Earticle

방사능 오염 토양 복원을 위해 실험실 규모의 동전기 복원장치를 제작하여 가동 하던 중 토양 내 존재하던 금속이온의 용출로 금속 산화물이 발생하여 음극의 전류 흐름을 차단하는 문제가 발생하였다. 전류의 차단으로 토양 내 우라늄 제거 능력이 상실되어 이러한 문제를 해결하는 해결 방안을 모색하여 개선된 동전기 복원 장치를 제작하였다. 개선된 실험실 규모 동전기 복원 장치를 이용하여 토양복원 실험을 25 일간 수행 하였을 때 우라늄 잔류 농도는 0.81 Bq/g으로 약 96.8%의 제거 효율을 보였으며, 초기 우라늄 농도 50 Bq/g 일 때 우라늄 규제 해제 농도인 1 Bq/g 이하로 제거 되기 까지는 34 일의 복원 기간이 필요하고, 초기 우라늄 농도 75 Bq/g, 100 Bq/g 일 때 각 42 일, 49 일이 필요한 것으로 나타났다.

The original pilot-scale electrokinetic equipment suitable to soil contamination characteristics of Korean nuclear facility sites was manufactured for the remediation of soil contaminated with uranium. During the experiment with the original electrokinetic equipment, many metal oxides were generated and were stuck on the cathode plate. The uranium removal capability of the original electrokinrtic equipment was almost exhausted because the cathode plate covered with metal oxides did not conduct electricity in the original electrokinetic equipment. Therefore, the original electrokinetic equipment was improved. After the remediation experience for 25 days using the improved electrokinetic remediation equipment, the removal efficiency of uranium from the soil was 96.8% and its residual uranium concentration was 0.81 Bq/g. When the initial uranium concentration of soil was about 50 Bq/g, the electrokinetic remediation time required to remediate the uranium concentration below clearance concentration of 1.0 Bq/g was about 34 days. When the initial uranium concentration of soil was about 75 Bq/g, the electrokinetic remediation time required to remediate below 1.0 Bq/g was about 42 days. When the initial uranium concentration of soil was about 100 Bq/g, the electrokinetic remediation time required to remediate below 1.0 Bq/g was about 49 days.

본 연구는 우라늄 변환시설 운전 중에 발생된 우라늄 함유 슬러지를 가열 처리하여 분말 형태로 저장 중인 우 라늄 함유 슬러지의 열분해 고체폐기물 (Thermal Decomposed Solid Waste of uranium-bearing sludge : TDSW)을 대상으로 TDSW의 용해, TDSW 질산 용해액의 알카리화에 의한 불순물 제거 및 탄산염 알카리화 용 액의 산성화에 의한 U 선택적 제거/회수 특성 등을 규명하였다. TDSW의 용해는 질산용해가 탄산염 산화용해 보다 효과적이었다. 1M 질산에서 TDSW의 약 30wt%가 고체 잔류물로 불용해되었고, TDSW 내 함유 U은 99% 이상이 용해되었다. TDSW의 질산 용해액의 알카리화는 탄산염에 의한 알카리화가 불순물 제거 측면에서 보 다 효과적이며, 탄산염 알카리화 (pH 약 9)에서 U과 공용해된 Ca, Al, Zn 및 Fe 등의 98±1%가 제거되었다. 그 리고 불순물이 거의 제거된 알카리화 용액 (0.5 M H2O2 첨가)의 산성화 (pH 약 3) 에서 U의 99% 이상을 회수 할 수 있어 TDSW로부터 U을 선택적으로 제거/회수할 수 있었다.

