핵화학

Nuclear chemistry
알파 붕괴는 원자핵이 알파 입자를 방출하여 질량수가 4 감소하고 원자수가 2 감소하는 원자로 변하는 방사성 붕괴의 한 종류이다.

핵화학은 방사능, 핵과정, 그리고 핵변환과 핵특성과 같은 원자핵의 변화를 다루는 화학의 하위 분야이다.

악티니드, 라듐, 라돈과 같은 방사성 원소의 화학과 핵 과정을 수행하도록 설계된 장비(원자로 등)와 관련된 화학이다.여기에는 표면의 부식 및 정상 및 비정상 작동 조건(사고 발생 시 등)에서의 거동이 포함됩니다.중요한 영역은 핵폐기물 보관소나 처리장소에 투입된 후의 물체나 물질의 거동이다.

살아있는 동물, 식물 및 기타 물질 내의 방사선 흡수로 인한 화학적 영향에 대한 연구가 포함된다.방사선이 분자 규모의 생물에 영향을 미치기 때문에 방사선 화학은 방사선 생물학의 많은 부분을 통제한다.다른 방법으로 설명하자면, 방사선은 유기체 내의 생화학물질을 변화시키고, 생물 분자의 변화는 유기체 내에서 일어나는 화학작용을 변화시킨다; 이 화학의 변화는 생물학적인 결과로 이어질 수 있다.그 결과, 핵화학은 (암 방사선 치료와 같은) 의학적 치료의 이해를 크게 돕고 이러한 치료법을 개선할 수 있었다.

여기에는 다양한 프로세스를 위한 방사능 선원의 생산 및 사용에 대한 연구가 포함된다.여기에는 의료 애플리케이션에서의 방사선 치료, 산업, 과학 및 환경에서의 방사능 추적기 사용, 폴리머와 [1]같은 물질을 수정하기 위한 방사선 사용이 포함된다.

또한 인간 활동의 비방사능 영역에서의 핵 프로세스의 연구와 사용을 포함한다.예를 들어 핵자기공명(NMR) 분광법은 합성유기화학 및 물리화학 및 거시분자화학 구조분석에 일반적으로 사용된다.

역사

1882년 빌헬름 뢴트겐이 X선을 발견한 후, 많은 과학자들은 이온화 방사선에 대해 연구하기 시작했다.이들 중 한 명은 헨리 베크렐로 인광과 사진 판의 흑색 사이의 관계를 조사했다.베크렐(프랑스 근무)이 외부 에너지원이 없는 상태에서 우라늄이 광선을 발생시켜 사진판을 검게 할 수 있다는 것을 발견했을 때 방사능이 발견되었다.마리 퀴리와 그녀의 남편 피에르 퀴리는 우라늄 광석에서 두 개의 새로운 방사성 원소를 분리했다.그들은 방사성 측정 방법을 사용하여 각 화학 분리 후 방사능이 어느 스트림에 있는지 식별했다. 그들은 우라늄 광석을 그 당시 알려진 각각의 다른 화학 원소로 분리하여 각 부분의 방사능을 측정했다.그런 다음 이러한 방사성 분율을 더욱 분리하여 보다 높은 비방사능(방사능을 질량으로 나눈 값)을 가진 작은 분율을 분리하려고 시도했다.이런 방법으로, 그들은 폴로늄과 라듐을 분리했다.1901년 경에 다량의 방사선이 사람에게 부상을 입힐 수 있다는 것이 발견되었다.앙리 베크렐은 라듐 샘플을 주머니에 넣고 다녔고 그 결과 방사선 [2]화상을 입은 매우 국소적인 용량에 시달렸다.이 부상은 방사선의 생물학적 특성을 조사하는 결과를 낳았고, 이는 곧 치료법의 발전으로 이어졌다.

