눈에 보이지 않는 작은 로투스 바카라 하나에서 숨겨진 핵 활동 찾기
-IAEA는 극미량의 플루토늄과 우라늄에 대한 동위원소 조성 분석 기술을 희망합니다-

[요약]

바카라 커뮤니티(사장: 고다마 도시오, 이하 "JAEA"), 안전 연구 및 방재 지원부, 안전 연구 센터, 안전 보호 분석 화학 연구 그룹, 미야모토 유타카, 그룹 리더 등마이크로미터 이하의 매우 작은 플루토늄 및 우라늄 로투스 바카라를 검출하고 동위원소 조성을 분석할 수 있는 기술 개발그렇습니다

플루토늄과 우라늄의 동위원소 조성은 동위원소 농축, 원자로 연료로 사용 여부 등 사용 이력에 따라 달라지므로 개별 핵물질 로투스 바카라의 동위원소 조성을 조사하면 신고되지 않은 핵 활동이 있는지 확인할 수 있습니다 IAEA는 이런 점을 활용해 원자력시설 점검 시 핵물질의 일부를 추출해 직접 분석할 뿐만 아니라, 원자력시설 벽과 바닥 등의 먼지와 먼지를 닦아낸 시료(이하 환경시료)를 채취해 그 안에 포함된 미량의 핵물질을 분석하고 있다 IAEA는 일본원자력기구의 기술역량을 인증하였습니다IAEA 네트워크 분석 연구실¹⁾이 기술은 일본이 평화적 목적이 아닌 다른 목적으로 원자력을 사용하고 있다는 의혹이 있는 경우에도 이것이 사실이 아님을 입증하는 데 사용될 수도 있습니다

검사 중에 수집된 환경 샘플에서 우라늄 로투스 바카라는 자연 발생 우라늄과 유사한 동위원소 조성을 가지며 1 마이크로미터보다 크기 때문에 동위원소 조성을 비교적 쉽게 찾고 측정할 수 있습니다 반면, 플루토늄 로투스 바카라는 밀폐된 공간에서 엄격하게 통제되기 때문에 우라늄 로투스 바카라와 같은 큰 로투스 바카라는 시설 내에서 절대 발견되지 않습니다 그러나 플루토늄은 일반적인 자연환경에는 존재하지 않기 때문에 극히 작은 양이라도 그 존재를 감지할 수 있습니다 원전시설 관리로 검출할 수 없는 미세한 플루토늄 로투스 바카라는 검사용 시료에 부착돼 광학현미경으로도 그 모양을 관찰할 수 없을 정도로 크다 따라서 우라늄 로투스 바카라와 동일한 방법을 사용하여 환경 시료에서 표적 로투스 바카라를 수집할 수 없습니다 우라늄과 플루토늄이 하나의 로투스 바카라에 혼합되어 있는 것도 가능합니다 이러한 로투스 바카라에 포함된 우라늄과 플루토늄의 동위원소 조성을 측정할 수 있는 기술 개발의 필요성이 제기되어 왔습니다

이 연구에서는,우리는 로투스 바카라의 모양을 관찰할 수 없을 정도로 작은 플루토늄 로투스 바카라 또는 우라늄과 플루토늄의 혼합물을 포함하는 로투스 바카라에서 두 원소의 존재 여부를 시각적으로 판별할 수 있는 기술과 화학적으로 분리하지 않고 1조분의 1g 무게의 초미량 원소의 동위원소 조성을 정확하게 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다(그림 1)이 분석 기술을 사용하면 각 원소에 특징적으로 반응하는 검출 물질의 조합을 사용하여 로투스 바카라에 어떤 원소가 포함되어 있는지 시각적으로 판단할 수 있습니다 또한, 동위원소 조성 분석 시 로투스 바카라 가열 온도를 변경함으로써 단일 로투스 바카라에서 두 원소를 동시에 분석하는 것이 가능해졌습니다 IAEA로부터 받은 평가시험 시료에 이 기술을 적용해 분석 결과를 IAEA에 보고하자,정확성과 신뢰성을 인정받았으며 IAEA 분석능력 평가시험을 통과하였습니다이것은 또한 우리나라가 핵 에너지를 평화적 목적으로만 사용한다는 것을 스스로 증명할 수 있는 능력이 향상되었음을 의미합니다

