Earticle

본 논문은 국내에서 가동되고 있는 3개 로형의 원자로 냉각재로부터 유기 및 무기 14C의 특성을 평가하는데 초점을 맞추었다. 주 목적은 국내 원전 부지에서 환경으로 방출되는 14C에 대한 신뢰할만 한 특성을 평가하는데 있다. 14C는 방사성핵종 인벤토리 중 가장 중요한 핵종중의 하나로서 처분장에서의 방출 시나리오에서 가장 중요한 선량 기여 핵종중의 하나이다. 14C는 반감기가 5,730 년인 순수 베타방출체로써 환경으로의 이동성이 높을 뿐 아니라 생물학적인 유용성이 높다. 최근의 연구결과에 의하면, 유기화합물 형태의 14C는 환원환경 하에서 원자로 냉각재내에서 주종을 이루고 있는 것으로 밝혀졌으며 그 외의 유기화합물인 formaldehyde, formic acid 및 acetate도 함께 형성되는 것으로 알려졌다. 그러나 정지화학 처리 기간인 산성산화환경 하에서는 산화성 탄소형태로 바뀌면서 14CO2나 H14CO3-형으로 바뀌어 지는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 원자력발전소의 다양한 처리계통의 시료에 대해 유기 및 무기화학형의 14C 농도를 측정, 평가하였다. 원자로 계통 내에서의 14C 인벤토리는 약 3.1 GBq/kg로 나타났으며 냉각재 계통 내에서는 주로 유기화학형이 주종을 이루고 있었으며 무기화학형은 10% 이내인 것으로 나타났다. 용액중의 14C 측정은 기상과 액상으로 분리하여 분석하였다. 정상 운전 중에는 유기화학형의 14C가 주종을 이루고 있지만 발전소의 배기구를 통해 방출되는 14C의 화학형은 온도, pH, 체적제어탱크의 방출 및 정지화학 처리에 따라 화학형이 달라지고 있는 것으로 나타났다.

This study has been focused on determining the chemical composition of 14C - in terms of both organic andinorganic 14C contents - in reactor coolant from 3 different PWR's reactor type. The purpose was to evaluatethe characteristic of 14C that can serve as a basis for reliable estimation of the environmental release at domesticPWR sites. 14C is the most important nuclide in the inventory, since it contributes one of the main dosecontributors in future release scenarios. The reason for this is its high mobility in the environment, biologicalavailability and long half-life(5730yr). More recent studies - where a more detailed investigation of organic 14Cspecies believed to be formed in the coolant under reducing conditions have been made - show that the organiccompounds not only are limited to hydrocarbons and CO. Possible organic compounds formed includingformaldehyde, formic acid and acetic acid, etc. Under oxidizing conditions shows the oxidized carbon forms,possibly mainly carbon dioxide and bicarbonate forms. Measurements of organic and inorganic 14C in variouswater systems were also performed. The 14C inventory in the reactor water was found to be 3.1 GBq/kg in PWRof which less than 10% was in inorganic form. Generally, the 14C activity in the water was divided equallybetween the gas- and water- phase. Even though organic 14C compound shows that dominant species duringthe reactor operation, But during the releasing of 14C from the plant stack, chemical forms of 14C shows thedifferent composition due to the operation conditions such as temperature, pH, volume control tank ventingand shut down chemistry.

방사성물질 운반용기는 가상 사고조건에서 구조적 건전성이 유지됨을 실험 및 수치해석을 통해 입증하여야 한다. 가상 사고조건에 포함되는 파열낙하 조건에 대한 기존 유한요소해석의 경우 충격완충체에서 재료의 파손이 발생하기 때문에 일반적으로 유한요소모델에서 이 부분을 무시하고 해석한다. 본 논문에서는 파열낙하 해석에서 충격완충체의 변형으로 인한 낙하에너지 흡수의 효과를 고려하기 위해 요소의 적분점에서 응력이나 변형율이 재료의 파손 기준치에 도달하면 그 요소를 제거하는 방법을 제안한다. 본 해석방법의 효용성을 보이기 위해 한국원자력연구원에서 설계중인 핫셀 운반용기에 대해 파열낙하 해석을 수행하였으며, 요소제거 기법의 적용을 통해 낙하 에너지의 80% 정도가 충격완충체에서 흡수되는 것으로 계산되었다. 본 해석방법은 시험조건에 비해 보수성을 가지는 평가방법이며, 기존의 해석방법과 비교해 파열낙하 조건을 보다 근사적으로 해석할 수 있는 방법이다.

