방사화학

3. 연구 분야

방사화학은 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 주요 연구 대상은 다음과 같다.

• 천연 방사성 핵종의 분포와 변화
• 인공 방사성 핵종 및 화합물 제조
• 방사성 화합물 합성
• 화학 반응을 이용한 방사성 동위 원소 분리 및 정제
• 정제된 방사성 동위 원소를 포함한 화합물의 화학적 성질
• 방사성 붕괴에 따르는 화학적 효과
• 방사성 동위 원소 이용
• 방사능 관련 화학적 문제

3. 1. 방사성 핵종 연구

3. 2. 활성화 분석

3. 3. 생물학적 응용

3. 4. 환경 화학

대기 중에는 ¹⁴C^영어나 ³²P^영어 등이 우주선에 의한 핵 파괴에 의해 항상 생성된다. 또한 지각 중의 ²²⁶Ra^영어 붕괴에 의한 ²²²Rn^영어은 암반을 투과하여 대기 중에 확산되며, 물에 녹기 때문에 음료수에도 혼입된다.^{[25][26][27][28]}

인간에 의한 방사성 동위원소 방출은 핵실험이나 원자력 사고^[29]뿐만 아니라, 광공업을 비롯한 많은 산업에서 발생하고 있다.

환경 중의 방사성 동위원소는 다양한 요인으로 체류, 이동한다. 예를 들어, 산불이나 초원 화재는 방사성 동위원소를 다시 이동 가능하게 만들 수 있다.^[5] 체르노빌 주변의 출입 금지 구역에서 화재를 일으켜 바람 아래쪽 대기의 방사능을 측정하는 실험을 통해 이러한 현상을 검증하기도 했다.^[30]

일반적으로 중금속은 여러 산화수를 가지는데, 악티늄족 원소인 우라늄은 +3에서 +6, 플루토늄은 +3에서 +7까지의 산화수를 가질 수 있다. 이 때문에 하나의 용액 속에서 같은 원소가 다양한 산화 상태의 화합물을 만들어 동시에 공존하는 불균등화 반응이 일어날 수 있으며,^[31] 이는 환경에서 동위원소를 화합물로 연구하는 것을 어렵게 만든다.

다양한 조건에서 악티늄족이 어떠한 산화수와 배위수를 가지는지에 대한 연구가 진행되고 있으며, 비교적 단순한 착화합물의 용액이나 콜로이드에 대한 연구가 이루어지고 있다.^[33][34][35] 토양, 암석, 콘크리트는 악티늄족 분석에서 중요하게 고려되는 대상이며, 이들에 포함되어 있을 때의 화학적 특성이 EXAFS나 XANES와 같은 방법으로 연구되었다.^[36][37][38]

가벼운 원소는 수용성이 높지만, 토양 입자에 흡착되면 토양 내 이동 속도가 크게 감소한다. 그러나 토양 입자가 콜로이드인 경우에는 이동성이 유지된다. ¹³⁴Cs^영어로 표지된 콜로이드 입자가 토양 내에서 이동하는 것이 확인되었다.^[39]

일부 박테리아는 악티니드를 포함한 중금속을 대사에 이용한다. 예를 들어, 써모아나에로박터속 미생물은 우라늄을 포함한 여러 중금속 이온(크롬(Cr^4+영어), 철(Fe^3+영어), 코발트(Co^3+영어), 망간(Mn^4+영어), 우라늄(U^6+영어))을 전자 수용체로, 아세트산, 글루코스, 수소, 젖산, 피루브산, 호박산, 자일로스를 전자 공여체로 사용하여 대사할 수 있다. 이 과정에서 중금속 이온이 환원되어 자철광(Fe₃O₄^영어), 능철광(FeCO₃^영어), 능망간광(MnCO₃^영어), 섬우라늄광(UO₂^영어) 등의 광물이 침전된다.^[40]

맨체스터 대학교의 프랜시스 R. 리벤스 등은 ''Geobacter sulfurreducens''가 우라닐 이온(UO₂^2+영어)을 이산화 우라늄으로 환원하는 기작에 대해, 박테리아가 우라닐 이온을 1전자 환원하여 UO₂^+영어로 만들고, 그 후 불균등화 반응을 통해 우라닐 이온과 이산화 우라늄이 생성된다는 가설을 제시했다. 이는 박테리아가 넵투닐 이온 (NpO₂^2+영어)으로부터 산화 넵투늄을 생성하지 않는다는 관찰 결과에 근거한다.^[41][42][43]

4. 교육

핵의학 사용 증가, 원자력 발전소의 잠재적 확장, 핵 위협으로부터의 방어 및 과거 수십 년 동안 생성된 핵 폐기물 관리에 대한 우려에도 불구하고, 핵 및 방사화학을 전공하려는 학생 수는 지난 수십 년 동안 현저하게 감소했다. 현재 이 분야의 많은 전문가들이 은퇴 연령에 접어들면서, 이러한 중요한 분야에서 인력 격차를 피하기 위한 조치가 필요하다. 예를 들어, 이러한 직업에 대한 학생들의 관심을 높이고, 대학의 교육 역량을 확대하며, 보다 구체적인 현장 교육을 제공하는 것이다.^[20]

핵 및 방사화학(NRC)은 주로 대학 수준, 일반적으로 석사 및 박사 학위 과정에서 가르쳐지고 있다. 유럽에서는 산업 및 사회의 미래 요구에 맞춰 NRC 교육을 조화시키고 준비하기 위한 상당한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 노력은 유럽 원자력 공동체의 7차 프레임워크 프로그램에서 지원하는 조정된 행동 프로젝트인 CINCH-II 프로젝트(핵화학 교육 및 훈련 협력)를 통해 조정되고 있다.

참조

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_[2] 논문 "Biologically induced Po emission from fresh water"
_[3] 논문 "Formation and emission of volatile polonium compound by microbial activity and polonium methylation with methylcobalamin"
_[4] 서적 Basics of PET Imaging Springer, New York, NY 2010
_[5] 논문 Resuspension and redistribution of radionuclides during grassland and forest fires in the Chernobyl exclusion zone: part I. Fire experiments
_[6] 논문 "Effective doses in schools based on nanosize radon progeny aerosols"
_[7] 논문 "Indoor air pollution caused by geothermal gases"
_[8] 논문 "Human cancer from environmental pollutants: The epidemiological evidence"
_[9] 논문 "The measurement of radioactivity in Italian drinking waters"
_[10] 논문 "Multi-technique characterization of a nuclearbomb particle from the Palomares accident"
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_[13] 논문 "Identification of the Limiting Species in the Plutonium(IV) Carbonate System. Solid State and Solution Molecular Structure of the [Pu(CO₃)₅]⁶⁻ Ion"
_[14] 논문 "XAFS and LIBD Investigation of the Formation and Structure of Colloidal Pu(IV) Hydrolysis Products "
_[15] 논문 "Mineral Associations and Average Oxidation States of Sorbed Pu on Tuff"
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_[23] 간행물 Formation and emission of volatile polonium compound by microbial activity and polonium methylation with methylcobalamin
_[24] 웹사이트 "Generic Procedures for Assessment and Response during a Radiological Emergency" http://www-pub.iaea.[...] International Atomic Energy Agency TECDOC Series number 1162 2000
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_[34] 간행물 Identification of the Limiting Species in the Plutonium(IV) Carbonate System. Solid State and Solution Molecular Structure of the [Pu(CO₃)₅]^6- Ion
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_[38] 웹사이트 Synchrotron Radiation Studies Aid Environmental Cleanup http://www.lanl.gov/[...]
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