PWR 사용후핵연료 중 Sm 동위원소 정량을 위한 분리 및 정제

Separation and Purification for the Determination of Samarium and its Isotopes in PWR Spent Nuclear Fuels

사용후핵연료내 핵분열생성물중 Sm 동위원소 정량을 위한 분리 및 정제에 관한 연구를 수행하였다. 일차적으로 핵분열생성물 대신 여러 비방사성 금속이온(Cs, Ba, Gd, Eu, Sm 및 Nd)들로 구성된 모의용액을 시료로 사용하였다. Sm은 AG $1{\times}8$ 음이온교환수지관에서 1 M $HNO_3$/90% MeOH 용액으로 세척 후 0.5 M $HNO_3$/80% MeOH 용액으로 용리하였다. 용출액에 함유되어 있는 미량의 Ba을 제거하기 위하여 0.2 M alpha-hydroxyisobutyric acid 용액(pH 4.5-4.6)으로 전처리한 AG $50W{\times}8$ 양이온교환수지관에서 정제하였으며, 순수한 Sm을 90% 이상 분리, 회수할 수 있었다. 실제 PWR 사용후핵연료에 함유되어 있는 Sm의 분리 및 정제에 적용하여 용출액을 질량분석한 결과 Gd, Eu, Pm, Nd 및 BaO에 의한 동중원소 영향이 나타나지 않았다. $^{154}Sm$ 스파이크를 이용한 동위원소희석 질량분석법으로 사용후핵연료 중의 Sm 및 각각의 성분 동위원소($^{147}Sm$, $^{148}Sm$, $^{149}Sm$, $^{150}Sm$, $^{151}Sm$, $^{152}Sm$ and $^{154}Sm$)들을 정량하였다.

A method of separation and purification of Sm for quantitation of Sm isotopes from various fission products in PWR spent nuclear fuels has been studied. Simulated solution containing inactive metal ions(Cs, Ba, Gd, Eu, Sm and Nd) in place of radioactive fission products was prepared. Sm was separated with 0.5 M $HNO_3$/80% MeOH after washing with 1 M $HNO_3$/90% MeOH on AG $1{\times}8$, anion exchange resin. Sm was purified on cation exchange resin, AG $50W{\times}8$, pretreated with 0.2 M alpha-hydroxisobutyric acid(pH 4.5-4.6) to remove Ba causing isobaric effect Sm from PWR spent fuel. As a result of mass spectrometric measurement, eluted Sm portion did not include isobars form other elements such as Gd, Eu, Pm, Nd and BaO. The contents of Sm and its isotopes($^{147}Sm$, $^{148}Sm$, $^{149}Sm$, $^{150}Sm$, $^{151}Sm$, $^{152}Sm$ and $^{154}Sm$) in spent fuel were determined by isotope dilution mass spectrometric method spiking $^{154}Sm$.