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논문 상세정보

원자력 시설 인근 수계에서 방사성 세슘 제거를 위한 일라이트 개질 연구

Study on the Illite Modification for Removal of Radioactive Cesium in Water Environment near Nuclear Facilities

초록

체르노빌과 후쿠시마와 같은 원자력 사고를 통해 환경으로 방출되는 방사성 세슘($^{137}Cs$)은 화학적 독성과 ${\gamma}$ 선 방출, 그리고 긴 반감기($t_{1/2}=30.2$ 년) 때문에 주된 감시대상 방사성 핵종 가운데 하나이다. 1족 알칼리 금속인 세슘은 점토광물에 잘 흡착되며, 특히 운모류 광물인 일라이트와 특이적 흡착을 하는 것으로 알려져 있다. 이는 일라이트의 frayed edge sites 에 세슘이 선택적 흡착을 일으키기 때문이며, 이러한 흡착 지점은 일라이트의 풍화 정도 및 결정도에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 연구는 인공 풍화 실험(pH=2.0 at $50^{\circ}C$)을 통해 일라이트 표면을 개질함으로써 세슘의 흡착 성능을 증가시키기 위해 수행되었다. 일라이트의 층간 양이온들(K, Ca)은 반응 1일 이내에 다량 용출되는 반면, 결정 구조를 구성하는 Si와 Al은 점진적으로 용출되었다. 또한 일라이트 시료의 결정도가 감소하여 인위적인 화학적 풍화가 발생하였음을 지시하였다. 저농도의 세슘과 흡착 실험을 진행한 결과, 흡착분배계수가 기존에 비해 약 2배 증가하였다. 이러한 결과는 비교적 저온에서 손쉽게 일라이트의 흡착 성능을 개선할 수 있음을 암시한다.

Abstract

Radioactive cesium($^{137}Cs$) can be released into the environment through severe nuclear accidents such as the Chernobyl and Fukushima, The $^{137}Cs$ is one of major monitoring radionuclides due to its chemical toxicity, ${\gamma}$ radiation and long half-life($t_{1/2}=30.2yrs$). It has been known well that illite adsorb selectively and strongly the cesium due to frayed edge sites. The quantity of the FES in the illite could be controlled by weathering processes. Therefore, this study was modified illite samples through artificial weathering in the laboratory to increase sorption efficiency for cesium. Abundant interlayer cations(i.e., K, Ca) were eluted within 1 day, while Si and Al were gradually released from the crystal structure. In addition, broad peaks of XRD indicated the occurrence of chemical weathering. The cesium sorption distribution coefficients increased up to approximately 2 times after the weathering. These results suggested that sorption capacity of illite could be enhanced for cesium through artificial weathering under low temperature.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
방사성 세슘
방사성 세슘이란 무엇인가?
원자력 중대사고 시에 발생하는 주된 오염 물질로서, 우라늄과 플루토늄의 핵분열 과정에서 생성된다

방사성 세슘(137Cs)은 원자력 중대사고 시에 발생하는 주된 오염 물질로서, 우라늄과 플루토늄의 핵분열 과정에서 생성된다(Fuller et al., 2015).

137Cs
137Cs의 특징은 무엇인가?
휘발성이 높기 때문에 중대사고 초기에 대기로 기화되어 이동하며, 방사성 낙진 혹은 강우를 통하여 지표 환경에 유입된다

, 2015). 이러한 137Cs 은 휘발성이 높기 때문에 중대사고 초기에 대기로 기화되어 이동하며, 방사성 낙진 혹은 강우를 통하여 지표 환경에 유입된다(Fujiwara et al., 2012).

방사성 세슘
방사성 세슘이 인간에게 위험한 이유는?
137Cs의 반감기는 30.2년으로 비교적 길기 때문에 자연환경에서 오랜 시간 잔류하며 피해를 증가시킬 수 있다. 또한 137Cs의 생물학적 성질은 칼륨과 유사하여 체내에서 이온교환반응(cation exchange)을 통해 근육에 농축되어 암 발생 등의 건강 문제를 일으킬 수 있다

, 2012). 137Cs의 반감기는 30.2년으로 비교적 길기 때문에 자연환경에서 오랜 시간 잔류하며 피해를 증가시킬 수 있다. 또한 137Cs의 생물학적 성질은 칼륨과 유사하여 체내에서 이온교환반응(cation exchange)을 통해 근육에 농축되어 암 발생 등의 건강 문제를 일으킬 수 있다(Hinton et al., 2006; Lee et al.

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