RI 생산

10 차시,

RI 생산

RI 생산

• 입자 가속기 이용 :

하전 입자나 중성자를 안정동위원소에 표적

(농축표적)으로 충돌시켜 RI 생성 ☞ 양성자 과다핵종

• 원자로내에서 중성자 반응으로 생성 ☞ 중성자 과핵종

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• ¹³¹𝐼 ∶ ¹³⁰𝑇𝑒 ^{𝑛,𝛾 131}𝑇𝑒 ^{𝛽− 131}𝐼 25𝑚𝑖𝑛

• ^99𝑚𝑇𝑐: 𝑀𝑜^{98 𝑛,𝛾 99}𝑀𝑜 ^{𝛽− 99𝑚}𝑇𝑐 66ℎ𝑟

• ⁶⁰𝐶𝑜 ∶ 𝐶𝑜⁵⁹ 𝑛, 𝛾 ⁶⁰𝐶𝑜

• ³²𝑃 ∶ 𝑆(𝑛, 𝑝) 𝑃^{32 32}

• ³⁵𝑆 ∶ 𝐶𝑙(𝑛, 𝑝) 𝑆^{35 35}

• ¹⁹²𝐼𝑟 ∶ ¹⁹¹𝐼𝑟(𝑛, 𝛾)¹⁹²𝐼𝑟

1. RI 생산과정

• 입자 가속기나 원자로를 이용하여 생산

• 과정 :

표적 제작 → 표적 검사 →가속입자충돌

또는 중성자 조사 핵반응 →조사된 표적의 용해,RI분리/정제 →이용에 적합한 형태로 가공 또는 표지화합물 합성 →순도 검정/

품질관리

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2. 원자핵 반응

• 최초 인공방사성핵종의 핵반응

𝐴𝑙 𝛼, 𝑛

𝑃 ∶ 𝐴𝑙 + 𝐻𝑒 →

𝑃 + 𝑛

• 핵반응에 사용하는 입자

- 𝑛, 𝑝, 𝑑, 𝑡, 𝛼, 𝑁, 𝐶

, 𝑂 등

• 모든 핵반응은 에너지변화 발생

• 핵반응의 Q값 : 에너지 발생량, 흡수량

∆M(amu) = 반응핵들의 전체질량 − 생성핵들의 전체질량 𝑸 = [ 반응핵 전체질량 − 생성핵 전체질량 ] × 𝟗𝟑𝟏. 𝟓𝑴𝒆𝑽/𝒂𝒎𝒖

Q값이 ‘–’ (흡열반응)이면 그 값보다 큰 에너지(문턱에너지)를 외부에서 공급해주어야 함. (Q 값>0 : 발열반응,, 그대로 진행 )

문턱에너지(E_th)와 Q값(에너지 발생량)과의 관계

𝑬_𝒕𝒉 = ^𝒎𝒂_𝒎^+𝒎𝒃

𝒂 × 𝑸 ^{( 𝑚}_𝑎: 반응핵중 표적핵의 질량, 𝑚_𝑏: 반응핵중 입사입자의 질량 )

3. 핵반응에서의 에너지 변화

4. 무담체 분리

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• 무담체: 담체가 포함되어 있지 않는 RI, 즉 비방사능이 최대인 원소

- 담체 : 방사성핵종이 아닌 원소로서, 운반체(carrier)라고 함.

- 무담체는 양이 매우 적으므로 시료에서 무담체 분리를 용이 하기 위해 담체를 혼합함.

