13 차시,
원자력의 이학적 이용
이화학적 이용
가. 방사능 양 측정
- 방사성 시료/비방사성 시료 측정 - 방사분석(radiometric analysis)
- 방사화분석(radioactivation analysis) 나. 방사성 추적자 이용
다. Autoradiography
방사선에 의한 화학작용(방사선화학) 가. 이온화, 들뜸
나. G값, W값
다. 방사선조사(irradiation)
라. 물과 용액의 방사선화학, 직접작용과 간접작용
공업적 이용
가. 방사선의 흡수, 산란 이용 - 두께계
- 준위계(level gauge) - 중성자 수분계
- 밀도계 - 유황계
나. 방사선의 전류나 전하를 이용 - 진공계
- 연기감지기
- 가스크로마토그래피 - 정전제거장치
- 형광 X선 분석
- 라디오그래피(방사선투과 촬영)
다. 방사성추적자
의료적 이용
가. 방사성 의약품
- 방사성의약품의 체내 장기 집적 원리
- 진단용 체내 투여 방사성의약품의 필요조건 나. 방사면역측정(Radioimmunoassay)
다. 신약개발
라. 사이클로트론을 이용한 RI 생산
수산, 농학적 이용 가. 방사선 육종 나. 식품조사
다. 작물보호, 육성법 이용
라. 해충구제
가. 방사능 양 측정
- 방사성 시료/비방사성 시료 측정 - 방사분석(radiometric analysis)
비방사성원소를 정량화하기 위해 방사성원소와 결합 시켜 그 화합물의 방사능을 측정
- 방사화분석(radioactivative analysis)
모핵종 또는 딸핵종의 방사능을 알기 위한 분석
나. 방사성 추적자 이용 다. Autoradiography
이화학적 이용
𝑨 = 𝝀𝑵 = 𝝀 × 𝑾
𝑴 × 𝑵𝑨
가. 방사능 양 측정
1. 방사성 시료 측정
λ : 붕괴상수(원자핵이 단위 시간당 자발적으로 붕괴할 확률) W : 방사성물질의 질량 (g)
M : 원자의 질량수(g)
NA : 아보가드로 수 (6.023×1023 n/mole)
𝒘 = 𝟖. 𝟖𝟓𝟒 × 𝟏𝟎
−𝟐𝟎𝑻 ∙ 𝑴 𝒈 𝒊𝒇, 𝑨 = 𝟏𝝁𝑪𝒊, 시료의 질량?
𝟑. 𝟕 × 𝟏𝟎𝟒 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟑
𝑻 × 𝒘
𝑴 × 𝟔. 𝟎𝟐𝟑 × 𝟏𝟎𝟐𝟑
2. 비방사성 시료의 양 측정
가. 동위원소 희석법
나. 방사분석
가. 동위원소 희석 분석법
혼합물중의 어떤 특정한 성분만을 분리해서 정량화하기 어려울 때 사용하는 방법으로 동위원소로 희석하여 희석전후의 비방사능을 측정
동위원소의 특성
- 화학적으로 쉽게 분리되지 않아 화합물속에서 동위원소의 존재비 불변 따라서 동 특성을 이용하여 동위원소를 어떤 화합물에서 분리하고자 할 때, 화합물에 용액을 넣고 균일하게 섞어준 뒤,
목적하지 않는 원소는 침전시키고,
원하는 목적물만 분리해서 비방사능을 측정하는 방법
방사분석과 반대 개념이라 생각하면 됨.
즉, 이미 알고 있는 방사성물질의 양을 목적원소와 결합시켜 비방사능을 측정 하고, 희석전후의 비방사능을 측정하면 비방사성시료의 양을 알 수 있음.
공식으로 표현하면
𝐚𝑺𝑶 = 𝒂 + 𝒙 𝑺
( a: 이미 알고 있는 방사성동위원소의 양, x: 구하려는 동위원소의 양 S0와 S : 희석전후의 비방사능)
나. 방사분석 (Radiometric Analysis) 목적원소는 방사성이 아니나
방사성원소와 결합시켜 생성하는 목적원소 화합물의 방사능을 측정하여
간접적으로 목적원소(또는 화합물)을 정량화하는 방법
즉, 목적 원소(비방사성시료)와 결합하는 방사성시약을 가해서 방사성시약을 침전시켜,
침전된 방사성시료의 비방사능을 측정하면,
비방사성시료의 양을 구함.
