세계 최초 로봇과 센서로 방사성 핵종을 분리했다

[파이낸셜뉴스] 한국원자력연구원 선진핵주기기술개발부 이종광 박사팀은 세계 최초로 로봇과 센서를 활용한 방사성 핵종 분리 장치를 개발했다고 3일 밝혔다. 이 장치를 사용하면 기존 방식보다 3배 빠르게 분리하고 최대 97%까지 핵종을 회수할 수 있다.

핵종 분리는 방사성 폐기물을 녹인 시료에 특정 핵종과 반응하는 시약을 투입해 각 핵종을 분리하는데, 중력으로 분리 용기에 시약을 투입하는 수동 방식과 펌프를 활용한 자동 방식이 있다.

이 같은 기존 방식은 시약의 속도 조절이 안되고, 장치가 복잡하며, 매번 세척해야 하는 번거러움이 있다.

연구진이 개발한 분리 장치는 자동 방식을 사용하되 방사성 시료와 접촉하지 않는 액체 취급 로봇으로 시약을 투입한다.

시약 반응으로 분리된 시료는 각각 구분되어 다음 계측 과정을 위해 모여진다. 연구진은 "로봇 덕분에 시료가 잔류하거나 막힐 우려가 있는 밸브가 필요 없어졌고, 튜브 사용량도 획기적으로 줄었다"고 설명했다. 이에 방사성 시료와 접촉하는 구성품을 손쉽게 교체할 수 있어 시료 잔류로 인한 교차오염 가능성을 원천 차단할 수 있다.

또한 핵종 분리 용기에 비접촉 센서를 최초로 적용했다. 센서는 시약이 모두 투입된 것을 감지해 분리 용기 내부의 흡착제에 핵종이 흡착되거나 분리되는 과정이 끝나는 것을 실시간으로 알려준다. 기존에 설정한 시간만큼 펌프를 작동하는 방식보다 정확하게 분리할 수 있게 됐다.

특히 하나의 시료에서 테크네튬, 스트론튬, 철, 나이오븀, 니켈을 순차적으로 분리하는 공정을 효율적으로 진행할 수 있다.

방사성 핵종 분리 장치를 사용한 결과 테크네튬, 스트론튬, 나이오븀, 니켈은 기존 방식보다 3배 빠르게 분리하면서도 핵종 회수율이 83~97%에 달했다.

철은 기존 방식과 달리 시약의 양과 속도를 정확히 조절해 약 33% 더 오래 반응시킬 수 있어 보다 우수하고 정밀한 결과를 얻었다.

원자력연구원 류재수 선진핵주기기술개발부장은 "향후 기술 상용화를 통해 원자력 시설의 운영이나 해체 시 발생하는 방사성폐기물을 더욱 신속하고 효율적으로 분석할 수 있는 기술적 돌파구가 마련될 것"이라고 강조했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 방사성 핵종 분리 장치를 분석 화학 분야 저명 학술지 '애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry)'에 발표했으며, 개발 기술 관련 다수의 특허도 등록했다.

[e-mail] 김만기 기자