Earticle

1992년 리우 환경개발회의에서 채택된 Agenda 21에서 방사성폐기물의 안전관리를 위한 정책방향이 결정된 후, 국제연합은 방사성폐기물 안전관리를 지속 가능한 발전의 범위에 포함하여 국제원자력기구의 주관 하에 관련 지표의 개발 및 적용을 추진하고 있다. 2002년 국제원자력기구는 방사성폐기물관리에 관한 지속가능 발전지표를 확정하고 현재 운영중인 방사성폐기물 데이터베이스 시스템인 NEWMDB와 연계하여 회원국의 방사성폐기물관리 체계 및 현황을 정량적인 지표로 평가할 예정이다. 본 논문에서는 방사성폐기물에 관한 지속가능 발전지표의 도입근거와 적용상의 한계점을 분석하고, 국제원자력기구가 제시한 지표의 평가방법과 표준화된 절차를 도식화하였다. 도출된 평가절차에 따라 우리나라를 포함한 주요 국가의 방사성폐기물관리 체계 및 현황자료를 이용하여 각 국의 방사성폐기물관리에 관한 지속가능 발전지표를 평가하고 그 결과를 비교 분석하였다. 또한 지표의 향상을 통해 국내 방사성폐기물관리의 지속 가능성을 제고할 수 있는 방안을 도출하였다.

As a follow up to the Agenda 21's policy statement for safe management of radioactive waste adopted at Rio Conference held in 1992, the UN invited the LAEA to develop and implement indicators of sustainable development for the management of radioactive waste. The IAEA finalized the indicators in 2002, and is planning to calculate the member states' values of indicators in connection with operation of its Net-Enabled Waste Management Database system. In this paper, the basis for introducing the indicators into the radioactive waste management was analyzed, and calculation methodology and standard assessment procedure were simply depicted. In addition, a series of innate limitations in calculation and comparison of the indicators was analyzed. According to the proposed standard procedure, the indicators for a few major countries including Korea were calculated and compared, by use of each country's radioactive waste management framework and its practices. In addition, a series of measures increasing the values of the indicators was derived so as to enhance the sustainability of domestic radioactive waste management program.

국내의 가동 중지된 우라늄 변환시설의 해체 시 우라늄 화합물로 오염되어 대량으로 발생될 금속폐기물의 재활용 또는 자체처분을 위한 제염기술로 전해제염 공정의 적용성을 평가하였다. 이를 위하여 우라늄 변환시설 내부설비의 주 구성 재료인 SUS-304 와 Inconel-600 금속시편을 대상으로 전해용해 실험을 수행하였다. SUS-304 와 Inconel-600 금속시편에 대한 전해용해 성능에 있어서 중성염 전해용액으로 SO가 가장 효과적이었으나, 우라늄변환시설의 가동 시 질산 매질과 주로 접촉했던 설비 표면의 이력과 시설 가동 중 발생한 우라늄 폐액의 성상을 고려하여 SO 전해용액 내에서의 SUS-304 시편에 대한 전해용해와 비교해서 약 30%, 그리고 Inconel-600 시편에 대해서는 거의 동등한 성능을 보인 NaNO 중성염 용액을 금속성폐기물의 전해제염 용액으로 선정하였다. 본 연구에서는 NaNO 중성염 전해용액에서 전류밀도, 전해시간 및 전해 용액의 농도가 SUS-304 및 Inconel-600 금속시편의 전해용해 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 이 실험결과를 바탕으로 실제 우라늄 변환시설로부터 인출하여 , AUC 및 ADU 등의 우라늄 화합물로 오염된 시편에 대해 전류밀도 100mA/, IM NaNO 전해용액 내에서 전해 제염 실증시험을 수행하였으며, 오염물의 종류 및 오염준위의 대소와는 관계없이 모든 시편에 대하여 10분 이내의 짧은 시간 내에 자체처분 기준치 이하로 및 방사능 준위를 감소시킴으로써 본 중성염 전해제염이 매우 성공적임을 확인하였다.