다. 방사화 분석
- 측정하려는 시료에 하전입자, 중성자 등을 조사하여 정성분석하고 방사능의 강도를 측정하여 정량분석 방법
- 시료를 높은 에너지의 입자나 혹은 전자파로 충격하여 생성된 방사성 핵종의 특성을 조사하거나
방사능 세기를 측정함으로써 시료중의 특정원소의 정성, 정량분석하는 방법
- 방사화방법의 가장 일반적인 것은 원자로에서 중성자 조사 (𝑛, 𝛾)에 의한 것.
방사화 분석(放射化 分析)
- 방사화된 시료의 감마선, 베타선 측정
- 장점 : 다른 원소분석법과 비교해 분석감도가 높고, 화학적 분리조작을 하지 않고도 비파괴적으로 다수 원소를 동시 분석 가능, 신속한 분석가능 (HPGe)
- 이용분야: 대기, 하천수, 환경물질중의 미량 금속
원소 분석, 모발중의 수은 분석, 공업재료, 지질학적 시료, 고고학적 시료, 범죄수사 등 광범위함.
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나. 방사성 추적자 이용
Tracer : 물질의 거동 추적, 반응 기전 규명을 위한 비밀봉 RI
RI 트레이서의 기본요건
① 추적자의 화학형태가 일정하고, 동위원소 교환이 없을 것 ② 동위원소 효과(질량차이로 생기는 성질의 차이) 없을 것 ③ 방사선 효과(방사선에 의해 원래 성질의 변화)가 없을 것 ④ 라디오 콜로이드(방사능을 띤 콜로이드)가 생성되지 말 것
Tracer로 방사성물질을 사용하기 어려운 경우, 나중에 중성자나 가 속입자를 쪼여 방사능을 띄게 하여 방사능 측정.
예를 들어)
Eu를 함유한 사료를 먹여 사육한 연어의 북태평양 연안으로 부터의 회귀 규명
액티버블 트레이서 원소 및 화합물의 요건 ① 쉽게 방사화 될 수 있을 것
② 독성이 없을 것 ③ 가격이 쌀 것
④ 반감기가 짧은 감마선 방출 핵종
⑤ 시험하려는 계(system), 자연계에 흔히 존재하지 않을 것 적합한 원소 : 희토류원소(Eu, Dy, Gd, Sm 등),
Activable tracer(後放射化 추적자, 可 放射化 추적자)
다. Autoradiography
사진술을 이용하여 방사성물질의 분포상태를 알아내는 기술
암실에서 방사성물질을 함유한 대상 물질을 사진 필름에 밀착 후 일정시간 경과후 필름을 현상하면,
방사성물질의 분포상태를 나타내는 이미지 생성.
필름과 방사성물질과의 밀착(거리)정도에 따라
선명도 좌우.
가. 이온화, 들뜸 나. G값, W값
다. 방사선조사(irradiation)
라. 물과 용액의 방사선화학, 직접작용과 간접작용
방사선에 의한 화학작용( 방사선화학 )
방사선에 의한 물질의 화학적 변화를 알아보는 학문
Cf. 방사화학 (Radiochemistry) : 방사성 물질을 대상으로 하는 화학
가. 이온화, 들뜸
• 직접 전리 방사선은 원자나 분자를 이온화.
• 간접 전리 방사선은 광자와 물질과의 상호작용의 경우, 컴프턴 전자나 광전자 등 2차 전자가 직접전리방사선과 같은 효과 발생
• 이온화로 생긴 2차 전자가 이온과 재결합하여 라디컬, 들뜬 원자/분자 발생
• 수화전자 발생
• 이들로 인한 화학반응
나. G값, W값
G값 : 방사선에너지 100eV를 흡수했을 때 생기거나 없어지는 분자 수 W값 : 물질 속에서 1개의 이온쌍을 만드는 데 필요한 평균에너지