This study has been carried out to elucidate the characteristics of the dissolution for Thermal Decomposed Solid Waste of uranium-bearing sludge (TDSW), the removal of impurities by an alkalization in a nitric acid dissolving solution of TDSW, and the selective removal (/recovery) of uranium by an acidification in an carbonate alkali solution, respectively. TDSW generated by thermal decomposition of U-bearing sludge which was produced in the uranium conversion plant operation, was stored in KAERI as a solid- powder type. It is found that the dissolution of TDSW is more effective in nitric acid dissolution than oxidative-dissolution with carbonate. At 1 M nitric acid solution, TDSW was undissolved about 30wt% as a solid residue, and uranium contained in TDSW was dissolved more than 99%. In order to the alkalization for the nitric acid dissolving solution of TDSW, carbonate alkalization is more effective with respect to remove the impurities. At the carbonate alkali solution controlled to about 9 of pH, Al, Ca, Fe and Zn co- dissolved with U in dissolution step was removed about 98±1%. On the other hand, U could be recovered more than 99% by an acidification at pH about 3 in a carbonate alkali solution, which was nearly removed the impurities, adding 0.5M H2O2. It was found that uranium could be selectively recovered (/removed) from TDSW.

고준위방사성폐기물 처분장의 완충재로 고려되고 있는 자연산 벤토나이트에 대해서 기존의 물리·화학적 및 광물학적 성질 외에 생물학적 특성을 살펴보았다. 국내산 ‘경주벤토나이트’를 대상으로 만든 현탁액을 영양배 지 세럼병에서 일주일 이상 숙성시키며 시간에 따른 벤토나이트의 변화를 관찰하였다. 영양배지에서 활성화 된 벤토나이트는 고체 시료뿐만 아니라 용액도 함께 변하였다. 용존황산염 수용액으로부터 검은색의 미립자 황화물이 생성되기 시작하였으며, 시료를 채취하여 배양한 결과 4 종류의 황산염환원박테리아(SRB)가 자체 생존하고 있음이 확인되었다. 이러한 결과는 벤토나이트 분말시료 내에 황산염환원(혹은 금속환원)박테리아 가 고착 및 서식하고 있음을 말해주는 것으로, 이는 지하의 환원환경 조건하에서 완충재 내외부에 장기적으로 생지화학적 영향이 발현될 가능성이 있음을 의미한다.

There was a study for biological characteristics, except for physico-chemical and mineralogical properties, on the natural bentonite that is considered as a buffer material for the high-level radioactive waste disposal site. A bentonite slurry that was prepared from a local 'Gyeongju bentonite' in Korea was incubated in a serum bottle with nutrient media over 1 week and its stepwise change was observed with time. From the activated bentonite in the nutrient media, we can find a certain change of both solid and liquid phases. Some dark and fine sulfides began to be generated from dissolved sulfate solution, and 4 species of sulfate-reducing bacteria (SRB) were identified as living cells in samples that were periodically taken and incubated. These results show that sulfate-reducing (or metal-reducing) bacteria are adhering and existing in the powder of bentonite, suggesting that there may be a potential occurrence of long-term biogeochemical effects in and around the bentonite buffer in underground anoxic environmental conditions.

한국원자력연구원에서는 사용후핵연료를 직접 처분하는 대신 이를 처리하여 발생하는 방사성 폐기물을 심지 층에 직접 처분하는 방식의 A-KRS 개념의 방사성폐기물 처분 시스템을 개발해 오고 있다. 이러한 A-KRS 개 념에 대한 장기적 안전성 및 처분 시스템 성능 평가를 위한 모델을 GoldSim을 이용 개발하고 이를 지속적으로 수정 보완하고 개선해 오고 있다. KAERI에서 개발된 A-KRS 모델의 신뢰도를 증진 시키기 위하여 유사하게 개 발된 다른 모델과의 벤치마킹을 통한 비교 연구의 결과를 제시하였다. A-KRS모델을 미국 NRC에서 SwRI 연구 소의 협력을 통하여 개발하여 처분 시스템 성능평가에 활용한 SOAR와 비교하고 병행하여 스웨덴의 SKB에서 최근 수행한 SR-SiTE 안전성 평가를 통하여 KBS-3 개념의 처분 시스템 내 전단 응력에 따른 용기의 파손에 따른 유출 계산 결과와도 비교 검토하여, 전반적으로 상호 잘 일치하는 결과를 얻어 내었다. 보다 개선된 GoldSim으로의 모델의 이행의 필요성은 있으나 A-KRS 모델이 GoldSim을 통해 잘 이행되어 처분 시스템 안전 성 평가에 적합한 것으로 나타났다.