A study on the electrolytic dissolution of SUS-304 and Inconel-600 specimen was carried out in neutral salt electrolyte to evaluate the applicability of electrochemical decontamination process for recycle or self disposal with authorization of large amount of metallic wastes contaminated with uranium compounds generated by dismantling a retired uranium conversion plant in Korea. Although the best electrolytic dissolution performance for the specimens was observed in a Na2s04 electrolyte, a NaNO neutral salt electrolyte, in which about 30% for SUS-304 and the same for Inconel-600 in the weight loss was shown in comparison with that in a NaSO solution, was selected as an electrolyte for the electrochemical decontamination of metallic wastes with the consideration on the surface of system components contacted with nitric acid and the compatibility with lagoon wastes generated during the facility operation. The effects of current density, electrolytic dissolution time, and concentration of NaNO on the electrolytic dissolution of the specimens were investigated. On the basis of the results obtained through the basic inactive experiments, electrochemical decontamination tests using the specimens contaminated with uranium compounds such as UO, AUC (ammonium uranyl carbonate) and ADU (ammonium diuranate) taken from an uranium conversion facility were performed in 1M NaNO solution with the current density or In mA/. it was verified that the electrochemical decontamination of the metallic wastes contaminated uranium compounds was quite successful in a NaNO neutral salt electrolyte by reducing and radioactivities below the level of self disposal within 10 minutes regardless of the type of contaminants and the degree of contamination.

본 연구에서는 고온의 LiCl-LlO 용융염계에서 우라늄 산화물의 금속전환과 LiO의 전해반응이 동시에 진행되는 통합 반응 메카니즘을 기초로 한 전기화학적 금속전환기술을 제안하였다. 본 실험에서는 전기화학적 환원반응에 의해 생성된 Li 금속이온이 음극에 전착과 동시에 우라늄 산화물과 반응하여 금속전환율 99 % 이상의 우라늄 감속을 생성하는 통합 반응 메카니즘을 확인할 수 있었다. 또한 전기화학적 금속전환기술의 공정 적용성 평가 일환으로 우라늄 산화물의 금속전환성, 반응 메카니즘 규명, LiO의 closed recycle rate 및 물질전달 특성 등의 기초 데이터를 확보하였다 향후 전기화학적 금속전환기술은 LiCl-Li 용융염계의 금속전환공정의 반응조건 제한성 해소, 금속전환율 향상 및 공정의 단순화 등의 기술성과 경제성 향상 측면에서 획기적인 방안으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다.

This study proposed a new electrolytic reduction technology that is based on the integration of simultaneous uranium oxide metallization and LiO electrowinning. In this electrolytic reduction reaction, electrolytically reduced Li deposits on cathode and simultaneously reacts with uranium oxides to produce uranium metal showing more than 99% conversion. For the verification of process feasibility, the experiments to obtain basic data on the metallization of uranium oxide, investigation of reaction mechanism, the characteristics of closed recycle of LiO and mass transfer were carried out. This evolutionary electrolytic reduction technology would give benefits over the conventional Li-reduction process improving economic viability such as: avoidance of handling of chemically active Li-LiCl molten salt increase of metallization yield, and simplification of process.

심부 처분환경조건에서 붕규산유리고화체의 장기침출거동을 규명하기 위하여 3종의 모의붕규산유리고화체에 대한 장기침출실험이 1997년에 착수되었다. 5년간의 침출결과는 붕소가 본 붕규산유리고화체의 장기침출지표물질로 사용될 수 있음을 확인시켜 주었고, 비록 고화체들의 조성은 약간씩 다르지만, 초기 1년여 기간동안의 침출률을 제외한 장기침출률은 S/V에도 무관하게 0.03g/-day 에 근접하는 경향을 보여주고 있다.

To understand the long-term leach behavior of a borosilicate Waste glass in a repository, the leaching experiment with three kinds of simulated borosilicate waste glasses has been carried out since the middle of 1997. The five years results indicate that a boron would be applied as an indicator of a long-term leaching of their borosilicate waste glasses and that their long-term leach rates have a tendency to be close to about 0.03g/-day even though their compositions and their ratios of the surface area to the volume of leachate are different.