IAEA는 극미량의 핵물질에 대한 동위원소 분석 방법을 사용하여 원자력 시설의 활동 상태를 보다 명확하게 추론할 수 있게 되므로 이 분석 기술의 적용에 큰 기대를 걸고 있습니다

[배경 및 역사]

국제원자력기구(IAEA)핵확산금지조약(NPT)²⁾에 따라 사찰관은 핵시설에 들어가 핵물질이 평화적 목적으로만 사용되고 핵무기로 전환되지 않는지 확인하기 위한 활동을 조사합니다 이러한 시설 내부를 현장 조사하는 동안 조사관은 장비, 장비, 방의 벽 및 바닥을 닦고 환경 샘플을 수집합니다

IAEA는 질량 분석기를 사용하여 가져온 샘플에 포함된 극소량의 핵 물질의 동위원소 구성을 분석하고 핵 시설에서 어떤 종류의 핵 활동이 일어나고 있는지 확인하고 있습니다 IAEA가 자체적으로 수행하는 것 외에도 일부 측정은 IAEA 회원국에 위치하고 이러한 활동에 협력하는 IAEA 네트워크 분석 연구소에 의뢰하여 수행됩니다(그림 2)

바카라 커뮤니티은 극미량의 핵물질을 화학적으로 처리하고 분석할 수 있는 Clean Laboratory(첨단 환경 분석 연구 건물: CLEAR)에서 핵물질의 초미량 분석 기술을 개발하고 있습니다 또한, IAEA 네트워크 연구소 소속으로 2004년부터 IAEA가 요청한 환경 시료를 분석해 IAEA 활동에 크게 기여하고 있습니다 IAEA가 실시한 표준시료를 이용한 분석능력 비교시험에서 JAEA의 분석 결과 정확도는 네트워크 연구소 중 꾸준히 높은 평가를 받아 IAEA로부터 큰 신뢰를 받아왔습니다

이것은 우리가 IAEA 회원으로서 IAEA의 사찰 활동에 적극적으로 협력함으로써 국제적인 기여를 할 수 있다는 것을 의미할 뿐만 아니라, IAEA가 인정한 분석 능력을 갖는다는 것은 일본의 핵 활동이 신고되지 않았다는 의혹이 있더라도 JAEA의 앞선 분석 기술을 사용하여 설득력 있는 반증거를 제공할 수 있다는 것을 의미합니다

그림 3에 표시된 것처럼 IAEA 조사관이 수집한 환경 샘플에는 그램의 1/10억에서 1/1000조에 이르는 극소량의 플루토늄과 우라늄을 함유한 로투스 바카라가 포함되어 있습니다 그러나 시료에는 토양 등 다양한 물질에서 유래한 로투스 바카라가 많아 그 구성성분이 미량의 핵물질을 정확하게 분석하는 데 방해가 된다 또한, 다양한 동위원소 조성을 갖는 핵물질 로투스 바카라를 정확하게 분석하기 위해서는 다수의 먼지로투스 바카라로부터 플루토늄과 우라늄 로투스 바카라를 구별하여 개별적으로 분석하는 것이 필요하다 이를 위한 분석방법 중 하나가 '추적법(track method)'이라는 방법이 있는데, 이 방법은 일본원자력기구에서도 사용하고 있다(그림4 오른쪽, 기존방법)

천 환경 시료에 부착된 로투스 바카라를 플라스틱(폴리카보네이트) 필터에 흡입하여 포집한 후, 필터를 유기용매로 용해시켜 포집된 로투스 바카라가 박혀 있는 얇은 막을 만드는 방법입니다 우라늄의 핵분열 반응과 플루토늄의 방사성 붕괴에 의해 방출되는 고속 로투스 바카라에 특징적으로 반응하는 탐지 물질을 사용하여 이러한 핵 물질을 포함하는 로투스 바카라가 어디에 있는지 조사합니다