캐나다와 영국에서 일하는 어니스트 러더포드는 방사능 붕괴가 단순한 방정식(현재 1차 유도 방정식, 1차 동력학이라고 함)으로 설명될 수 있음을 보여주며, 이는 특정 방사성 물질이 특징적인 "반감기"(선원에서 감소원까지 존재하는 방사능 양에 걸리는 시간)를 가지고 있음을 암시한다.절반으로 줄이다).그는 또한 알파, 베타, 감마선이라는 용어를 만들었고, 질소를 산소로 전환시켰고, 가장 중요한 것은 원자의 '플럼 푸딩 모델'이 틀렸다는 것을 보여준 가이거-마르스덴 실험(금박 실험)을 수행한 학생들을 감독했다.1904년 J. J. Thomson에 의해 제안된 플럼 푸딩 모델에서, 원자는 전자의 음전하를 균형을 맞추기 위해 양전하의 구름으로 둘러싸인 전자들로 구성되어 있다.Rutherford에게 금박 실험은 양전하가 처음에는 Rutherford 모델로 이어지는 매우 작은 핵으로 제한되고, 결국에는 양전자가 음전자로 둘러싸인 원자의 Bohr 모델로 제한된다는 것을 암시했다.

1934년 마리 퀴리의 딸(이렌 졸리오 퀴리)과 사위(프레데릭 졸리오 퀴리)가 인공 방사능을 최초로 만들었다.그들은 붕소에 알파 입자를 퍼부어 중성자 부족 동위원소 질소-13을 만들었다.이 동위원소는 양전자를 [3]방출했다.게다가, 그들은 새로운 방사성 동위원소를 만들기 위해 알루미늄과 마그네슘에 중성자를 퍼부었다.

1920년대 초에 오토 한은 새로운 연구 라인을 만들었다.그는 최근 개발한 '에메네이션 방법'과 '에메네이션 능력'을 이용해 일반 화학 및 물리 화학 질문에 대한 연구를 위해 '응용 방사 화학'으로 알려진 것을 창시했다.1936년 코넬 대학 출판부는 응용 방사화학이라는 제목의 영어로 된 책을 출판했는데, 이 책에는 1933년 뉴욕 이타카에 있는 코넬 대학의 객원 교수였을 때 한이 한 강의가 포함되어 있었다.이 중요한 출판물은 1930년대와 1940년대 동안 미국, 영국, 프랑스, 소련의 거의 모든 핵 화학자와 물리학자들에게 큰 영향을 미쳤고, 현대 [4]핵 화학의 토대를 마련했다.한과 리제 마이트너는 라듐, 토륨, 프로텍티늄, 우라늄의 방사성 동위원소를 발견했다.그는 또한 방사성 반동과 핵 이성질체의 현상을 발견했고 루비듐-스트론튬 연대 측정법을 개척했다.1938년, 한, 리제 마이트너, 프리츠 스트라스만은 핵분열을 발견했고, 한은 이 공로로 1944년 노벨 화학상을 받았다.핵분열은 원자로와 핵무기의 기초였다.한 교수는 핵 화학의[5][6][7] 아버지이자 [8]핵분열의 대부라고 불린다.

주요 영역

방사화학은 방사성 물질의 화학으로, 원소들의 방사성 동위원소가 비방사성 동위원소의 특성과 화학 반응을 연구하기 위해 사용된다(방사성 화학 내에서 방사능의 부재는 종종 동위원소가 안정적이기 때문에 물질이 비활성 상태인 것으로 설명된다).

상세한 것에 대하여는, 방사화학 페이지를 참조해 주세요.

방사선 화학

방사선 화학은 물질에 대한 방사선의 화학적 영향을 연구하는 학문이다. 이는 방사선에 의해 화학적으로 변화하는 물질에 방사능이 존재할 필요가 없기 때문에 방사선 화학과는 매우 다르다.예를 들어 물을 수소 가스와 과산화수소로 바꾸는 것이다.방사선 화학 이전에는 순수한 물은 [9]파괴될 수 없다고 믿었습니다.

초기 실험은 물질에 대한 방사선의 영향을 이해하는 데 초점을 맞췄다.X선 발생기를 사용하여, Hugo Fricke는 방사선이 일반적인 치료 옵션과 진단 [9]방법이 되었기 때문에 방사선의 생물학적 영향을 연구했다.프리케는 X선의 에너지가 물을 활성수로 전환시켜 용해된 [10]종과 반응할 수 있음을 제안하고 이후 입증했다.

