절 삼중수소의 이용

삼중수소는 의료, 연구, 일반산업, 원자력 등의 분야에서 다양한 목적을 가지고 이용되고 있다. 표 2-12에 삼중수소의 이용 예시를 나타내었고 삼중 수소의 분야별 이용 목적에 대해 간단히 소개하고자 한다.

분 야 이용 예시

의료 호르몬 분석, 에이즈 진단 시약 제조, 백혈구 검사 연구 의약품 합성 연구, 지하수 연대 측정, 해류 분석,

분석화학 일반산업

(군사용) 삼중수소 발광제품

원자력 핵융합 연료, 핵무기 원료와 재료

표 2-12. 삼중수소의 분야별 이용예시

1. 의료 분야

의료 분야에서 삼중수소는 병을 진단하거나 어떠한 기질을 분석하는데 이 용되고 있다. 이를 위한 목적으로 사용되는 대표적인 예로써 섬광근접측정법 (scintillation proximity assay)등이 있다.

면역측정법의 변형된 형태인 섬광근접측정법을 통해 삼중수소를 이용한 에 이즈진단법이 사용되고도 있다. 에너지를 받으면 빛을 내는 형광체와 짧은 비 거리를 가지는 방사성동위원소를 이용하여 경합적 방법으로 적은 양의 물질 농도를 측정하는 방법이 고안되었다. 비특이적 측정치를 줄이기 위하여 비거 리가 아주 짧게 사용되는 방사성동위원소를 사용해야 하는데 이에 적절한 것 이 삼중수소이다. 섬광근접측정법은 경합적 방사면역측정법의 특수한 형태로 방사선에 조사되면 섬광을 방출하는 형광미세구슬(fluomicrosphere)을 사용한 다. 삼중수소 표지 항원은 형광미세구슬의 항체에 결합하여 비정거리 내 형광 미세구슬의 형광체를 여기 시켜 광자를 방출시키는데, 이 빛을 감지하여 에이 즈를 진단할 수 있다.

2. 연구 분야

연구분야에서 삼중수소는 약물동태시험, 지하수 연대측정, 핵융합 발전 연 구 등 다양한 목적으로 이용되고 있다. 여기서 삼중수소의 이용형태는 주로 방 사성추적자(radioactive tracer)로 사용되는데, 이는 방사성동위원소의 성질을 이용하여 물질의 존재유무 또는 물질의 이동경로 등을 파악하는데 유용하다.

약물동태시험(AMDE)은 시험물질의 제제 및 약물의 특성을 기초로 흡수, 분포, 대사, 배설에 대해 약물학적 동태를 평가하는 시험이다. 약물학적 동태를 평가하기 위해 화합물을 이루고 있는 수소를 삼중수소로 치환한 표지화합물을 이용한다. 삼중수소를 표지한 표지화합물을 체내에 투입한 후 삼중수소가 방 출하는 베타선을 계측함으로써 화학물의 체내 거동을 관측할 수 있다. 이를 통 해 약물에 대한 표적을 규명하고 약물의 동태를 파악할 수 있다.

지하수 연대는 강수나 지표수가 지하로 침투한 이후 경과된 평균 체류시간 을 의미한다. 지하수 연대를 측정하는 것은 지하수의 개발과 관리에 중요하며, 오염된 지하수의 복원과 영향을 평가하는 것에도 중요한 자료로 활용될 수 있 다. 국내에서는 지하수 연대측정을 제주도 지하수에 대해서 삼중수소를 이용 하여 처음 시도하였으며, 최근 들어 다양한 지역의 지하수의 연대측정을 실시 하고 있다. 지하수 연대를 측정하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 하나는 1950 년대부터 계속된 수소폭탄 실험의 영향으로 대기 중 삼중수소의 농도가 1963 년에 가장 높았던 것을 이용하는 것이다. 지하수 내 삼중수소의 최대농도를 알 아냄으로써 지하수의 연대측정이 가능하다. 다른 하나는 삼중수소와 헬륨의 양을 동시에 측정하여 헬륨 보정식을 만들어 지하수의 연대를 측정하는 것이 다. 이 방법의 장점은 강수로부터 지하수에 유입되는 삼중수소의 초기 유입량 에 대한 자료가 없어도 지하수 연대측정이 가능하다.

3. 산업 분야

일반 산업 분야에서 삼중수소가 가장 일반적으로 활용되는 예로는 삼중수 소 발광제품이 있다. 삼중수소 발광제품은 삼중수소의 베타 붕괴 시 발생하는 전자와 형광물질과의 상호작용을 이용하여 별도의 에너지원 교체 없이 십 년 이상 발광한다는 장점을 가지고 있다. 방사성 발광을 이용한 제품 중 삼중수소

의 발광을 이용한 제품은 기체형 삼중수소 발광선원(gaseous tritium light sources; GTLS)과 방사성 발광페인트(radioluminous paint)를 이용하는 것으 로 나눌 수 있다.

기체형 삼중수소 발광선원의 발광원리는 크게 세 가지 과정으로 설명할 수 있다(그림 2-7). 발광선원 내에서 베타붕괴에 의해 전자가 방출된다. 방출된 전 자로부터 붕규산 유리관 내에 코팅된 인광물질이 에너지를 흡수하여 인광물질 에 포함된 활성인자의 중심에서 에너지 준위가 여기 되는 과정이 일어난다. 여 기상태의 활성체가 기저상태로 천이하면서 빛을 방출하게 되는 과정을 거친 다. 이러한 일련의 과정으로 인해 삼중수소 발광선원은 꾸준한 빛을 방출하게 된다. 기체형 발광선원은 긴급표지판, 손전등, 낚시찌 등의 일반 생활제품에 흔하게 사용되며, 무기가늠자, 독도경(랜턴)과 같이 군사용으로도 널리 사용된 다.

그림 2-7. 기체형 삼중수소 발광선원의 발광 원리

방사성 발광페인트는 방사성동위원소를 방사선에 발광하는 물질인 섬광체 와 혼합하여 방사성동위원소에서 방출되는 방사선을 빛으로 바꾸어 사용한다.

방사성동위원소로 삼중수소 외에도 ²²⁶Ra 및 ¹⁴⁷Pm 등이 사용되는 것으로 알려 져 있지만, 경제성과 안전성 측면에서 삼중수소가 장점을 가지고 있기 때문에 대부분 삼중수소로 교체되고 있다. 섬광체로는 주로 황화아연이 사용되고 있 다. 발광페인트 또한 일반용 및 군사용으로 흔하게 사용되고 있으며, 대표적인 제품으로는 시계, 나침반 등이 있다.

그림 2-8. 다양한 종류의 삼중수소 발광제품 예

4. 원자력 분야

그림 2-9. 핵융합반응

그림 2-10. 핵융합로 ITER와 수소폭탄 실험

삼중수소는 지구상에서 흔한 물질이라고 할 수 있지만 아이러니하게도 농 축이 쉽지 않아 가격은 매우 높은 물질이다. 삼중수소의 가격은 2016년 1월 기준 1 g당 US $24,000이다.