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양자화된 표적을 이용한 경제적인 동위원소 생산

전문가 제언: ○ 본 발명은 중성자를 이용한 동위원소 생산과 관련이 있다. Np이 포함된 캡슐을 유체를 통하여 연구용 원자로에 순환시키고, 중성자 조사에 의하여 생성된 Pu-238을 연속적으로 추출한다. Pu-238 외에도 Mo-99와 같은 의학 진단을 위한 동위원소의 제조도 가능하다.

○ 방사선동위원소 열전기 발전기 (RTG: Radioisotopic Thermoelectric Generator)는 방사선동위원소의 붕괴열을 전기로 전환하며, 우주선이나 북극과 같은 격리된 곳에서 연속적으로 전기를 생산하는데 이용되어 왔다. RTG에는 Pu-238, Am-241, Po-210이 사용되며, NASA의 모든 외계의 미션에서는 Pu-238이 주로 사용되어왔다.

○ 2020년에 있을 Europa 미숀을 마지막으로 지구에 모든 Pu-238은 소모될 예정이다. NASA가 우주계획을 지속하려면 년간 약 5 kg의 Pu-238의 공급이 필요하다. 기존의 RTG는 대략 열에너지의 6%정도를 전기로 전환하며, NASA가 개발 중인 Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG)는 25%의 에너지 전환 효율을 기대할 수 있다. 따라서 ASRG가 완성되면 필요한 Pu-238의 양을 1/4로 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

○ 최근에 NASA와 DOE는 Idaho 국립연구소의 Advanced Test Reactor (ATR)과 Oak Ridge 국립연구소의 High Flux Isotope Reactor (HFIR) 를 이용한 Pu-238의 생산을 제안하였다. 이 시설에서 실제로 1.5 kg/yr의 생산을 예측하고 있으나, 이는 필요한 5 kg/yr에 미달한다. 미국 정부예산의 삭감으로 Pu-238의 생산은 더 감소하거나 중지될 수도 있다.

○ 본 발명은 생성된 Np-238이 연소하거나 손실되기 전에 원자로에서 제거하고 연속적으로 처리함으로써, 재래의 방법에 비하여 생산효율이 높고, 작은 규모의 시설이 요구된다. 14 MW TRIGA 원자로를 사용하는 경우, 년 간 5 kg의 Pu-238 생산이 가능할 것으로 예측한다.

○ 한국원자력연구원은 1970년대에 TRIGA Mark II, III 연구용원자로를 이용한 방사선 동위원소 생산을 시작으로, 현재는 고성능 연구용 하나로를 이용하여 Au-198, I-131, Mo-99, Ir-192, Co-60, Yb-169 등의 의학 및 산업용 동위원소를 생산하고, 일부는 해외에 수출하고 있다. 하나로 연구로 이용의 확대와 관련하여, 본 발명의 기술성과 경제성을 검토할 필요가 있을 것으로 본다.

저자: HOWE, Steven D. et al
자료유형: 특허정보