원자력에 대한 화학

방사화학, 방사선화학 및 핵화학공학은 우라늄과 토륨 연료 전구체의 합성에 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 원소의 광석, 연료 제조, 냉각수 화학, 연료 재처리, 방사성 폐기물 처리 및 저장, 원자로 운전 중 방출되는 방사성 원소의 모니터링 등이 그것이다.방사성 지질저장고 [11]등

핵반응 연구

참고 항목: 핵물리학과 핵반응

방사성 화학과 방사선 화학의 조합은 핵분열과 핵융합과 같은 핵반응을 연구하는데 사용된다.핵분열의 초기 증거는 중성자 조사 139우라늄에서 분리된 단수명 바륨의 방사성 동위원소 형성이었다(Ba는 반감기가 83분, Ba는 반감기가 12.8일인 우라늄의 주요 핵분열 산물이다).당시에는 라듐의 [12]분리를 돕기 위해 황산바륨 운반체 침전물을 사용하는 것이 표준 방사화학적 관례였기 때문에 새로운 라듐 동위원소라고 생각되었다.최근에는 방사성 화학 방법과 핵물리학의 조합이 새로운 '초중량' 원소를 만들기 위해 사용되었습니다. 핵종이 반감기를 갖는 곳에 상대적인 안정성의 섬이 존재한다고 생각되어 새로운 원소의 무게를 측정할 수 있는 양이 분리될 수 있습니다.핵분열의 최초 발견에 대한 자세한 내용은 오토 [13]한의 연구를 참조한다.

핵연료 주기

이는 핵 재처리를 포함한 핵연료 사이클의 모든 부분과 관련된 화학작용이다.연료 주기에는 채굴, 광석 처리 및 농축에서 연료 생산에 이르기까지 연료 생산과 관련된 모든 작업이 포함됩니다(주기의 프론트 엔드).또한 사이클 백엔드 이전의 '파일 내' 행동(원자로 내 연료 사용)도 포함된다.백엔드에는 사용후 핵연료가 지하폐기물 저장소로 폐기되거나 재처리되기 전에 사용후 핵연료를 사용후 핵연료 저장조 또는 건조저장소에서 관리하는 작업이 포함된다.

정상 및 이상 상태

핵연료 주기와 관련된 핵화학은 두 개의 주요 영역으로 나눌 수 있다. 한 영역은 의도된 조건에서의 운전과 관련된 반면, 다른 영역은 정상 운전 조건의 일부 변경이 발생했거나 (더 드물게) 사고가 발생하는 운전 불능 상태에 관련된 것이다.이 과정이 없다면, 이 중 어느 것도 사실이 아닐 것입니다.

재처리

법

미국에서는 연료를 쓰레기장에 넣기 전에 원자로에서 한 번 사용하는 것이 일반적이다.장기 계획은 현재 사용이 끝난 민간용 원자로 연료를 깊은 곳에 보관하는 것이다.이 비재처리 정책은 핵무기 확산에 대한 우려 때문에 1977년 3월에 시작되었다.지미 카터 대통령은 미국의 상업적인 플루토늄 재처리 및 재활용을 무기한 중단하라는 대통령 지시를 내렸다.이 지시는 미국이 모범적으로 다른 나라들을 이끌기 위한 시도였을 가능성이 높지만, 다른 많은 국가들은 사용후 핵연료를 계속 재처리하고 있다.블라디미르 푸틴 러시아 정부는 사용후 핵연료 수입을 금지했던 법을 폐지했다.이 법으로 인해 러시아는 러시아 이외의 고객에게 재처리 서비스를 제공할 수 있게 됐다(BNFL과 유사).

PUREX 화학

현재 선택되는 방법은 인산 트리부틸/탄화수소 혼합물을 사용하여 질산에서 우라늄과 플루토늄을 모두 추출하는 PUREX 액체 추출 과정을 사용하는 것입니다.이 추출은 질산염이며 용해 메커니즘으로 분류됩니다.예를 들어 질산염 매질 중 추출제(S)에 의한 플루토늄 추출은 다음과 같은 반응에 의해 이루어진다.