JAEA는 트랙법을 이용한 우라늄 로투스 바카라의 동위원소 조성 분석 기술을 개발해 왔습니다 환경시료에 존재하는 우라늄 로투스 바카라는 광학현미경으로 관찰할 수 있을 만큼 크기 때문에 시료로 취급하기 쉽고, 기존 분석기술도 비교적 쉽게 적용할 수 있어 분석기술 개발에 있어 우라늄 로투스 바카라에 집중해 왔다 일본원자력기구(JAEA)는 2010년 IAEA의 우라늄 로투스 바카라 동위원소 조성 분석 기술 숙련도 시험에 합격해 환경시료 분석에 착수했으며, 부착 우라늄 로투스 바카라의 동위원소 조성 분석 결과를 IAEA에 보고했다

플루토늄 로투스 바카라의 경우 전체 샘플에서 플루토늄만을 화학적으로 분리하여 동위원소 조성과 플루토늄 총량을 분석했지만 이 측정 방법은 전체 환경 샘플에 대한 평균 정보만 제공합니다 서로 다른 동위원소 조성을 지닌 개별 플루토늄 로투스 바카라를 분석하기 위해서는 환경 시료와 1 마이크로미터 이하의 미세한 플루토늄 로투스 바카라를 구별하고 동위원소 조성을 측정하는 것이 필요합니다

이 문제를 해결하기 위해 검사 샘플용플루토늄, 우라늄을 포함한 핵물질 로투스 바카라를 다른 로투스 바카라와 구별하는 기술식별된 로투스 바카라에 포함플루토늄 및 우라늄의 동위원소 조성을 상세하게 측정할 수 있는 기술 개발가 필요했고 이번에는 도전하기로 결정했습니다

[이 결과]

이 연구에서는 원자력 과학 연구소에 클린룸을 갖춘 첨단 환경 분석 연구 건물(일반적으로 CLEAR로 알려짐)이 IAEA 사찰관이 원자력 시설에서 채취한 환경 샘플에 부착된 핵 물질 로투스 바카라를 검사합니다우리는 단일 서브미크론 로투스 바카라에 포함된 플루토늄과 우라늄의 동위원소 조성을 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다

그림 4는 우리가 개발한 초미량 핵물질 로투스 바카라 분석 기술의 전체 그림을 보여주며 이를 이전 방법과 비교합니다

두 가지 주요 차이점이 있습니다 하나는 환경시료의 어느 부분에 플루토늄 로투스 바카라가 많이 부착되어 있는지에 대한 정보를 얻기 위한 지도를 작성하는 것이고, 다른 하나는 로투스 바카라의 동위원소 조성을 분석할 때 측정시료를 우라늄과 플루토늄으로 분리할 필요 없이 두 원소의 동위원소 조성을 동시에 분석할 수 있다는 점이다 이번에는 저희가 개발한 방법을 단계별로 자세히 설명드리겠습니다

먼저, IAEA 사찰관은 핵 시설에서 채취한 환경 샘플에 부착된 로투스 바카라를 회수해야 합니다 필터가 장착된 흡입장치를 이용하여 환경시료에 부착된 로투스 바카라를 흡입하여 수집하였습니다

미리 수행된 로투스 바카라 회수 테스트에서 우리는 검사 샘플에서 상대적으로 많은 수의 우라늄 로투스 바카라를 회수할 수 있었지만 회수 과정을 주의 깊게 반복했음에도 불구하고 소수의 플루토늄 로투스 바카라만 회수할 수 있었습니다 이는 우리가 검사하는 시설의 핵 활동을 완전히 이해하는 것을 허용하지 않습니다 검사원이 대상 시설의 벽과 바닥을 손으로 닦다 보면 로투스 바카라가 천에 고르지 않게 쌓이게 됩니다

