방사분석과 분광학을 이용한 Am(Ⅲ) 가수분해와 옥살레이트 착물 화학종 연구

• 영문명: Radioanalytical and Spectroscopic Characterizations of Hydroxo- and Oxalato-Am(Ⅲ) Complexes
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 김희경 조혜륜 정의창 차완식
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.16 No.4 , 397~410쪽, 전체 14쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2018.12.31

국문 초록

아메리슘(Am)은 사용후핵연료의 장기 방사성 독성에 크게 영향을 주기 때문에 고준위 방사성 폐기물 처분의 장기 안전성평가에 필수적으로 고려되어야 할 원소이다. 분광학적 방법을 이용한 일부 악티나이드 원소의 화학반응 연구가 활발히 진행되고 있는 반면, 아메리슘에 대한 연구는 아직까지 미비한 상황이다. 이 연구에서는 고순도의 시료를 필요로 하는 화학반응 연구를 위하여 241Am 시료를 정제한 후, 액체섬광계수기와 감마선 및 알파선 스펙트럼을 이용하여 정량과 정성분석을 하였다. 액체 광도파 모세관 셀을 이용한 고감도의 UV-Vis 흡수 분광학과 시간분해 레이저 형광 분광학을 이용하여 Am(Ⅲ) 가수분해물과 옥살레이트(oxalate, Ox) 착물반응을 조사하였다. 산성조건에서 Am3+은 503 nm에서 최대 흡수봉우리를 보이며, 몰흡광계수는 424 ± 8 cm-1·M-1임을 확인하였다. 중성 이상의 pH 조건에서 형성되는 Am(OH)3(s) 콜로이드 입자에서는 506-507 nm 파장에서 최대 흡수봉우리가 관측되었다. Am(Ox)3 3- 착물은 Am3+에 비교하여 흡수 및 발광스펙트럼이 각각 4와 5 nm정도 장파장으로 이동하였고 몰흡광계수와 발광세기도 크게 증가하였다. Am(Ox)3 3-의 발광수명은 23에서 56 ns으로 증가하였고 이는 Am(Ⅲ)의 내부권에 결합하고 있던 약 여섯 개의 물분자가 옥살레이트의 카르복실기로 치환되었음을 의미한다. 이 결과로부터 Am(Ox)3 3-은 각 옥살레이트 리간드가 두 자리 결합(bidentate)을 하고 있다는 것을 제안하였다.

영문 초록

When considering the long-term safety assessment of spent-nuclear fuel management, americium is one of the most radio-toxic actinides. Although spectroscopic methods are widely used for the study of actinide chemistry, application of those methods to americium chemistry has been limited. Herein, we purified 241Am to obtain a highly pure stock solution required for spectroscopic studies. Quantitative and qualitative analyses of purified 241Am were carried out using liquid scintillation counting, and gamma and alpha radiation spectrometry. Highly sensitive absorption spectrometry coupled with a liquid waveguide capillary cell and time-resolved laser fluorescence spectroscopy were employed for the study of Am(Ⅲ) hydrolysis and oxalate (Ox) complexation. Am3+ ions under acidic conditions exhibit maximum absorbance at 503 nm, with a molar absorption coefficient of 424 ± 8 cm-1·M-1. Am(OH)3(s) colloidal particles formed under near neutral pH conditions were identified by monitoring the absorbance at around 506-507 nm. The formation of Am(Ox)3 3- was detected by red-shifts of the absorption and luminescence spectra of 4 and 5 nm, respectively. In addition, considerable enhancements of the luminescence intensities were observed. The luminescence lifetime of Am(Ox)3 3- increased from 23 to 56 ns, which indicates that approximately six water molecules are replaced by carboxylate ligands in the inner-sphere of the Am(Ⅲ). These results suggest that Am(Ox)3 3- is formed through the bidentate coordination of the oxalate ligands.

키워드

아메리슘 방사분석 UV-Vis 흡수 분광학 시간분해 레이저 형광 분광학 화학종 규명 Americium Radio-analysis UV-Vis spectroscopy TRLFS Chemical speciation