The Korea Atomic Energy Research Institute has developed a performance assessment model implementing the A-KRS concept, which was constructed with the GoldSim. In the A-KRS concept, spent nuclear fuel produced from pressurized-water-reactor operations would be pyroprocessed to reduce waste volume and radioactivity. The wastes to be disposed of in a geologic repository are comprised of metal and ceramic waste forms. In this study, results of simulations conducted to establish credibility and build confidence for the A-KRS model are presented. Specifically, release rates and breakthrough times simulated using the A-KRS model were compared to corresponding results from the U.S. NRC SOAR model. In addition, the A-KRS model results were compared to published release rates from the SKB repository performance assessment. This comparison of the A-KRS model results to other independent performance assessments is expected to form part of a suite of model verification and validation activities to provide confidence that the A-KRS model has been implemented appropriately.

미즈나미 지하처분연구시설 프로젝트는 일본원자력연구개발기구가 결정질암 내의 심부 지하 환경에 관해 종 합적으로 연구하는 프로젝트이다. 미즈나미 프로젝트는 3개의 중첩되는 단계로 구성된다: 지표기반 조사단계 (단계 1), 건설단계 (단계 2), 운영단계 (단계 3)의 총 20년. 미즈나미 프로젝트의 1단계에서 3단계까지의 전체 목표는 1) 심부지질환경을 조사, 분석, 평가하기 위한 기술 정립, 2) 심부 지하 활용을 위한 일련의 공학적 기 술 개발이다. 전체 목표 1을 달성하기 위하여, 1단계 목표를 굴착 전에 지질환경을 모사하고 굴착거동을 예측 하는 모든 지표기반 조사결과로부터 지질환경 모델을 구축하는 것으로 설정하였다. 전체 목표 2를 달성하기 위하여, 2단계 목표는 지하시설을 위한 상세 설계 개념과 건설 계획을 수립하는 것으로 설정하였다. 본 논문은 결정질암내 지하수의 수리지화학적 특성을 조사하고 평가하기 위한 지질통합적 방법을 소개한다.

The Mizunami Underground Laboratory (MIU) Project is a comprehensive research project investigating the deep underground environment within crystalline rock being conducted by Japan Atomic Energy Agency. The MIU Project has three overlapping phases: Surface-based Investigation phase (Phase I), Construction phase (Phase II), and Operation phase (Phase III), with a total duration of 20 years. The overall project goals of the MIU Project from Phase I through to Phase III are: 1) to establish techniques for investigation, analysis and assessment of the deep geological environment, and 2) to develop a range of engineering for deep underground application. For the overall project goals 1), the Phase I goals were set to construct models of the geological environment from all surface-based investigation results that describe the geological environment prior to excavation and predict excavation response. For the overall project goals 2), the Phase I goals were set to formulate detailed design concepts and a construction plan for the underground facilities. This paper introduces geosynthesis procedures for the investigation and assessment of the hydrochemistry of groundwater in crystalline rock.

자연유사연구는 방사성폐기물의 지하 처분에서 안전성평가를 포함하는 다중의 안전성 확보를 요구하는 safety case에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 본 연구에서는 해외의 자연유사연구 동향을 조사하여, 처분장 재료물질들과 핵종이동 및 지연과 관련된 자연유사연구 결과들을 연구주제별로 정리하고, 주요 연구결과와 문제점, 결과의 활용성 등에 초점을 두고 분석하였다. 아울러 국내에서 수행된 자연유사연구 결과들을 우라늄 광상 연구, 암반을 이용한 연구, 지하수를 이용한 연구, 고고학적 유물을 이용한 연구 등으로 분류하고, 그 주 요 결과들을 정리하였다. 지난 수 십 년 동안 수행되어 온 방대한 양의 자연유사연구 결과들이 존재하지만, 처 분안전성 평가와 safety case 개발에 적극적으로 활용되지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 자연유사연구 결 과의 활용방법을 정리하고, 활용성을 증진하기 위한 방법론을 검토하였다. 방사성폐기물 처분장에 대한 안전 성 평가의 신뢰성을 증진하고 검증하기 위해서는 자연유사연구의 수행은 필수적이다. 따라서 자연유사연구 결과들을 safety case 개발에 활용하기 위해서는 자연유사 정보 데이터베이스의 구축과 함께 활용방법론이 개발되어야 할 필요가 있다.