우라늄 로투스 바카라가 많이 부착되어 있기 때문에 환경 샘플의 어느 위치에 수집되는지 걱정할 필요 없이 분석을 위해 충분한 수의 우라늄 로투스 바카라를 수집하는 것이 가능합니다 그러나 플루토늄 로투스 바카라의 경우 우라늄 로투스 바카라에 비해 훨씬 작고 부착된 플루토늄 로투스 바카라의 양도 극히 적으며, 플루토늄 로투스 바카라가 환경시료의 특정 부위에 집중되어 부착되기 때문에 많은 수의 플루토늄 로투스 바카라를 수집하기 위해서는 해당 위치를 노릴 필요가 있는 것으로 나타났다 이를 위해서는 환경 시료를 변형하지 않고 간단한 방법으로 단시간에 플루토늄 로투스 바카라 분포에 대한 정보를 얻을 필요가 있었다

그래서 우리는 플루토늄 로투스 바카라가 모여서 부착된 위치를 시각적으로 볼 수 있는 시스템을 만들었습니다우리는 알파선에 매우 민감한 탐지 물질을 환경 샘플의 전체 표면에 며칠 동안 밀착시켜 놓아 플루토늄 로투스 바카라 지도를 만드는 방법을 고안했습니다플루토늄과 우라늄은 모두 방사성 붕괴를 통해 알파 방사선을 방출합니다 그러나질량수가 -239인 플루토늄에서 가장 풍부한 동위원소(플루토늄-239)는 우라늄 동위원소보다 반감기가 짧기 때문에 동일한 크기의 우라늄 로투스 바카라보다 더 많은 알파선을 방출하므로 플루토늄 로투스 바카라가 더 빨리 어두워집니다 이런 식으로 방사능 강도 지도를 작성함으로써 플루토늄 로투스 바카라가 어디에 집중되어 있는지 알아낼 수 있습니다이 방법의 장점은 조사 장비나 분석 장비가 필요하지 않다는 것입니다 그림 5는 플루토늄 로투스 바카라 지도의 예를 보여줍니다

이 검사 샘플은 많은 플루토늄 로투스 바카라가 매우 제한된 지역에 집중되어 있음을 보여줍니다 이 지도에서 검은색 부분의 로투스 바카라를 집중적으로 흡입함으로써 많은 플루토늄 로투스 바카라를 효율적으로 수집할 수 있었습니다

다음으로, 수집된 필터에 부착된 다양한 로투스 바카라 중에서 플루토늄과 우라늄 로투스 바카라만 식별해야 합니다 그림 6은 원자력 시설에서 수집된 환경 시료에 부착된 핵물질 로투스 바카라 중 플루토늄과 우라늄 로투스 바카라를 식별하는 방법을 개략적으로 설명합니다 우리는 추적 방법이라는 방법을 사용했습니다 이 방법은 플라스틱이나 기타 재료로 만들어진 감지 물질을 사용합니다 핵물질에 포함된 원자핵에서 방출된 고속 로투스 바카라가 핵반응을 일으켜 검출물질과 충돌하면 작은 방사형 스크래치가 생성됩니다 이 방법은 이 스크래치의 중심 위치를 읽어 표적 핵물질 로투스 바카라의 위치를 ​​식별합니다

우라늄 로투스 바카라의 경우 추적 방법 중 하나입니다핵분열 추적 방법³⁾사용 이 방법에서는 검출 물질이 필름에 밀착된 상태에서 원자로에서 중성자를 조사합니다 질량수가 235인 우라늄 동위원소(우라늄-235)는 중성자를 원자핵에 결합시켜 핵분열 반응을 일으켜 원자핵이 두 개로 갈라지는 물질입니다 이러한 전하를 띤 핵분열 생성물 로투스 바카라가 탐지 물질과 고속으로 충돌할 때 우라늄 로투스 바카라 주위에 눈에 보이지 않는 작은 방사형 스크래치가 생성됩니다 필름과 탐지물질이 밀착되어 있기 때문에 탐지물질의 스크래치를 관찰하면 필름 위의 우라늄 로투스 바카라가 어디에 위치하는지 육안으로 확인할 수 있습니다

