방사성폐기물의 처분이나 부피 감용을 위해서는 방사성핵종 분석이 필수로, 여기에는 전처리-분리-계측 과정을 거친다.
이중 분리는 방사성폐기물을 녹인 시료에 특정 핵종과 반응하는 시약을 투입해 각각의 핵종을 분리하는 것으로, 중력으로 분리 용기에 시약을 투입하는 수동방식과 펌프를 활용한 자동방식이 있다.
수동방식은 시약의 속도를 조절할 수 없고, 자동방식은 펌프와 밸브 및 밸브와 연결된 다수의 튜브 등 구성요소가 복잡할 뿐 아니라 이를 미리 정한 시간에 조절해야 하는 등 단점이 있다.
또 자동방식은 시약 투입을 조절하는 밸브와 시약이 이동하는 튜브에 방사성 시료가 남지 않도록 매번 세척이 필요하다.
세계 최초 로봇·센서 활용 방사성핵종 분리장치
한국원자력연구원(이하 원자력연)이 세계 최초 로봇과 센서를 활용한 핵종 분리장치를 개발했다.
이 분리장치는 자동방식이면서 방사성 시료와 접촉하지 않는 액체 취급 로봇으로 시약을 투입하는 것이 특징이다.
때문에 시료가 잔류하거나 막힐 우려가 있는 밸브가 필요 없고, 튜브 사용량도 획기적으로 줄었다.
아울러 방사성 시료와 접촉하는 구성품을 쉽게 교체할 수 있어 시료 잔류로 인한 교차오염 가능성도 원천 차단할 수 있다.
연구팀은 이에 더해 핵종 분리용기에 비접촉 센서를 최초 적용했다.
센서는 시약이 모두 투입된 것을 감지해 분리용기 내부에 핵종이 흡착되거나 분리되는 과정이 끝나는 것을 실시간 알려줘 정확한 시간에 분리할 수 있다.
이를 통해 하나의 시료에서 테크네튬, 스트론튬, 철, 나이오븀, 니켈을 순차적으로 분리하는 공정을 효율적으로 진행할 수 있다.
실제 연구팀이 방사성폐기물화학분석센터와 협력해 실험한 결과 테크네튬, 스트론튬, 나이오븀, 니켈은 기존 방식보다 분리속도가 3배 빠르면서도 회수율은 최고 97%를 기록했다.
또 철은 시약의 양과 속도를 정확히 조절함으로써 33% 더 오래 반응시킬 수 있어 보다 정밀한 결과를 얻었다.
류재수 원자력연 선진핵주기기술개발부장은 “향후 기술 상용화로 원자력시설 운영이나 해체 시 발생하는 방사성폐기물을 더욱 신속하고 효율적으로 분석할 수 있는 기술적 돌파구를 마련될 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)’ 지난달 11일자 온라인판에 게재됐다.
(논문명 : OpenPrep, sensor event-driven open column chromatographic sample preparation system)
