방사화학

Radiochemistry
글로브 박스

방사화학은 방사성 물질의 화학으로, 원소들의 방사성 동위원소가 비방사성 동위원소의 특성과 화학 반응을 연구하는 데 사용된다(방사성 화학 내에서 방사능이 없어 동위원소가 안정적일 때 물질이 비활성 상태인 것으로 설명되는 경우가 많다).방사선 화학의 대부분은 방사능을 사용하여 일반적인 화학 반응을 연구하는 것을 다룬다.이는 방사선 수준이 너무 낮아 화학에 영향을 미치지 못하는 방사선 화학과는 매우 다릅니다.

방사화학에는 자연방사성동위원소와 인공방사성동위원소의 연구가 포함된다.

주요 붕괴 모드

모든 방사성 동위원소는 불안정한 원소 동위원소이다. 즉, 핵붕괴가 진행되며 어떤 형태로든 방사선을 방출한다.방출되는 방사선은 중성미자 및 반입자 방출 붕괴 경로와 함께 알파, 베타, 감마선, 양성자 및 중성자 방출을 포함한 여러 가지 유형이 있을 수 있다.

1. α(알파) 방사선—원자핵에서 알파 입자(2개의 양성자와 2개의 중성자를 포함)의 방출.이 경우 원자의 원자 질량은 4단위 감소하고 원자 번호는 2단위 감소한다.

2. β(원자) 방사선—중성자를 전자와 양성자로 변환.이 일이 일어난 후, 전자는 핵에서 전자 구름으로 방출된다.

3. γ(원자) 방사선—원자핵에서 전자파 에너지(감마선 등)의 방출.이것은 보통 알파 또는 베타 방사성 붕괴 중에 발생합니다.

이 세 가지 유형의 방사선은 투과력의 차이로 구분할 수 있다.

알파는 공기 중 몇 센티미터나 종이 한 장으로 아주 쉽게 멈출 수 있으며 헬륨 핵과 맞먹습니다.베타는 불과 몇 밀리미터 두께의 전자인 알루미늄 시트로 차단할 수 있습니다.감마는 세 가지 중 가장 투과성이 높고 질량이 없는 고에너지 광자이다.감마선의 강도를 낮추려면 상당한 양의 중금속 방사선 차폐(일반적으로 납 또는 바륨 기반)가 필요하다.

활성화 분석

물체의 중성자 조사를 통해 방사능을 유도할 수 있다. 방사성 동위원소를 생성하기 위한 안정 동위원소의 활성화는 중성자 활성화 분석의 기초가 된다.이런 방식으로 연구된 가장 흥미로운 것 중 하나는 나폴레옹의 머리털로, 비소 [1]함량이 조사되었다.

일련의 다른 실험 방법이 존재하며, 이러한 방법은 다양한 매트릭스에서 다양한 요소의 범위를 측정할 수 있도록 설계되었습니다.매트릭스의 영향을 줄이기 위해 방사능 측정 전에 매트릭스 원소의 화학적 추출을 사용하거나 매트릭스 원소로 인한 방사능이 붕괴되도록 하는 것이 일반적이다.붕괴 스펙트럼을 관찰함으로써 매트릭스 효과를 보정할 수 있기 때문에 일부 샘플의 경우 샘플 준비가 거의 또는 전혀 필요하지 않으므로 중성자 활성화 분석이 오염에 덜 취약하다.

나트륨, 우라늄 및 코발트를 100:10:1 비율로 포함하는 가상 샘플에 매우 짧은 열 중성자 펄스를 가하면 일련의 다른 냉각 시간의 영향을 볼 수 있다.초기 방사능은 Na 활성(반감기 15시간)에 의해 지배되지만, 시간이 길어지면 Np (반감기 24분으로 부모 U에서 형성된 후 반감기 2.4 d)와 Co 활성(5.3 yr)이 우세해진다.