플루토늄 로투스 바카라의 경우,알파 추적 방법⁴⁾사용 이는 질량수가 239인 플루토늄 동위원소(플루토늄-239)의 방사성 붕괴를 활용합니다 이 플루토늄은 알파 로투스 바카라를 방출하고 다른 원소로 변합니다 알파로투스 바카라에 매우 민감한 탐지물질을 사용할 경우 필름 속 플루토늄 로투스 바카라에서 고속으로 방출되는 알파로투스 바카라가 탐지물질과 충돌하면 우라늄로투스 바카라와 마찬가지로 작은 흠집이 발생한다 이 스크래치를 통해 우리는 플루토늄 로투스 바카라의 위치를 ​​찾을 수 있습니다 기존에는 우라늄 로투스 바카라 분석과 플루토늄 로투스 바카라 분석을 위해 여러 개의 시료 필름을 사용해 별도의 시료를 준비했고, 각 원소에 적합한 검출 물질을 사용해 우라늄 로투스 바카라와 플루토늄 로투스 바카라를 선별해 동위원소 조성을 분석했다 이 방법을 사용하면 단일 샘플 필름에서 우라늄 로투스 바카라 분석과 플루토늄 분석을 위한 탐지 물질만 교체함으로써 우라늄과 플루토늄 로투스 바카라의 위치를 ​​찾는 것이 가능해졌습니다

다음으로, 우리는 발견된 플루토늄이나 우라늄 로투스 바카라가 포함된 영역의 필름을 잘라냅니다 플루토늄과 우라늄에서 고속으로 방출되는 로투스 바카라에 의해 생긴 흠집은 너무 얕아서 원래 상태로는 관찰할 수 없습니다 따라서 검출물질만을 따뜻한 수산화나트륨 용액에 담그면 흠집이 넓어져 관찰하기 쉬워집니다 이때, 탐지물질 전체가 열을 받아 수십 마이크로미터씩 수축하게 되므로, 이렇게 화학적으로 처리된 탐지물질을 다시 필름에 포개더라도 탐지물질의 궤적이 가리키는 위치는 필름 내 핵물질 로투스 바카라의 위치에서 약간 벗어나게 된다 이 상태에서는 측정하려는 로투스 바카라가 포함된 필름을 정확하게 잘라낼 수 없습니다 따라서 열에 의한 검출물질의 수축 정도를 측정하기 위해 레이저를 이용하여 화학적 처리 전 필름과 검출물질에 동일한 위치를 표시하고, 화학적 처리 전과 후의 위치를 ​​읽어 길이 편차를 보정합니다 지금까지 이러한 보정 계산은 수동으로 수행해야 했으며, 자세한 로투스 바카라 위치 정보를 정확하게 판독하려면 시간과 노력이 필요했습니다이번에는 위치 정보를 보다 정확하게 읽을 수 있는 전기 스테이지를 도입하였고, 약품 처리 전, 후의 마크 위치를 모두 읽어 변형 정도를 한번에 계산할 수 있도록 개선하였습니다 이를 통해 측정하려는 핵물질 로투스 바카라의 위치를 ​​3마이크로미터 이내의 오차로 정확하게 판별할 수 있다이러한 개선으로 측정하려는 동위원소 구성의 로투스 바카라가 많더라도이제 짧은 시간에 로투스 바카라가 포함된 필름을 잘라낼 수 있습니다。