0 동위원소 담체 : 표적 RI의 동위원소 담체로 안정동위원소 또는 유사화합물

* 예를 들어, Na화합물중에서 무담체인 ²⁴Na을 분리하기 위해 ²³Na를 가한다면, ²³Na는 ²⁴Na의 동위원소 담체임

0 비동위원소 담체 : 동위원소 담체가 아닌 비슷한 원소

• 침전법

- 목표 핵종에 비동위원소를 적당량 가한 다음, 침전시약을

가하여 침전 시키면, 용액과 분리하여 침전물속의 비동위원소 담체를 분리, 제거하여 순수한 무담체 RI 추출

- 원하는 무담체 방사성핵종을 침전쪽에 모이게 하는 공침법 - 공침제(담체)를 침전쪽에 모이게하여 분리하는 방법(스카벤 저(Scavenger)) 하는 방법 (용액잔류법) 등으로 구분

※ 스케벤저 ( Scavenger )

목표 RI를 용액중에 남기고 목표하지 않는 담체를 침전시켜 제거할 목적으 로 가하는 담체는 청소역할을 한다하여 스카벤저라고 한다.

목표 RI는 남기고 다른 방해원소들을 공침․흡착 등 으로 제거할 목적으로 가하는 담체

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• 용출법

어떤 용액 또는 용매에 대하여 표적물질 또는 모체원소의 염류가 불활성이고, 목적으로 하는 방사성원소가 수용성일 경우,

이 용액 또는 용매에 의하여 목적으 로 하는 방사성원소만 씻겨내리게 하는 방법 (Leaching method)

- 용출법은 조작이 간편하고 소요시간이 짧아, 반감기가 짧은 RI분리에 효과적임.

- ¹⁴⁰𝐵𝑎와 ¹⁴⁰𝐿𝑎혼합액에서

^𝟏𝟒𝟎𝑳𝒂를 추출하고자 한다고 가정하면,

혼합액에 𝐵𝑎²⁺를 담체로 가한 다음, 𝐻₂𝑆𝑂₄를 가하면, 혼합액중 ¹⁴⁰𝐵𝑎는 𝐵𝑎𝑆𝑂₄로 침전되고,

¹⁴⁰𝐿𝑎 용액을 HCl로 혼합액에 넣어 ¹⁴⁰𝐿𝑎를 용해하여 추출

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• 용매추출법(Solvent Extraction Method)

- 많은 종류의 원소가 포함되지 않은 혼합시료에 대해 두 개의 섞이지 않는 액층의 분배계수 차이를 이용하여 용매를 추출․분리하는 방법(목적 RI는 유기용매에 녹고,

담체는 유기용매와 섞이지 않는 것을 이용하여, 쉽게 RI분리) (1) 추출조작 전․후에 용매추출에서는 목표 방사성핵종과

여타 핵종이 용액에 녹아 있다는 점이 용출법과의 차이 ※ 용매추출법에서는 분리가 정량적이 아닌 것이 단점

따라서 포집제를 이용한 공침법 등으로 목적하는 원소나 물질을 대부분의 불순물로부터 분리, 농축하고 그 후에 추출법으로 정제 (2) 조작이 간단하고 단시간 내에 마칠 수 있다.

(3) 미량으로 분리할 수 있다.

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(4) 단수명 방사성핵종의 분리에 많이 이용된다.

(예) 𝑴𝒐

에서

𝑻𝒄 을 추출할 때 유기용매로

메틸에틸케톤을 이용하여 추출

• 이온교환수지법

- 이온교환수지에 의한 원소의 분리․농축하는 방법으로 무담체 RI를 더욱 예민하게 분리할 수 가능하여

가장 자주 이용되는 방법중의 한가지 - 양이온 및 음이온교환수지가 있다.

(1) 장점 : 조작이 단순하다.

(2) 단점 : 시간이 걸리며, 방사선이 강할 경우에는

이온교환수지가 분해된다.

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용어의 정의) 무담체 RI와 비방사능

• 무담체 RI : 비방사능이 최대인 상태

• 무담체 RI는 시간 경과에 따라 비방사능은 변하지 않음.

• 동위원소 담체를 무담체 RI에 조금만 가하더라도 더 이상 무담체 RI가 아님.

동위원소 담체의 양이 커질수록 비방사능은 점점 작아지면, 담체를 분리하기 어려워 짐.

• 비동위원소 담체를 가할 경우, 비방사능은 변하지 않으 며, 첨가한 담체도 분리 용이

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