핵화학 - Nuclear chemistry

핵화학 - Nuclear chemistry

핵화학은 원자핵의 방사능, 핵공정, 변환을 다루는 화학의 하위 분야로 핵전환과 핵특성 등이 있다. 그것은 액티니드, 라듐, 라돈과 같은 방사성 원소의 화학작용과 함께 핵공정을 수행하도록 설계된 장비(원자로 등)와 관련된 화학작용이다. 여기에는 (사고 중 등) 정상 및 비정상 운전 조건에서의 표면 부식 및 거동이 포함된다. 중요한 영역은 핵폐기물 보관소나 처리장에 넣은 후 물체와 물질의 거동이다. 살아있는 동물, 식물 및 기타 물질 내에서 방사선 흡수에 따른 화학적 효과에 대한 연구를 포함한다. 방사선 화학은 방사선이 분자 규모로 생물체에 영향을 미치기 때문에 방사선 생물학의 많은 부분을 통제한다. 방사선이 유기체 내의 생화학물질을 변화시키고, 생물 분자의 변화는 유기체 내에서 일어나는 화학물질을 변화시키며, 화학의 이러한 변화는 다음으로 이어질 수 있다. 생물학적 결과 그 결과 핵화학은 (암 방사선 치료와 같은) 의학 치료에 대한 이해를 크게 돕고 이러한 치료법이 개선될 수 있게 되었다.

여기에는 다양한 공정에 대한 방사성 선원의 생산과 사용에 대한 연구가 포함된다. 여기에는 의료 애플리케이션에서의 방사선 치료가 포함된다. 산업, 과학, 환경 내의 방사성 추적기의 사용과 폴리머와 같은 물질을 수정하기 위한 방사선의 사용. 그것은 또한 인간 활동의 비방사성 영역에서 핵 프로세스의 연구와 사용을 포함한다. 예를 들어, 핵자기공명(NMR) 분광법은 일반적으로 합성 유기 화학 및 물리적 화학, 거시 분자 화학의 구조 해석에 사용된다. 핵 화학은 핵의 연구, 핵에 발생하는 변화, 핵에 존재하는 입자의 특성, 핵으로부터 방사선을 방출하거나 흡수하는 것과 깊은 관련이 있다.

역사

1882년 빌헬름 뢴트겐이 엑스선을 발견한 후, 많은 과학자들은 이온화 방사선을 연구하기 시작했다. 그 중 하나는 인광과 사진판의 검게 그을림 사이의 관계를 조사한 헨리 베크렐이었다. 베크렐(프랑스 근무)이 외부 에너지원이 없는 상태에서 우라늄이 광선을 생성해 사진판을 검게(또는 안개)할 수 있다는 사실을 발견했을 때 방사능이 검출됐다. 마리 퀴리(파리에 근무)와 그녀의 남편 피에르 퀴리는 우라늄 광석에서 두 개의 새로운 방사성 원소를 분리시켰다. 그들은 방사능 측정 방법을 사용하여 각 화학적 분리 후 방사능이 어느 스트림에 있는지 식별했다. 그들은 우라늄 광석을 당시 알려진 각각의 다른 화학 원소로 분리하고, 각 분수의 방사능을 측정했다. 그런 다음 그들은 더 높은 특정 활동(방사능 활동을 질량으로 나눈 것)으로 더 작은 분수를 분리하기 위해 이러한 방사성 분수를 더 분리하려고 시도했다. 이렇게 해서 그들은 폴로늄과 라듐을 분리시켰다. 약 1901년에 많은 양의 방사선이 인간에게 부상을 입힐 수 있다는 것이 알려졌었다. 앙리 베크렐은 라듐 샘플을 주머니에 넣고 다녔고 그 결과 방사선 화상을 입었다. 이 부상은 방사선의 생물학적 성질을 조사하게 되었고, 그 결과 적기에 의학적 치료법이 발달하게 되었다.

캐나다와 영국에서 일하고 있는 어니스트 러더포드는 방사능 붕괴를 단순한 방정식(선형 1도 파생 방정식, 현재 퍼스트 오더 운동학이라고 불리는 선형 1도 파생 방정식)으로 설명할 수 있다는 것을 보여주었는데, 이는 주어진 방사성 물질이 특징적인 "반감기"(원인에 존재하는 방사능의 양이 감소하는 데 걸리는 시간)를 의미했다.절반씩 깎다 그는 또한 알파, 베타, 감마선이라는 용어를 만들어 질소를 산소로 전환시켰고, 가장 중요한 것은 원자의 '플럼 푸딩 모델'이 틀렸다는 것을 보여주는 가이거-마르스덴 실험(금박 실험)을 한 학생들을 감독했다. 1904년 J. J. 톰슨이 제안한 매실 푸딩 모델에서 원자는 전자의 음전하 균형을 맞추기 위해 양전하의 '구름'에 둘러싸인 전자로 구성된다. 러더포드에게, 금박 실험은 양전하가 먼저 러더포드 모델로 이어지는 아주 작은 핵에 국한되었고, 결국 양전자가 음전자에 둘러싸여 있는 원자의 보어 모델에 국한되었다는 것을 암시했다.