생물학 응용 프로그램

생물학적 응용 분야 중 하나는 방사성 인-32를 이용한 DNA 연구이다.이러한 실험에서 안정적인 인은 화학적으로 동일한 방사성 P-32로 대체되며, 그 결과 발생하는 방사능은 분자와 그 거동 분석에 사용된다.

또 다른 예는 살아있는 유기체에 의해 황, 셀레늄, 텔루륨, 폴로늄과 같은 원소의 메틸화에 대한 작업이다.박테리아가 이 원소들을 휘발성 [2]화합물로 바꿀 수 있다는 것이 밝혀졌는데, 메틸코발라민(비타민B12)이 이 원소들을 알킬화시켜 디메틸을 만드는 것으로 생각된다.무균수 중 코발록심과 무기 폴로늄의 조합은 휘발성 폴로늄 화합물을 형성하지만 코발트 화합물을 포함하지 않는 대조실험에서는 휘발성 폴로늄 [3]화합물을 형성하지 않는 것으로 나타났다.유황작업에는 동위원소 S를, 폴로늄 Po를 사용하였다.박테리아 배양에 Co를 첨가한 후, 박테리아로부터 코발라민을 분리(및 분리된 코발라민의 방사능 측정)한 일부 관련 연구에서는 박테리아가 사용 가능한 코발트를 메틸코발라민으로 변환하는 것으로 나타났다.

의학에서 PET(Positron Emission Tomography) 스캔은 일반적으로 진단 목적으로 사용됩니다.방사 트레이서를 환자에게 정맥 주입한 후 PET 기계로 가져갑니다.방사성 추적기는 환자로부터 방사선을 외부로 방출하고 기계의 카메라는 추적기에서 나오는 방사선을 해석합니다.PET 스캔 기계는 검출 효율이 높기 때문에 고체 섬광 검출을 사용합니다.NaI(Tl) 결정은 추적기 방사선을 흡수하여 [4]분석용 전기 신호로 변환되는 광자를 생성합니다.

환경의

방사화학에는 환경에서의 방사성 동위원소 거동에 대한 연구도 포함된다. 예를 들어 산림이나 풀의 화재는 방사성 동위원소를 다시 [5]이동시킬 수 있다.이 실험에서는 체르노빌 주변의 제외 구역에서 화재가 발생했으며 바람 아래 공기 중의 방사능이 측정되었다.

그것은 과정에서 수많은 환경으로 예를 들어 우주선의 공기를 조치를 위해 방사성 동위 원소를 형성하는(14C과 인-32와 같은)는 암석을 통과 buildings[6][7][8]에 들어가기 전에 보급시킬 수 있는 가스226Ra 형태 222Rn의 붕괴 책임이 있방사능을 발매할 수 있는다는 점은 중요하다.물에 터뜨리다그리고 식수로[9] 들어간다. 게다가, 폭탄 실험, 사고,[10] 산업으로부터의 정상적인 방출과 같은 인간의 활동은 방사능의 방출을 가져왔다.

액티니드의 화학적 형태

플루토늄과 같은 일부 방사성 원소의 환경 화학은 이 원소의 용액이 불균형을[11] 겪을 수 있고 그 결과 여러 가지 산화 상태가 동시에 공존할 수 있다는 사실 때문에 복잡하다.다른 조건에서 플루토늄 및 기타 악티니드의 산화 상태 및 배위 수 확인 작업이 수행되었습니다.[2] 이것은 비교적[12][13] 단순한 복합체의 용액과[14] 콜로이드 두 가지 모두에 대한 연구를 포함한다. 핵심 매트릭스 중 두 가지는 토양/록과 콘크리트이다. 이러한 시스템에서 플루토늄의 화학적 특성은 EXAFS와 [15]XANES와 같은 방법을 사용하여 연구되었다.[3] [4]

콜로이드 이동

금속이 토양 입자 표면에 결합하면 토양층을 통과하는 것을 막을 수 있지만 방사성 금속을 가진 토양 입자는 흙을 통해 콜로이드 입자로 이동할 수 있다.이는 Cs 라벨이 부착된 토양 입자를 사용하여 발생하는 것으로 나타나며,[16] 토양의 균열을 통해 이동할 수 있는 것으로 나타났다.