플루토늄과 우라늄의 동위원소 조성은 이러한 방식으로 선택된 핵물질을 함유한 로투스 바카라에 대해 표면 이온화 질량 분석기(TIMS:T허멀I온화M엉덩이S광량계) 이때 로투스 바카라에는 플루토늄과 우라늄이 모두 포함될 수 있으므로 각 원소의 동위원소 조성을 측정하는 것이 필요하다 플루토늄과 우라늄의 목표 동위원소는 4개가 있지만 기존 분석기에는 검출기가 1개뿐이어서 플루토늄과 우라늄 분석을 위해 별도의 측정 시료를 준비하고 플루토늄과 우라늄 각각에 대해 여러 동위원소를 순차적으로 측정해야 했다 또한, 이 장치는 진공상태에서 로투스 바카라를 고온으로 가열하여 이온화시키면서 동위원소 조성을 측정하므로 측정이 장시간 지속되면 시료 전체가 이온화되어 사라지게 됩니다 비율이 낮은 동위원소에 대해서는 제한된 측정 시간 내에 충분히 강한 신호를 얻을 수 없었고, 측정값의 불확실성을 줄이는 것(약 10%)도 문제였습니다

그래서 우리는 동위원소 조성을 측정하는 방법을 고안했습니다 그림 7과 같이 지금까지 우리가 개발한 샘플가열 온도를 단계별로 높이면서 동위원소 비율을 측정하는 방법(연속 가열 온도 상승 방법⁵⁾)할 일입니다 이 방법을 사용하면 하나의 샘플에서플루토늄과 우라늄의 동위원소 조성을 측정할 수 있습니다。

게다가,여러 개의 고감도 검출기를 갖춘 다중 수집기 표면 이온화 질량 분석기(MC-TIMS)를 사용하면 여러 동위원소를 고정밀도로 동시에 측정할 수 있습니다(기존 분석 방법보다 2~3배 향상)。

이 측정 기술을 사용하여 환경 샘플을 분석했을 때, 우리는 핵 물질의 단일 로투스 바카라에서 플루토늄과 우라늄의 동위원소 구성을 측정하는 데 성공했습니다 또한, 지금까지는 우라늄에 존재하는 우라늄의 비율이 낮아 측정 불확실성이 컸습니다이제 우라늄 동위원소(U-234 및 U-236)와 1/1000조분의 1그램 무게의 초미량 플루토늄 동위원소를 2~6%의 불확실성으로 정확하게 측정하는 것이 가능합니다

일본원자력기구는 상기 시료 전처리 기술 및 측정방법을 이용하여 IAEA로부터 분석능력 평가시험을 받았습니다 IAEA로부터 받은 3개 시료에 대해 검사 시료 분석에 충분한 정확도(불확도: 1~5%)로 동위원소 조성 분석 결과를 IAEA에 보고했습니다 IAEA는 측정 결과가 정확하다고 판단했고, 일본원자력기구는 2021년 12월 7일 이 테스트를 통과했습니다 이에 대응하여 IAEA의 요청에 따라 이 방법을 이용한 시료분석을 실시할 예정입니다

또한 이번 인증을 통해 일본 원자력 기구는 IAEA에 각국의 분석을 수행하도록 요청했습니다주요 분석 기술⁶⁾에 관한 모든 것을 할 수 있는 능력을 갖춘 몇 안 되는 중요한 분석 실험실 중 하나가 되었습니다일본원자력기구는 IAEA로부터 이 분석법을 포함하여 매우 민감한 분석 능력을 갖춘 높은 개발 능력을 갖춘 연구 기관으로 평가받을 뿐만 아니라, 네트워크 분석 연구실로서 IAEA 활동에 적극적으로 기여하고 있기 때문에 평가받고 있습니다2020년 3월 3일 IAEA로부터 감사장을 받았습니다

[연구의 의의 및 향후 계획]

본 연구에서 개발한 IAEA 검사 시료 분석을 위한 초미세 핵물질 로투스 바카라의 동위원소 조성 분석 기술은 향후 IAEA가 분석용으로 요청한 환경 보호 시료의 동위원소 조성 분석에 적용될 예정입니다 일본원자력기구 연구용 원자로(JRR-3)를 트럭 시료 중성자 조사에 활용하는 것 외에도, 단시간에 정확하고 정확한 동위원소 조성 분석 결과를 얻기 위해 핵물질 로투스 바카라 식별 및 측정 시료 준비 자동화 기술을 개발하고, 이 기술을 IAEA 안전조치 활동에 필요한 극미량 핵물질 분석에 적용할 계획이다 IAEA는 일본원자력기구(JEA)가 분석 역량을 향상시키면서 사찰 역량도 강화해 줄 것이라는 점에서 기대가 크다 동시에, 이는 미신고 핵 활동에 대한 의혹이 발생할 경우 일본이 미신고 핵 활동을 반증하는 능력을 향상시키는 데에도 기여할 것입니다

