원자력硏, 세계 첫 로봇·센서 활용 방사성핵종 분리장치 개발

분리시간, 노동력, 시료 사용량, 핵종 분석물 손실 최소화

폐기물 교차오염 없이 신속·효율적인 분석…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 로봇과 센서가 적용된 새로운 핵종 분리장치의 구성도.(사진=원자력연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국원자력연구원은 선진핵주기기술개발부 이종광 박사팀이 세계 최초로 로봇과 센서를 활용한 핵종 분리장치를 개발했다고 3일 밝혔다.

핵종 분리 때는 방사성폐기물을 녹인 시료에 특정 핵종과 반응하는 시약을 투입하게 되며 시약투입은 분리용기에 직접 투입하는 수동방식과 펌프를 활용한 자동방식이 있다.
 
수동방식은 시약의 속도를 조절할 수 없고 자동방식은 펌프와 밸브, 밸브와 연결된 다수의 튜브 등 구성요소가 복잡하고 사전에 정한 시간에 따라 밸브를 조절해야 하는 단점이 있다.
 
자동방식은 또 시약투입을 조절하는 밸브와 시약이 이동하는 튜브에 방사성 시료가 남아있지 않도록 매번 세척해야 했다.

이번에 연구팀이 개발한 분리장치는 자동방식이지만 방사성 시료와 접촉하지 않는 액체 취급로봇이 시약을 투입한다. 시약반응으로 분리된 시료는 각각 구분돼 다음 계측과정을 위해 모여진다. 로봇 덕분에 시료가 잔류하거나 막힐 우려가 있는 밸브가 필요 없고 튜브 사용량도 획기적으로 줄었다.
 
특히 방사성 시료와 접촉하는 구성품을 손쉽게 교체할 수 있어 시료 잔류로 인한 교차오염 가능성을 원천 차단할 수 있다.

이어 연구팀은 핵종분리 용기에 시약투입을 감지해 분리용기 내부의 흡착제에 핵종이 흡착되거나 분리되는 과정이 끝나는 것을 실시간으로 알려주는 비접촉 센서를 최초로 적용, 기존 방식보다 정확하게 분리할 수 있도록 했다.

이 기술로 하나의 시료에서 테크네튬(99Tc), 스트론튬(90Sr), 철(55Fe), 나이오븀(94Nb), 니켈(59,63Ni)을 순차적으로 분리할 수 있고 유효성 평가에서는 Tc, Sr, Nb, Ni 등이 기존 방식보다 3배 빠르게 분리되면서도 83~97%에 달하는 높은 핵종 회수율을 달성했다.

Fe는 기존 방식과 달리 시약의 양과 속도를 정확히 조절해 약 33% 더 오래 반응시킬 수 있어 우수하고 정밀한 결과를 얻었다.

이번 성과는 분석화학 분야 저명 학술지 '애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)' 온라인판에 지난달 11일 게재됐다.(논문명 OpenPrep: sensor event-driven open column chromatographic sample preparation system)

류재수 선진핵주기기술개발부장은 "방사성핵종 분석은 크게 전처리, 분리, 계측과정으로 나뉘게 되는데 이번에 연구원이 신개념 분리장치를 개발했다"면서 "기술 상용화를 통해 원자력시설의 운영이나 해체 시 발생하는 방사성폐기물을 더욱 신속하고 효율적으로 분석할 수 있는 기술적 돌파구가 마련될 것"이라고 말했다.


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