Transport package for radioactive material should be structurally safe under puncture drop condition and itssafety should be verified by test and numerical analysis. Most finite element analyses for puncture drop havebeen performed without modeling the impact limiter since failure is occurred in the materials of the impactlimiter. This paper presents a new modeling methodology, where an element is eroded in case that thematerial’s failure criteria are reached at the element’s integration point, to investigate the effect of the impactlimiter in the puncture process. The effectiveness of the proposed scheme is shown through the puncture dropanalysis of hotcell transport cask, which is under design in KAERI. The results show that about 80 percent of thetotal impact energy is absorbed due to the deformation of impact limiter. Using the present method thepuncture drop can be analyzed more accurately, but it would give conservative results compared to the actualtest condition.

방사성 액체폐기물에 함유되어 있는 우라늄의 추출제 또는 아미드 (amide) 화합물 추출제를 사용한 용매추출계에서 제 3상 생성 방지제로 사용되는 dihexyloctanamide(DHOA)을 합성하고, 이를 60Co 감마 방사선으로 조사시킬 때 생성된 방사선 분해생성물 (radiolysis product)을 정량 분석하였다. 방사선 조사된 DHOA에 대한 FT-IR 스펙트럼과 방사선 분해생성물에 대한 GC/MS 스펙트럼 그리고 GC/MS-SIM 방법으로 측정한 결과를 근거로 octanoic acid와 dihexylamine 2종의 방사선 분해생성물의 존재를 확인하였으며, 이들 2종 화합물의 표준시약과 tridecane을 내부표준물질(ISTD)로 사용하여 GC/MS-SIM 방법으로 정량 분석하였다. 방사선 분해생성물에 대한 총 이온 크로마토그램에서 나타난 머무름 거동, 분리도 및 해상도에서 정량 분석할 수 있는 결과를 얻었으며, 총 이온 크로마토그램에서 분리피크가 나타나는 시간은 octanoic acid는 8.65분, tridecane은 9.79분 그리고 dihexylamine은 10.27분 이었다. 그리고 DHOA의 방사선 흡수선량이 증가할수록 octanoic acid의 농도는 감소하였으며, dihexylamine의 농도는 증가하였다.

Dihexyloctanamide(DHOA) was used as an extractant or phase modifier with the diamide extractants in asolvent extraction process for a radioactive liquid waste treatment. The degradation compounds of the DHOAextractant, irradiated with 60Co gamma ray, were octanoic acid and dihexylamine which are identified by a Fouriertransform infrared(FT-IR) and gas chromatograph/mass spectrometer(GC/MS) analysis, and determined by theGC/MS with selected ion monitoring(SIM) mode. Retention behavior of octanoic acid, tridecane (internal standard)and dihexylamine in total ion chromatogram (TIC) were 8.65 min., 9.79 min., and 10.27 min., respectively. Withincreasing the absorbed dose of the -ray irradiated DHOA, the concentration of octanoic acid was decreased andthat of dihexylamine was increased.

토양중 99Tc의 배경준위를 측정할 수 있는 분석법을 수립하고 한국 토양중의 99Tc농도를 비교 검토하였다. 토양중의 99Tc을 분리 정제하기 위해서 선택성 TEVA수지를 사용하였다. 화학분리 회수율을 계산하기 위해 99Mo/99mTc 생성기에서 생산한 99mTc를 추적자로 사용하고 그 문제점을 검토하였다. 99mTc추적자를 사용하여 계산한 화학분리 회수율은 70% 이상이 가능하였다. 순수 분리된 99Tc의 측정을 위한 유도결합프라스마 질량분석기(ICP-MS)의 최적 조건을 수립하였다. 이 분석법에 의한 토양의 최소검출하한치(MDA)는 15mBq/kg-dry 이었다. 제주와 고리 주변 토양 시료의 99Tc 농도는 33.73 - 89.16 mBq/kg-dry 였다. 이러한 수치는 다른 보고치에 비하여 낮은 편이며 대기권 핵실험에서 기인한 낙진의 영향으로 추정된다.