IAEA 조사관이 수집한 환경 샘플은 그림 2와 3에 나와 있습니다IAEA 이미지뱅크에서 인용됨

[논문 정보]

D 스즈키, F 에사카, Y 미야모토, M 마가라

열이온화질량분석법을 이용한 다양한 U/Pu 비율의 개별 우라늄-플루토늄 혼합 로투스 바카라의 직접 동위원소 비율 분석
응용 방사선 및 동위원소, 96, p52-56(2015)
DOI: 101016/japradiso201411012

F 에사카, D 스즈키, M 마가라

열 이온화 질량 분석법을 사용한 후속 분석을 위한 개별 우라늄 로투스 바카라의 핵분열 추적 식별 및 마이크로 샘플링
분석화학, 87, p3107-3113(2015)
DOI: 101021/acsanalchem5b00236

CG Lee, D Suzuki, F Esaka, M Magara, K Song

화학적 분리가 없는 연속 가열 기술을 사용한 열 이온화 질량 분석법을 사용한 플루토늄의 초미량 분석
탈란타, 141, p92-96
DOI101016/jtalanta201503060

CG Lee, D Suzuki, Y Kokubu, F Esaka, M Magara, T Kimura

열 이온화 질량 분석법을 통한 개별 플루토늄-우라늄 혼합 로투스 바카라의 플루토늄 및 우라늄 동위원소 비율 동시 측정
국제 질량 분석 저널, 314, p57-62(2012)
DOI: 101016/jijms201202006

디 스즈키, Y 코쿠부, CG Lee, F Esaka, M Magara, T Kimura

연속 가열법을 이용한 p열 이온화 질량 분석법을 이용한 개별 플루토늄 및 우라늄-플루토늄 혼합 산화물 로투스 바카라의 동위원소 비율 분석
화학 편지, 41, p90-91, (2012)
DOI: 101246/cl201290

Y 고쿠부, D 스즈키, CG Lee, J Inagawa, M Masaaki, T Kimura

열이온화질량분석법을 이용한 연속가열법을 적용하여 미량의 우라늄-플루토늄 혼합 시료에서 플루토늄과 우라늄의 동위원소 비율을 측정
국제 질량 분석 저널, 310, p52-56, (2012)
DOI: 101016/jijms201111008

[지원 정보]

이 연구에는 원자력 규제 당국의 위탁 프로젝트인 ``경수로 개선 기술 확인 테스트(보호 장치 환경 시료 분석 조사)''의 결과 중 일부가 포함되어 있습니다

[용어 설명]

1) IAEA 네트워크 분석 연구실

사찰 등을 통해 수집된 환경 시료를 분석하기 위해 IAEA가 기술적으로 인증한 실험실입니다 미국, 프랑스, 러시아, 영국, 일본, 한국, 중국, 호주, 브라질 등 9개국의 실험실과 EC, IAEA 두 기관으로 구성되어 있습니다 본 네트워크분석연구소는 (1) IAEA 보호연구소의 분석 처리 역량을 보완 및 확충하고, (2) 여러 연구실의 분석 결과를 비교하여 신뢰성을 확보하며, (3) 분석에 필요한 표준자료를 제공할 수 있는 연구기관을 확보하는 것을 목적으로 설립되었습니다 IAEA 네트워크 연구실은 활동에 참여하기 위해 IAEA로부터 기술 인증을 받아야 할 뿐만 아니라 IAEA가 정기적으로 품질관리 시료를 분석하게 하여 분석 결과의 정확성을 점검하게 한다