Natural analogue studies play an important role in the safety case which requires multiple lines of evidence including the safety assessment for the geological disposal of radioactive wastes. In this study, foreign status of natural analogue studies was investigated by summarizing natural analogue results according to the research topics related with repository materials and radionuclide migration and retardation. Main results, issues, and applicability of the foreign natural analogue studies were also analyzed. The results of domestic natural analogue studies were classified into studies using uranium ore bodies, rocks, groundwaters, and archeological artifacts, respectively, and their main results were summarized. There are massive materials for natural analogue studies which have been carried out during last several decades but they have not been actively applied to the safety assessment and safety case development for the radioactive waster disposal. Thus, in this study, applicable methods of natural analogues were summarized and a methodology for improving their applicability was examined. Natural analogue study is apparently necessary to improve and illustrate the reliability of safety assessment for a radioactive waste repository. Therefore, it is necessary to develop a methodology and construct a natural analogue information database for the application of the results from natural analogue studies to safety case development.

사용후핵연료 최종처분을 위해 심층처분은 세계적으로 가장 선호되는 방법이다. 이를 위해 선진국들은 자국 여건에 가장 잘 부합되는 고유의 처분시스템 개발에 주력하고 있거나, 일부 확보하여 상용처분사업에 적용하 고 있다. 현재까지 알려진 대부분의 심층처분시스템은 공학적 및 천연방벽으로 구성된 다중방벽시스템이다. 이들 처분시스템은 수 천 년 ~ 수 십만 년 이상의 성능기간이 대하여 성능·안전성의 입증이 확인되어야 후속 상용처분사업에 적용 가능하다. 입증 현안과제들은 처분시스템의 상능·안전성 확보를 위해 수행되는 모든 행 위 즉, 조사, 분석, 해석, 평가, 설계, 건설, 운영 및 폐쇄에 이르는 전 과정에 있어서 추진 과정과 결과에 대한 실현 가능성과 실증에 필요한 내용들이 해당된다. 이를 위해 대부분의 선진국들은 자국내 분포하는 대표적인 선호암종 지역에서 지하연구시설(URL)을 건설하여 실증·시연프로그램을 수행하거나 완성단계에 있다. 이 과 정과 결과들은 후속되는 최종처분장 부지선정 과정에 평가기준으로 활용될 것이며, 최종처분시설의 성능·안 전성평가에 필수적으로 적용하게 된다. 지하연구시설은 또한 규제-일반대중-전문가 등 다양한 이해당사자들 로 하여금 심층처분의 안전성 수준에 대한 이해제고와 토론의 마당으로서 핵심적인 역할과 기능을 할 것으로 기대된다.

This study gives a conceptual and basic direction to develop a URL (underground research laboratory) program for establishing the performance and safety of a deep geological disposal system in Korea. The concept of deep geological disposal is one of the preferred methodologies for the final disposal of spent nuclear fuel (SNF). Advanced countries with radioactive waste disposal have developed their own disposal concepts reasonable to their social and environmental conditions and applied to their commercial projects. Deep geological disposal system is a multi-barrier system generally consisting of an engineered barrier and natural barrier. A disposal facility and its host environment can be relied on a necessary containment and isolation over timescales envisaged as several to tens of thousands of years. A disposal system is not allowed in the commercial stage of the disposal program without a validation and demonstration of the performance and safety of the system. All issues confirming performance and safety of a disposal system include investigation, analysis, assessment, design, construction, operation and closure from planning to closure of the deep geological repository. Advanced countries perform RD&D (research, development & demonstration) programs to validate the performance and safety of a disposal system using a URL facility located at the preferred rock area within their own territories. The results and processes from the URL program contribute to construct technical criteria and guidelines for site selection as well as suitability and safety assessment of the final disposal site. Furthermore, the URL program also plays a decisive role in promoting scientific understanding of the deep geological disposal system for stakeholders, such as the public, regulator, and experts.