사용후핵연료와 같은 고준위 방사성물질을 취급하는 핫셀 내에서 원격취급장치인 MSM의 작업영역을 벗어난 지역에 위치한 공정장치부품 유지보수공정을 개발하였다. 이를 위하여 대상 핫셀공정인 사용후핵연료 차세대관리공정에 대한 가상목업을 구축하였으며, 구축된 가상목업을 이용하여 MSM 작업영역 및 작업자 시각영역을 분석하고, 그래픽 가상목업의 충돌감지 기능을 이용한 서보 조종기의 경로계획을 수립하였다. 또한, 분석한 결과를 토대로, 서보조종기에 의한 사각지역 내 부품 유지보수 공정을 설정하였으며, 설정된 공정은 그래픽 전산모사를 통하여 검증하였다. 제안된 유지보수 공정은 실제 핫셀공정 수행시 유용하게 활용될 것이며, 그래픽 가상목업은 다양한 핫셀 공정에 대한 분석 및 작업자 훈련 시스템으로 활용하여, 작업 효율성 및 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

In this study, the maintenance process by the servo manipulator has been developed for the parts of the equipment, which we unable to reach out by the Master-Slave Manipulator(MSM) in a hot cell. To do this, a virtual mock-up is implemented using the iか prototyping technology. Using this mock-up, the workspace of the manipulators in the hot cell and the operator's view through the wall-mounted lead glass have been analyzed. In addition, the path planning of the servo manipulator using the collision detection function of the virtual mock-up has been established. From these, the maintenance process for the parts of the equipment, which are located at the outside of the MSM's workspace using the servo manipulator has been proposed and verified through the graphic simulation. It is revealed that the proposed remote maintenance process of the equipment can effectively be used in the real hot cell operation. It is also believed that the implemented virtual mock-up of the hot cell can effectively be applied in analyzing the various hot cell operation and enhancing the reliability and safety in a hot cell remote handling for the spent fuel management.

원자력시설에서 방사성요오드 제거용으로 사용되는 TEDA 첨착활성탄의 고온공정에서치 메틸요오드의 제거성능을 은이온제올라이트(AgX)와 상호 비교하였다. 3-40 온도범위에서 온도에 따른 메틸요오드의 흡착량 및 탈착후 잔존량을 측정한 결과, 비첨착활성탄의 흡착성능은 온도가 증가함에 따라 급격히 감소하지만 TEDA 첨착활성탄의 흡착성능은 10 부근에서도 AgX-10과 거의 유사한 값을 나타내었고, 탈착후 잔존량은 25 까지도 비첨착활성탄에 비하여 매우 높은 값을 유지하였다. 또한 10 이상의 고온공정에서 AgX 및 TEDA 첨착활성탄을 충전한 고정층 파과특성을 상호 비교한 결과 10 이상에서 AgX-10의 메틸요오드 흡착량 및 잔존량은 TEDA 첨착활성탄에 비하여 평균 30%정도 높은 값을 나타내어 고온에서 더 흡착성능이 우수함을 보여주고 있다. 흡착반응 후 생성된 기체의 성분을 분석한 결과를 토대로 AgX-10 흡착제를 충전한 고정층에서 메틸요오드 제거 메카니즘을 제안하였다.

Adsorption and desorption characteristics of methyl iodide at high temperature conditions up to 25 by TEDA-impregnated activated carbon and silver-ion exchanged zeolite(AgX-10), which are used for radioiodine retention in nuclear facility, were experimentally evaluated. In the range of temperature from 3 to 25, the adsorption capacity of base activated carbon decreased sharply with increasing temperature but that of TEDA-impregnated activated carbon showed higher value even at high temperature ranges. Especially, the residual amount of methyl iodide after desorption on TEDA-AC represented 30% lower value than that on AgX-10. However, it can be used as an adsorbent for the removal of methyl iodide up to 15 if it is preventing explosion by Ignition. The breakthrough curves of methyl iodide in the fixed bed packed with AgX-10 uP to 40 were compared upon the effects of bed temperatures, bed depth and input concentration of methyl iodide. Removal mechanism of methyl iodide on AgX-10 was proposed, based on the analysis of by-product gas generated from adsorption reaction.

