RI 생산

RI 생산

RI(방사성동위원소)를 만들기 위해 원자로와 입자가속기를 통해 생산하는 과정을 뜻하며, 원자로와입자가속기는 서로 다른 방식을 통해 생산한다. 두 방식 모두 인공적으로 RI를 생산하기 때문에 핵반응을 통한 방사화를 유발하여 생산하는 매커니즘이다. 두 방식은 서로 다른 특성을 지니고 장단점도 명확하게 드러나는 편이다.   

	생산 내용	생산 RI 특징
원자로를 통한 RI 생산	원자로 내 표적을 삽입하여 핵분열 중성자에 의한 핵반응으로 생산	중성자 과다핵종
입자가속기를 통한 RI 생산	고에너지 하전입자 또는 양성자를 안정된 동위원소에 표적(농축)에 조사시켜 생산, 흡열반응 형태이므로 입사입자를 고에너지상태로 가속시켜야 하며 가속된 입자로 인한 열발생으로 표적을 열전도성이 좋은재료로 사용해야하며 지속적으로 냉각시켜줘야 함	양성자 과다핵종

 

 

I. RI 생산과정

위에서 언급한 것처럼 원자로 또는 입자가속기를 통해 생산한다. I부터 순서대로 VI까지 생산과정이 진행된다. 

	원자로 & 입자가속기
I	표적 준비와 제작
II	표적 검사(중성자 조사)
III	가속 입자 또는 중성자 조사에 의한 핵반응
IV	조사 표적의 용해, RI 분리 및 정제
V	이용에 적합한 형태로의 가공 또는 표지화합물 합성
VI	순도검정 / 품질관리

 

 

II. 표적 검사(중성자 조사)

원자로에서 시료에 중성자를 조사하면 원자핵은 방사화되며, 방사성핵종역시 붕괴되며 두 관계를 토대로 한 관계식과 미분방정식을 제시할 수 있다. 

	식 내용
관계식	증가속도 = 생성속도 - 붕괴속도
관계식(미분형태, 편미분형태)

 

위 표 방정식을 중성자 조사(t초)후 생성된 방사성핵종 수(N)을 구하면 아래와 같은 형태의 식이 나오게 된다. 

명칭(영문)	기호	내용
방사능 강도 또는 생성동위원소 수 (Number of Produced isotopes)	A	중성자 조사(t초)시 생성되는 방사능 (단위:dps).
반응단면적 (Nuclear reaction cross section)	σ	RI가 반응하여 다른 동위원소로 변환되는 과정을 나타내는 단면적,    1b = 10^(-24cm^2).
중성자속밀도 (Neutron flux)	φ	중성자가 단위면적, 단위시간당 얼마나 통과하는지를 나타내는 지표 (단위:갯수/cm^2 sec).
표적핵 원자수 (Number of target Atoms)	N	핵반응을 통해 생성되는 RI의 방사능(A)을 계산하는데 사용되는 지표.
생성핵 붕괴상수 (Decay constant of the product isotope)	λ	RI핵종의 붕괴속도를 나타내는 상수 (단위:sec^-1)
포화 계수 (Saturation factor)	S	S = 1-e^(-λt)로 표현되며, 포화계수(S)값이 1이 되면 방사능값 Max.
조사시간 (Activation time)	t	포화계수와 반비례형태로, 조사시간을 길게 할수록 포화계수값이 1에 수렴한다 (단위:sec).

 

II-1. 중성자 조사로 생성된 방사능 종류

	종류	반응	형태
I	I ─ 131	(n, γ) (β^-)
II	Tc ─ 99m	(n, γ) (β^-)
III	Co ─ 60	(n, γ)
IV	P ─ 32	(n, p)
V	S ─ 35	(n, p)
VI	Ir ─ 192	(n, γ)

 

 

III. 조사시간에 따른 포화계수 변화표와 그래프

	I	II	III	IV	V	VI
조사시간 (Activation time)	0	1T	2T	3T	4T	∞
포화계수 (Saturation factor)	λt	1/2 (0.5)	3/4 (0.75)	7/8 (0.875)	15/16 (0.938)	1
포화방사능에 대한 비율(%)	0	50	75	87.5	94	100

생성핵종의 반감기(λt)만큼 표적에 중성자를 조사할 경우 생성되는 방사능은 최대치의 절반(1/2T)이 되고 조사시간이 길어질수록 거의 포화상태에 도달하게 되는 형태가 나타난다. 결론적으로 많은 방사능을 가지도록 생산하려면 포화계수를 1(포화방사능 비율 ~100%)에 상당히 수렴하게끔 하면 된다.