이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
질라드·챌머법의 원리와 방사성핵종 분리에 이용되는 조건을 설명하라.
2. 모범답안
1. 핵반응 또는 핵변환 과정의 반동 에너지로 생성 원자의 기존 화학결합이 끊어질 수 있다.
2. 생성 방사성핵종이 원래 표적물질과 다른 화학형으로 존재하면 두 화학형의 차이를 이용하여 분리한다.
3. 다량의 표적물질에서 소량의 생성 방사성핵종을 분리하여 비방사능을 높이는 데 이용할 수 있다.
4. 반동 후 화학형 변화와 분리가 가능한 조건이 필요하며, 모든 생성핵의 회수나 완전한 무담체 상태를 보장하는 방법은 아니다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 핵반응이 화학결합에 영향을 준다
원자핵에서 일어난 반응은 원자 전체에 반동 운동을 줄 수 있다. 반동 에너지가 화학결합을 끊는 데 충분하면 생성 원자는 원래 분자의 결합 상태에서 벗어날 수 있다.
핵반응으로 원자가 만들어졌다는 사실과 그 원자가 분리 가능한 화학형이 되었다는 사실은 구분해야 한다. 질라드·챌머법에서는 반동과 그 뒤의 화학적 거동이 함께 중요하다.
3.2. 분리는 화학형의 차이를 이용한다
예를 들어 중성자 포획 뒤 생성된 방사성 원자의 결합이 끊어지고 표적과 다른 화학종이 되면, 그 화학종을 선택적으로 분리하는 방식을 생각할 수 있다. 핵반응으로 원소가 바뀌지 않아도 화학적 상태의 차이를 이용할 수 있다.
따라서 안정동위원소를 질량 차이만으로 가르는 일반적인 동위원소 농축법으로 설명하지 않는다. 핵반응의 반동 효과를 이용해 분리 가능한 화학형을 만든다는 점이 답안의 중심이다.
3.3. 비방사능을 높이는 조건과 한계
생성 방사성핵종을 다량의 비방사성 표적에서 떼어 내면 회수한 분획의 비방사능을 높일 수 있다. 다만 결합이 다시 형성되거나 원래 표적의 화학형으로 남는 생성핵도 있을 수 있다.
실제 분리 수율과 안정동위원소 혼입은 화합물·조사 조건·분리 과정에 따라 달라진다. 반동이 생겼다는 이유만으로 생성핵을 전량 회수하거나 무담체 시료를 얻는다고 단정하지 않는다.
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