Pu4+aq + 4NO3−aq + 2Sorganic → [Pu(NO3)4S2]organic

금속 양이온, 질산염 및 인산트리부틸 사이에 착체 결합을 형성하고, 2개의 질산 음이온과 2개의 트리에틸 배위자를 가진 다이옥소라늄(VI) 착체의 모델 화합물을 X선 결정법으로 [14]특징짓는다.

질산 농도가 높을 때는 유기상 추출이 바람직하고, 질산 농도가 낮을 때는 역추출(유기상 금속 제거)이 바람직하다.사용이 끝난 연료를 질산에 녹이는 것이 일반적이며, 불용성 물질을 제거한 후 우라늄과 플루토늄을 고활성액에서 추출한다.그런 다음 적재된 유기상을 역추출하여 우라늄과 플루토늄이 대부분이며 핵분열 생성물의 흔적만 있는 중간 활성 액체를 만드는 것이 정상이다.이 중간 활성 수성 혼합물은 인산트리부틸/탄화수소에 의해 다시 추출되어 새로운 유기상을 형성하고, 유기상을 가진 금속은 금속에서 제거되어 우라늄과 플루토늄만의 수성 혼합물을 형성한다.추출의 두 단계는 액티니드 제품의 순도를 향상시키기 위해 사용되며, 첫 번째 추출에 사용된 유기 단계는 훨씬 더 많은 양의 방사선을 받게 됩니다.방사선은 인산트리부틸을 인산디부틸수소로 분해할 수 있다.인산디부틸수소는 악티니드와 루테늄과 같은 다른 금속의 추출제로 작용할 수 있다.인산디부틸수소염은 이온 교환 메커니즘(낮은 산 농도에 의해 선호되는 추출)에 의해 금속을 추출하는 경향이 있기 때문에 시스템을 보다 복잡한 방식으로 동작시킬 수 있으며 인산디부틸수소염의 효과를 줄이기 위해 사용되는 유기상은 일반적으로 탄산나트륨 용액으로 씻겨져 산을 제거할 수 있습니다.인산 트리부틸의 c 분해 생성물.

향후 사용을 위해 검토 중인 새로운 방법

PUREX 공정은 UREX(Uranium Extraction) 공정을 수정해 사용후 핵연료의 질량과 부피의 대부분을 차지하는 우라늄을 제거해 재처리 우라늄으로 재활용함으로써 유카산 핵폐기물 저장고 등 고준위 핵폐기물 처리장 내 공간을 절약할 수 있다.

UREX 공정은 플루토늄 추출을 막기 위해 수정된 PUREX 공정이다.이것은 첫 번째 금속 추출 단계 전에 플루토늄 환원제를 첨가함으로써 이루어질 수 있다.UREX 공정에서는 우라늄의 99.9%, 테크네튬의 95% 이상이 분리되며, 다른 핵분열 생성물 및 악티니드는 분리된다.핵심은 아세토히드록삼산(AHA)을 추출 및 스크럽 부분에 첨가하는 것입니다.AHA의 첨가는 플루토늄과 넵투늄의 추출성을 크게 감소시켜 PUREX 공정의 플루토늄 추출 단계보다 더 큰 확산 저항을 제공한다.

두 번째 추출제인 옥틸(페닐)-N, N-디부틸카르바모일메틸포스핀옥사이드(CMPO)를 트리부틸인산(TBP)과 조합하여 첨가함으로써 PUREX 공정은 미국 아르곤에 의해 발명된 TRUEX(TRANSuranic EXTractraction) 공정으로 바뀔 수 있다.ls(Am/Cm)는 폐기물로 인해 발생합니다.폐기물의 알파 활성을 낮추면 대부분의 폐기물을 더 쉽게 처리할 수 있다는 것입니다.PUREX와 마찬가지로 이 프로세스는 용매화 메커니즘에 의해 동작합니다.