핵물질이 평화적 활동에만 사용되며 핵무기 등으로 전환되지 않도록 보장하기 위해 수행되는 검증 활동을 "안전 장치"라고 합니다

2) 핵무기 비확산 조약(핵확산 금지 조약, NPT)

핵 비확산 체제의 기초를 형성하는 조약입니다 이 협약은 1970년 발효되어 1995년 무기한 연장됐다 핵보유국(미국, 러시아, 영국, 프랑스, ​​중국)을 제외한 조약 회원국은 핵무기나 기타 핵폭발 장치의 취득 또는 제조를 금지하고, 핵에너지의 사용을 평화적 목적의 원자력 연구 및 이용으로 제한하고, 담보로 보유한 모든 핵물질에 대해 IAEA의 안전장치를 요구하도록 규정하고 있다

3) 핵분열 추적 방법

우라늄을 함유한 로투스 바카라만 다수의 로투스 바카라와 시각적으로 구별하는 방법입니다 테스트 샘플 로투스 바카라를 얇은 필름에 가둔 후 FissionTrack의 탐지 물질을 로투스 바카라 위에 놓은 다음 연구용 원자로에서 중성자를 조사합니다 로투스 바카라에 포함된 우라늄 동위원소(우라늄-235)는 원자로에서 나온 중성자와 핵반응을 일으켜 고에너지 원자핵이 생성되어 탐지 물질에 방사상 스크래치가 발생합니다 이 결함의 중심을 추적함으로써 우라늄 함유 로투스 바카라의 위치를 ​​정확히 찾아내는 것이 가능합니다

4) 알파 추적 방법

플루토늄을 함유한 로투스 바카라만 다수의 로투스 바카라와 시각적으로 구별하는 방법입니다 테스트 샘플 로투스 바카라를 얇은 필름에 가둔 후 AlphaTrack의 감지 물질은 약 10일 동안 밀착된 상태를 유지합니다 플루토늄 로투스 바카라의 방사성 붕괴로 인해 플루토늄에서 방출된 고에너지 알파 로투스 바카라(헬륨 핵)는 탐지 물질에 방사형 스크래치를 만듭니다 이 결함의 중심을 추적함으로써 플루토늄 함유 로투스 바카라의 위치를 ​​정확히 찾아내는 것이 가능합니다

5) 연속 가열 온도 상승 방법

표면 이온화 질량 분석기(TIMS)를 사용하여 우라늄과 플루토늄을 분리하고 동위원소 비율을 측정하는 분석 방법입니다 일본원자력기구가 개발한 것 우라늄과 플루토늄은 서로 다른 온도에서 이온화한다는 점을 이용하여 가열 온도를 지속적으로 높이면서 시료를 측정함으로써 측정 전 화학적 분리 없이 두 원소의 동위원소 조성을 분석하는 것이 가능합니다

6) IAEA 보호조치 분석의 주요 분석 기법

국제원자력기구(IAEA)가 원자력 시설 현장 조사 중에 수집한 환경 샘플에 부착된 미량의 우라늄 및 플루토늄을 IAEA 네트워크 실험실에서 수량 및 동위원소 조성을 분석합니다 이 목적을 위한 세 가지 주요 분석 기술이 있습니다

① [로투스 바카라 분석(FT-TIMS법)] 시료에 부착된 우라늄 로투스 바카라와 플루토늄 로투스 바카라를 핵분열 트랙법 또는 알파 트랙법을 이용하여 선별하고, 표면이온화질량분석기(TIMS)를 이용하여 동위원소 비율을 측정합니다

② [로투스 바카라분석(LG-SIMS법)] 시료에 부착된 우라늄 로투스 바카라에 산소이온빔을 조사하여 시료로투스 바카라를 이온화시킨 후 질량분석기로 동위원소 비율을 측정합니다

③ [화학분석] 화학적 분리를 통해 극미량의 우라늄과 플루토늄을 분리하고 질량분석기(주로 유도결합플라즈마질량분석기, ICP-MS)를 이용하여 그 양과 동위원소 비율을 측정합니다