일반 배경

방사능은 어디에나 존재한다.국제원자력기구(IAEA)에 따르면 토양 1kg에는 일반적으로 다음과 같은 3가지 천연 방사성 동위원소 370Bq K(일반 범위 100~700Bq), 25Bq Ra(일반 범위 10~50Bq), 25Bq U(일반 범위 10~50Bq) 및 25Bq Thq(일반 범위 7~50Bq)가 포함된다.

미생물의 작용

미생물의 작용은 우라늄을 고정시킬 수 있다.Thermanaerobacter는 크롬(VI), 철(II), 코발트(III), 망간을 사용할 수 있다.IV) 및 전자수용체로서의 우라늄(VI)은 아세테이트, 포도당, 수소, 젖산염, 피루브산염, 석신산염 및 자일로스는 박테리아 대사의 전자공여체로 작용할 수 있다.이와 같이 금속을 환원하여 마그네타이트(FeO34), 사이더라이트(FeCO3), 로도크로사이트(MnCO3), 우라니네이트(UO2)[18]를 형성할 수 있습니다.다른 연구자들도 박테리아 [5][6][7], 프랜시스 R.리벤스 외 연구진(맨체스터에서 일하는)은 지오박터 아황레듀센스가 UO 양이온을 이산화 우라늄으로 환원할2+
2 수 있는 이유는 박테리아가 UO로+
2 환원하고 UO와 UO를2 형성하기2+
2 위해 불균형을 겪기 때문이라고 제안했다.이러한 추론은 박테리아에+
2 의해 [19]NpO가 불용성 산화 넵투늄으로 변환되지 않는다는 관찰에 기초했다.

교육

핵의학의 사용의 증가, 원자력 발전소의 잠재적인 확장, 그리고 핵위협에 대한 보호와 지난 수십 년 동안 발생한 핵폐기물 관리에 대한 우려에도 불구하고, 핵과 방사선 화학을 전공하는 학생들의 수는 지난 수십 년 동안 상당히 줄어들었다.현재, 이러한 분야의 많은 전문가들이 정년이 가까워지고 있는 가운데, 이러한 중요한 분야의 노동력 격차를 피하기 위한 조치가 필요하다. 예를 들어, 이러한 직업에 대한 학생들의 관심을 높이고, 대학과 대학의 교육 역량을 확대하며, 보다 구체적인 현장 [20]훈련을 제공하는 것이다.

핵 및 방사선 화학(NRC)은 대부분 대학 수준에서 가르치고 있으며, 대개 석박사 학위 수준에서 첫 번째로 가르친다.유럽에서는 산업과 사회의 미래 요구에 맞게 NRC 교육을 조화시키고 준비하기 위해 상당한 노력을 기울이고 있다.이러한 노력은 유럽원자력공동체의 7번째 프레임워크 프로그램에 의해 지원되는 공동행동(Coordinated Action)의 자금 지원을 받는 프로젝트에서 조정되고 있다.CINCH-II 프로젝트 - 핵화학 교육훈련 협력

레퍼런스

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  3. ^ N. 모모시마, Li-XSong, S. Osaki, Y.마에다, "미생물 활성과 메틸코발라민에 의한 폴로늄 메틸화에 의한 휘발성 폴로늄 화합물의 형성과 방출", 환경과학기술, 2001, 35, 2956–2960
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  20. ^ Assuring a Future U.S.-Based Nuclear and Radiochemistry Expertise. Board on Chemical Sciences and Technology. 2012. ISBN 978-0-309-22534-2.

외부 링크