TRUEX의 대안으로 말론디아미드를 이용한 추출 공정을 고안했다.디아멕스(DIAMideEXtraction) 공정은 탄소, 수소, 질소, 산소 이외의 원소를 포함하는 유기성 폐기물의 형성을 피할 수 있는 장점이 있습니다.이러한 유기 폐기물은 산성비의 원인이 될 수 있는 산성 가스가 생성되지 않고 연소될 수 있습니다.DIAMEX 프로세스는 프랑스 CEA에 의해 유럽에서 진행 중입니다.이 과정은 프로세스에 대한 기존 지식으로 산업 공장을 건설할 수 있을 정도로 충분히 성숙하다.PUREX와 마찬가지로 이 프로세스는 용매화 [15][16]메커니즘에 의해 동작합니다.

선택적 액티니드 추출(SANEX)소악티니드 관리의 일환으로 DIAMEX 또는 TRUEX 등의 프로세스에 의해 랜타니드 및 3가의 소악티니드를 PUREX 래피레이트로부터 제거해야 한다고 제안되어 왔다.아메리슘과 같은 악티니드가 산업용 소스에서 재사용되거나 연료로 사용될 수 있도록 랜타니드를 제거해야 합니다.란타니드는 중성자 단면이 크기 때문에 중성자 주도의 핵반응에 독이 된다.지금까지 SANEX 프로세스의 추출 시스템은 정의되어 있지 않습니다만, 현재, 몇개의 다른 연구 그룹이 프로세스를 향해서 작업하고 있습니다.예를 들어, 프랑스 CEA는 비스-트리아지닐피리딘(BTP) 기반 공정을 연구하고 있습니다.

디티오포스핀산과 같은 다른 시스템들은 몇몇 다른 근로자들에 의해 연구되고 있다.

이는 러시아와 체코에서 개발된 UNIversal EXtraction 공정으로, 사용이 끝난 [17][18]핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 추출한 후 남은 추첨물에서 가장 문제가 많은 방사성 동위원소(Sr, Cs 및 마이너 액티니드)를 모두 제거하는 공정이다.이 화학은 세슘과 스트론튬이 폴리 에틸렌 산화물(폴리 에틸렌 글리콜)과 코발트 카르보란 음이온(염화 코발트 디카르볼라이드)[19]과 상호작용하는 것을 기반으로 합니다.악티니드는 CMPO에 의해 추출되며 희석액은 니트로벤젠과 같은 극성 방향족이다.메타니트로벤조트리플루오르화물 및 페닐트리플루오로메틸술폰과 같은 다른 희석제도 [20]제안되었다.

핵분열 생성물의 표면 흡수

핵화학에서 또 다른 중요한 영역은 핵분열 생성물이 표면과 어떻게 상호작용하는지에 대한 연구이다. 이것은 정상적인 조건의 폐기물 용기와 사고 조건의 발전소 원자로 모두에서 핵분열 생성물의 방출과 이동 속도를 제어하는 것으로 생각된다.크롬산염 및 몰리브덴테이트와 마찬가지로 TcO4 음이온은 강철 표면과 반응하여 내식성 층을 형성할 수 있습니다.이와 같이 이들 메탈옥소 음이온은 양극 부식 억제제로 작용한다.강철 표면에서2 TcO의 형성은 제염 전에 손실된 핵폐기물 드럼과 핵장비(예를 들어 바다에서 손실된 해저 원자로)로부터의 Tc 방출을 지연시키는 한 가지 효과이다.이2 TcO 층은 강철 표면을 수동적으로 만들어 양극 부식 반응을 억제합니다.테크네튬의 방사성 특성으로 인해 이러한 부식 방지는 거의 모든 상황에서 실용적이지 않습니다.또한4 TcO 음이온이 반응하여 활성탄(탄) 또는 알루미늄 [21][22]표면에 층을 형성하는 것으로 나타났습니다.일련의 핵심 장수명 방사성 동위원소의 생화학적 특성에 대한 짧은 리뷰는 [23]온라인에서 읽을 수 있다.

