dry radioactive waste", J. Radioanal. Nucl. Chem., 307(1), 645-651 (2016).
H.-R. Cho, K.K. Park, E.C. Jung, K. Song, "A Sensitive Detection of Actinides Species in Solutions using a Capillary Cell", J. Nucl. Fuel Cycle Waste Technol., 7(2), 109-114 (2009).
E.C. Jung, M.H. Baik, H.-R. Cho, H.-K. Kim, and W. Cha, "Study on the Interaction of U(VI) Species with Natural Organic Matters in KURT Groundwater", J. Nucl. Fuel Cycle Waste Technol., 15(2), 101-116 (2017).
W.D. Horrocks and D.R. Sudnick, "Lanthanide ion probes of structure in biology. Laser-induced luminescence decay constants provide a direct measure of the number of metal-coordinated water molecules", J. Am. Chem. Soc., 101, 334-340 (1979).
T. Kimura and Y. Kato, "Luminescence study on determination of the inner-sphere hydration number of Am(III) and Nd(III)", J. Alloy. Comp., 271-273, 867-871 (1998).
W. Hummel, G. Anderegg, L. Rao, I. Puigdomenech, and O. Tochiyama, Chemical thermodynamics Vol. 9: Chemical thermodynamics of compounds and complexes of U, Np, Pu, Am, Tc, Se, Ni and Zr with selected organic ligands, Elsevier Amsterdam, The Netherlands (2005).
I. Grenthe, G. Gardhammar, and E. Rundcrantz, "Thermodynamic properties of rare earth complexes", Acta Chemica Scandinavica, 23, 93-108 (1969).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.