가압경수형 원자력발전소 일차계통에서 발생되는 방사성 부식생성물(크러드)은 원자력발전소 작업종사자 피폭의 주요원인이다. 또한, 최근 원자력발전소의 장주기운전 추세에 따라 장기간 노심에 침적된 방사성 부식생성물은 hideout 현상으로 노심의 출력에 영향을 주는 축방향이상출력 (AOA) 현상의 원인이 되고 있다. 크러드의 주요 성분은 마그네타이트, 니켈 페라이트, 코발트 페라이트가 주를 이루며, 이러한 산화물 형태는 강자성의 자기적 성질을 가지고 있다. 따라서, 전자석과 영구자석의 적절한 배치를 통하여 자기장을 발생시켜 크러드를 제거하는 필터 개발을 위해 개념 설계를 하였다. 기존의 필터와 달리 유체의 흐름을 방해하지 않아 압력저하 현상이 발생하지 않고, 연속적으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 크러드 제거 기술의 하나로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

In a pressurized water reactor, radioactive corrosion products (CRUD) in primary coolant system are one of the major sources for the occupational radiation exposure of the personnel in a nuclear power plant. Through the recent trend of long term fuel cycle in a nuclear power Plant, radioactive corrosion products deposited in reactor core for a long time are also the cause of Axial Offset Anomaly (AOA) having m effect on reactor power by the hideout of boron. CRUD consist primarily of magnetite, nickel ferrite, cobalt ferrite, and so on. They have the characteristic of strong magnetism. Therefore it is performed the conceptual design to develop the filter which removes the CRUD by magnetic field that is generated by an arrangement of permanent and electric magnets. Contrary to the conventional filter, the proposed filter does not interrupt the fluid flow, so there is little pressure drop and it can be used continuously. It is expected to be applied as one of the technologies for removal of the CRUB.

폐기물 용액의 pH 변화에 따른 고정층에서 우라늄 및 코발트 이온의 흡착거동을 다성분 흡착시스템으로 가정하여 이론적으로 예측하였다. 즉 pH 변화에 따라 존재 분율이 달라지는 각 이온 성분들이 상호 경쟁적으로 흡착한다는 가정 하에서, 평형실험에서 얻어진 결과와 우라늄 및 코발트 이온의 용액특성 (Solution chemistry)을 상호 결합하여 각 이온 성분들의 Langmuir 평형상수 값을 Ideal Adsorbed Solution Theory를 도입하여 구하였으며, 이상의 결과를 이용하여 고정층 파과곡선을 이론적으로 계산한 결과 pH 변화에 따른 흡착거동을 비교적 잘 예측할 수 있었다 따라서 본 연구에서 시도한 방법은 이온 농도와 pH가 높은 경우를 제외하고 pH 변화에 따라 용액 내에 이온의 형태가 다양하게 존재하는 흡착 시스템을 이론적으로 예측하는 데 비교적 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

In order to predict the dynamic behaviors of uranium and cobalt in a fixed bed at various influent pH values of liquid waste, the adsorption system is regarded as a multi-component adsorption between each ionic species in the solution. Langmuir isotherm parameters of each species were extracted by incorporating equilibrium data with the solution chemistry of the uranium and cobalt using IAST. Prediction results were in good agreement with the experimental data, except for a high concentration and pH. Although there was some limitations in predicting the cobalt adsorption, this method may be useful in analyzing a complex adsorption system where various kinds of ionic species exist in a solution.

IAEA, FT-04-020 및 ANS 16.1의 침출시험법을 각각 수행하여 얻은 시험결과를 이용하여 상호 비교 평가하였다. 붕산을 함유한 파라핀 및 시멘트 고화체에서의 Co 과 Cs의 ANS 16.1의 침출지수는 6이상이었으나 고화매질과 탈염수의 종류에 따라 상반되는 침출거동을 보였다. 침출수로 합성해수와 탈염수를 사용하였을 경우 Co는 시멘트 고화체에서는 합성해수, 파라핀 고화체에서는 탈염수에서 침출이 높았다. 반면에 Cs의 침출정도는 시멘트에서는 탈염수, 파라핀에서는 합성해수에서 높았다. Co의 침출분율은 시멘트 고화체에서 IAEA ＞ ANS ＞ FT의 순으로 높았으며, 반대로 파라핀고화체에서는 이의 역순이었다.

IAEA, FT-04-020, and ANS 16.1, standard leaching test methods, were evaluated comparatively with their test results. Leaching index of Co and Cs by ANS 16.1 method for waste forms of paraffin and cement were above 6.0. Their leaching behavior were depending on the type of matrix and leachant. Leachability of Co for cement waste form was higher in simulated seawater than do-mineralized water, and was higher in de-mineralized water for paraffin waste form. leachability of Co was contrary to Cs. Cumulative fraction leached of Co was higher in order or IAEA ＞ ANS ＞ FT in a cement waste form.