99핵폐기물의 Tc는 TcO4 음이온 이외의 화학적 형태로 존재할 수 있으며, 이러한 다른 형태는 서로 다른 화학적 특성을 [24]갖는다.마찬가지로 심각한 동력원자로 사고에서 요오드-131의 방출은 원전 [25][26][27][28][29]내 금속 표면의 흡수에 의해 지연될 수 있다.

교육

핵의학의 사용의 증가, 원자력 발전소의 잠재적인 확장, 그리고 핵위협에 대한 보호와 지난 수십 년 동안 발생한 핵폐기물 관리에 대한 우려에도 불구하고, 핵과 방사선 화학을 전공하는 학생들의 수는 지난 수십 년 동안 상당히 줄어들었다.현재, 이러한 분야의 많은 전문가들이 정년이 가까워지고 있는 가운데, 이러한 중요한 분야의 노동력 격차를 피하기 위한 조치가 필요하다. 예를 들어, 이러한 직업에 대한 학생들의 관심을 높이고, 대학과 대학의 교육 역량을 확대하며, 보다 구체적인 현장 [30]훈련을 제공하는 것이다.

핵 및 방사선 화학(NRC)은 대부분 대학 수준에서 가르치고 있으며, 대개 석박사 학위 수준에서 첫 번째로 가르친다.유럽에서는 산업과 사회의 미래 요구에 맞게 NRC 교육을 조화시키고 준비하기 위해 상당한 노력을 기울이고 있다.이러한 노력은 유럽원자력공동체의 7번째 프레임워크 프로그램에 [31][32]의해 지원된 공동행동에 의해 자금을 지원된 프로젝트에서 조정되고 있다.NucWik은 주로 교사를 대상으로 하지만 핵과 방사선 화학에 관심이 있는 사람은 누구나 환영하며 NRC와 관련된 주제를 설명하는 많은 정보와 자료를 찾을 수 있다.

스핀아웃 영역

핵화학 및 물리학에서 처음 개발된 몇몇 방법들은 화학 및 다른 물리과학에서 매우 널리 사용되고 있어, 그것들은 일반적인 핵화학과는 별개로 생각될 수 있다.예를 들어, 동위원소 효과는 화학 메커니즘과 지질학에서의 우주 생성 동위원소 및 장기 수명의 불안정한 동위원소의 사용을 조사하기 위해 매우 광범위하게 사용된다. 따라서 동위원소 화학의 많은 부분을 핵화학과는 별개로 고려하는 것이 최선이다.

동력학(기계화학에서 사용)

화학 반응의 메커니즘은 운동 동위원소 효과로 알려진 기질의 동위원소 수정을 함으로써 반응의 동역학적 변화가 어떻게 일어나는지 관찰함으로써 조사할 수 있다.이것은 현재 유기화학에서 표준적인 방법이다.간단히 말해, 분자 내에서 정상 수소(프로톤)를 중수소로 대체하면 X-H 결합(예를 들어 C-H, N-H, O-H)의 분자 진동 주파수가 감소하여 진동 영점 에너지의 감소로 이어진다.속도 결정 단계가 수소와 다른 [33]원자 사이의 결합을 끊는 것을 포함할 경우 반응 속도가 감소할 수 있습니다.따라서 양성자가 중수소로 대체될 때 반응속도가 변화한다면 수소와의 결합이 끊어지는 것은 속도를 결정하는 단계의 일부라고 보는 것이 타당하다.

지질학, 생물학 및 법의학 분야에서 사용

우주 생성 동위원소는 우주선과 원자의 핵의 상호작용에 의해 형성된다.이것들은 데이트나 천연 트레이서로 사용할 수 있습니다.또한 안정적인 동위원소 비율을 신중하게 측정함으로써 머리카락이나 다른 조직 샘플에서 총알의 기원, 얼음 샘플의 나이, 암석의 나이, 사람의 식단에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있다.(자세한 내용은 동위원소 지구화학 및 동위원소 시그니처 참조).