1934년 마리 퀴리의 딸(이른 졸리오 퀴리)과 사위(프레데릭 졸리오 퀴리)가 인공방사능을 처음 만들어낸 이들은 붕소에 알파 입자를 퍼부어 중성자가 부족한 동위원소 질소-13을 만들었다. 이 동위원소는 양성자를 방출했다. 또, 새로운 방사성 동위원소를 만들기 위해 중성자로 알루미늄과 마그네슘을 퍼부었다.

주요 영역

방사성화학은 방사성물질의 화학작용으로서 원소의 방사성 동위원소를 사용하여 비방사성 동위원소의 특성 및 화학반응을 연구한다(방사능화학 내에서 방사능의 부재는 동위원소가 안정적이기 때문에 물질이 비활성화된 것으로 기술되는 경우가 많다.

방사선화학

방사선 화학은 방사선이 물질에 미치는 화학적 영향에 대한 연구다. 이것은 방사선에 의해 화학적으로 변화되고 있는 물질에 방사능이 존재할 필요가 없기 때문에 방사화학과는 매우 다르다. 물의 수소 가스 및 과산화수소로의 전환이 그 예다. 방사선 화학 이전에, 일반적으로 순수한 물은 파괴될 수 없다고 믿어졌다. 초기 실험은 방사선이 물질에 미치는 영향을 이해하는 데 초점을 맞췄다. 휴고 프리케는 X선 발생기를 이용해 방사선이 일반적인 치료 옵션과 진단 방법이 되면서 방사선의 생물학적 효과를 연구했다. 프리케는 X선의 에너지가 물을 활성수로 변환시켜 용해된 종과 반응하게 할 수 있다는 것을 제안했고 그 결과 증명했다.

원자력을 위한 화학

방사성화학, 방사선화학 및 핵화학공학은 우라늄과 토륨 연료 전구체 합성에 매우 중요한 역할을 하며, 이러한 원소의 광석에서 출발하여 연료 제조, 냉각제 화학, 연료 재처리, 방사성 폐기물 처리 및 저장, 원자로 운전 중 방사성 원소 방출 모니터링을 한다. 방사성 지질 저장 등

핵반응 연구

핵분열과 핵융합 같은 핵반응을 연구하기 위해 방사화학학과 방사선 화학의 조합이 사용된다. 핵분열 초기 증거는 중성자 조사 우라늄에서 격리된 바륨의 단명 방사성 동위원소 형성이었다. 당시에는 라듐의 분리를 돕기 위해 황산바륨 캐리어 침전물을 사용하는 것이 당시 표준 방사화학 관행이었기 때문에 이것이 새로운 라듐 동위원소라고 생각되었다. 보다 최근에는 새로운 '초 헤비' 원소를 만들기 위해 방사화학 방법과 핵물리학의 조합이 이용되고 있다. 핵종이 반 년의 시간을 갖는 상대적 안정성의 섬들이 존재하기 때문에 새로운 원소들의 무게 있는 양을 고립시킬 수 있다고 생각된다. 핵분열 원발 발견에 대한 자세한 내용은 오토 한의 작업을 참조하십시오.

핵연료 사이클

이것은 핵 재처리를 포함한 핵연료 사이클의 어떤 부분과 관련된 화학이다. 연료 주기는 채광, 광석 처리 및 농축에서 연료 생산에 이르는 연료 생산에 관련된 모든 작업을 포함한다(주기의 앞쪽 끝). 또한 주기의 백엔드 이전의 '내부 연료 사용(in-pile)' 동작도 포함한다. 백엔드는 사용후 핵연료를 지하 폐기물 저장소에 폐기하거나 재처리하기 전에 사용후 핵연료 저장조 또는 건조 저장소에서 관리하는 것을 포함한다.

정상상태 및 이상상태

핵연료 주기와 관련된 핵화학은 두 가지 주요 영역으로 나눌 수 있다. 한 영역은 의도된 조건 하에서 운용을 고려하는 영역이고 다른 영역은 정상적인 작동조건에서 일부 변경이 발생하거나 (더 드물게) 사고가 발생하는 오작동 조건을 고려한다. 이런 과정이 없다면 이 중 어느 것도 사실이 아닐 것이다.

핵 폐기물 처리

미국에서는 연료를 폐기물 저장소에 넣기 전에 원자로에서 한 번 연료를 사용하는 것이 정상이다. 장기 계획은 현재 사용된 민간 원자로 연료를 깊은 저장소에 보관하는 것이다. 이 비재처리 정책은 핵무기 확산에 대한 우려 때문에 1977년 3월에 시작되었다. 지미 카터 대통령은 미국에서 플루토늄의 상업적 재처리 및 재활용을 무기한 중단하는 대통령 지시를 내렸다. 이 지시는 미국이 예를 들어 다른 나라를 이끌려는 시도였을 가능성이 높지만, 다른 많은 나라들은 사용후 핵연료를 계속 재처리하고 있다. 블라디미르 푸틴 대통령 시절 러시아 정부는 중고 핵연료의 수입을 금지했던 법을 폐지해 러시아인이 러시아 외 지역(BNFL이 제공하는 것과 유사) 고객에게 재처리 서비스를 제공할 수 있도록 했다.