생물학

생물 내에서 동위원소 라벨(방사능과 비방사능 모두)은 유기체의 신진대사를 구성하는 복잡한 반응의 거미줄이 어떻게 한 물질을 다른 물질로 변환하는지를 조사하기 위해 사용될 수 있다.예를 들어 녹색 식물은 광합성을 통해 물과 이산화탄소를 포도당으로 바꾸기 위해 빛 에너지를 사용합니다.물 속의 산소에 라벨을 붙이면 식물 세포 내의 엽록체에 형성되는 포도당이 아니라 식물에 의해 형성되는 산소 가스에 라벨이 나타납니다.

생화학 및 생리학적 실험과 의료 방법의 경우, 많은 특정 동위원소가 중요한 응용 분야를 가지고 있다.

  • 안정적인 동위원소는 연구 대상 시스템에 방사선량을 제공하지 않는다는 장점이 있다. 그러나 장기나 유기체에서 방사선량이 상당히 초과되면 여전히 기능을 방해할 수 있으며, 많은 동위원소에 대해 전체 동물 연구를 위한 충분한 양의 가용성은 제한된다.측정도 어렵고, 일반적으로 특정 화합물에 얼마나 많은 동위원소가 존재하는지 결정하기 위해 질량 분석법이 필요하며, 세포 내에서 측정치를 국소화할 수 있는 수단이 없다.
  • 수소의 안정 동위원소인 H(중수소)2는 질량분석 또는 NMR로 측정 가능한 안정 트레이서이며 모든 세포 구조에 포함되어 있다.특정 중수소화합물도 생산될 수 있다.
  • 15질소의 안정 동위원소인 N도 사용되었다.그것은 주로 단백질에 결합된다.
  • 방사성 동위원소는 매우 적은 양으로 검출할 수 있고 섬광 계수 또는 기타 방사선 화학적 방법으로 쉽게 측정할 수 있으며 세포의 특정 영역에 국재화할 수 있고 자동 방사선 촬영으로 정량화할 수 있다는 장점이 있다.방사성 원자가 특정 위치에 있는 많은 화합물을 제조할 수 있으며, 상업적으로 널리 이용 가능하다.다량의 경우 방사선 영향으로부터 작업자를 보호하기 위한 예방 조치가 필요하며, 실험실 유리제품 및 기타 장비를 쉽게 오염시킬 수 있습니다.일부 동위원소의 경우 반감기가 너무 짧아서 준비와 측정이 어렵다.

유기 합성에 의해, 분자의 작은 면적에 한정될 수 있는 방사성 라벨을 가지는 복합 분자를 만들 수 있다.C와 같은 단수명 동위원소의 경우 분자에 방사성 동위원소를 신속하게 추가할 수 있도록 매우 빠른 합성 방법이 개발되었다.예를 들어 마이크로유체 디바이스에서 팔라듐 촉매 카르보닐화 반응이 아미드를 신속하게[34] 형성하기 위해 사용되었으며, 이 방법을 사용하여 PET [35]이미징용 방사성 이미징제를 형성할 수 있을 것이다.

  • 수소의 방사성 동위원소인 H(트리튬)3는 매우 높은 특정 활성에서 이용 가능하며, 특정 위치에 이 동위원소를 가진 화합물은 불포화 전구체의 수소화와 같은 표준 화학 반응에 의해 쉽게 제조된다.동위원소는 매우 부드러운 베타 방사선을 방출하며 섬광 계수로 검출할 수 있다.
  • 11C, carbon-11은 보통 사이클로트론에서 양성자로 충돌하여 생성됩니다.그 결과 핵반응은14N(p,α)11[36]C또한 카본-11은 사이클로트론을 사용하여 만들 수 있으며 붕소산화물 형태의 붕소와 양성자를 (p,n) 반응으로 반응시킨다.또 다른 대체 경로는 B를 듀테론과 반응시키는 것입니다.고속 유기 합성에 의해 사이클로트론 내에 형성된 C화합물이 촬상제로 변환되어 PET에 이용된다.
  • 14C, 카본-14는 위와 같이 만들 수 있으며, 대상물질을 단순 무기화합물 및 유기화합물로 변환할 수 있다.대부분의 유기합성작업에서는 2개의 거의 동일한 크기의 단편으로 생성물을 만들고 수렴경로를 사용하는 것이 일반적이지만, 방사능 라벨이 추가되었을 때 방사능이 분자에 국재화될 수 있도록 하기 위해 합성에서 매우 작은 조각의 형태로 라벨을 늦게 추가하는 것이 일반적이다.단일 그룹라벨이 늦게 추가되면 방사성 물질이 사용되는 합성 단계의 수도 감소한다.
  • 18F, 불소-18은 네온과 중수소의 반응으로 만들어질 수 있으며 Ne는 (d,4 He) 반응으로 반응한다.안정적인 19불소(F)가2 미량 함유된 네온 가스를 사용하는 것이 일반적입니다.F는2 표면 흡수에 의해 손실되는 방사능의 양을 줄임으로써 사이클로트론 목표물의 방사능 수율을 증가시키는 운반체 역할을 한다.그러나 이러한 손실 감소는 최종제품의 특정 활동에 따른 비용이다.

핵분광학

핵분광학은 물질의 국부구조 정보를 얻기 위해 핵을 사용하는 방법이다.중요한 방법은 NMR(아래 참조), 뫼스바우어 분광법 및 섭동 각도 상관법이다.이 방법들은 극세사장과 핵의 스핀의 상호작용을 사용한다.자기장 또는 전기장이 될 수 있으며 원자와 주변 원자의 전자에 의해 생성됩니다.따라서, 이러한 방법들은 물질의 국소 구조, 주로 응축 물질 물리학과 고체 화학의 응축 물질을 조사한다.

핵자기공명(NMR)

NMR 분광법은 분자를 식별하기 위해 에너지 흡수 시 물질 내 핵의 순 스핀을 사용한다.이것은 이제 합성 화학의 표준 분광 도구가 되었다.NMR의 주요 용도 중 하나는 유기 분자 내의 결합 연결성을 결정하는 것이다.

NMR 이미징은 또한 이미징을 위해 핵(일반 양성자)의 순 스핀을 사용한다.이것은 의학에서 진단 목적으로 널리 사용되며 방사선을 가하지 않고 사람의 내부를 세밀하게 촬영할 수 있다.의학적인 환경에서, NMR은 종종 단순히 "자기 공명" 이미징으로 알려져 있는데, 이는 '핵'이라는 단어가 많은 사람들에게 부정적인 의미를 내포하고 있기 때문이다.

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추가 정보

핵화학 핸드북
130명의 국제 전문가에 의한 6권짜리 종합 핸드북.편집 : Attila Vértes, Sanndor Nagy, Zoltan Klencsarr, Rezs g G. Lovas, Frank Rösch.ISBN 978-1-4419-0721-9, Springer, 2011.
방사능 방사성핵종 방사선
매길의 교과서, 갤리.ISBN 3-540-2116-0, Springer, 2005.
방사선화학 및 핵화학, 제3판
Choppin, Liljenzin, Rydberg의 종합 교과서.ISBN 0-7506-7463-6, Butterworth-Heinemann, 2001 [1].
방사화학 및 핵화학, 제4판
초핀, 릴젠진, 리드버그, 에크버그의 종합교과서.ISBN 978-0-12-405897-2, Elsevier Inc, 2013
방사능, 이온화 방사선 및 원자력
지리 할라와 제임스 D 나브라틸의 학부생을 위한 기본 교과서.ISBN 80-7302-053-X, Konvoj, Brno 2003 [2]
방사화학 매뉴얼
오픈 소스 및 밀봉 소스 모두의 생산 및 사용에 대한 개요.BJ Wilson이 편집하고, RJ Bayly, JR Catch, JC Charlton, CC Evans, TT Gorsuch, JC Maynard, LC Myerscough, GR Newberry, H Sheard, CBG Taylor 및 BJ Wilson이 집필했습니다.방사화학센터(Amersham)는 1966년 HMSO를 통해 판매되었다(제2판).