An analytical method of 99Tc concentration in soil was set up and discussed considering the 99Tcconcentration in Korean soil measured with its analytical method. A selective TEVA resin was used to separateand purify the 99Tc in the soil sample. 99mTc from a commercial 99Mo/99mTc generator was used as a yield tracerfor the chemical separation of 99Tc and its problem when using 99mTc as a tracer was discussed. The chemicalrecovery yield of 99Tc was above 70 %. The optimum conditions of inductively coupled plasma massspectrometry system(ICP-MS) were set up to determine the 99Tc after the separation process. The minimumdetectable activity(MDA) was 15 mBq/kg-dry in this analytical procedure. The 99Tc concentration in soils of Jejuand Kori were measured in the rage of 33.73 - 89.16 mBq/kg-dry. Those values were less than those reported inother countries and seemed to be originated from atmospheric fallout.

신선한 흑운모 및 인위적으로 풍화시킨 흑운모에 대한 우라늄 수착 실험을 실시하였다. 실험 이후, 원심분리하여 상등액은 유도결합플라즈마분광분석(ICP-MS)으로 우라늄 농도를 분석하였고, 고체시료는 X-선 회절분석(XRD) 및 주사전자현미경(SEM) 분석을 실시하였다. 3 mm 이하의 흑운모 시료를 7개월간 실험실에서 풍화시킨 후, 신선한 흑운모와 동일한 조건으로 pH 변화에 따른 우라늄 수착량을 구하였다. 낮은 pH(pH 3)에서는 흑운모에 대한 우라늄의 수착이 크지 않았지만, pH가 증가함에 따라 점차 우라늄 수착이 증가하는 경향을 보였다. 풍화된 흑운모의 우라늄 수착량은 신선한 흑운모에 비해 작았고 높은 pH(pH 11)에서는 그 차이가 더 심하였다. 풍화된 흑운모의 낮은 우라늄 수착특성은 광물 표면의 변화 및 주위 용존이온들의 화학적 거동에 의한 것으로 보인다. 풍화된 흑운모 시료에는 광물 표면에서 선호되는 흡착자리가 파괴되거나 용해되고 더불어 용존 이온들의 콜로이드화에 의해 우라늄-광물 표면 수착반응이 감소되는 것으로 보인다.

An experiment for uranium sorption onto fresh and weathered biotites was performed. Aftercentrifugation, concentrations of uranium in the supernatants were analyzed using ICP-MS, and biotitesamples were investigated using XRD and SEM. With powdered biotites (<3 mm in size), we haveconducted uranium sorption experiments about fresh and weathered biotites to obtain uranium sorptionamounts in various pH conditions. The uranium sorption was not high at a low pH (e.g., pH 3), butincreased with increasing pH. There were lower uranium sorption by the weathered biotites than by thefresh ones, and the difference was much larger at higher pH (e.g., pH 11). The lower sorption values ofuranium by the weathered biotites may be caused by a change of mineral surfaces and a chemicalbehavior of surrounding dissolved elements. It seems that the uranium-mineral interaction has beendiminished, especially, in the weathered biotite by a destruction and dissolution of preferential sorptionsites on the mineral surfaces and by the colloidal formation from dissolved elements.

국제원자력기구 (IAEA)가 주관하는 EMRAS (Environmental Modeling for RAdiation Safety) 프로그램의 도시오염 평가분과에서 설계한 가상의 도심에서 방사능 분산장치의 폭발로 인한 피폭선량 결과비교에 국내모델 METRO-K의 계산결과가 참여하였다. 본 논문에서는 동 분과에서 수행된 수많은 계산결과 중에서 극히 일부분만을 집중적으로 논의하였다. 참가모델 (METRO-K, RESRAD-RDD, CPHR)이 수행한 예측결과의 차이는 다른 수학적 접근방식, 적용값, 평가자의 이해 등에 기인하였다. 비록 최종결과 (예로 영향을 주는 모든 오염표면으로부터 받게 되는 피폭선량률)는 유사할지 모르지만 오염표면 기여에 대한 이해등에 있어서는 큰 차이를 나타냈다. 이는 평가자가 경험한 사회적, 문화적 차이 뿐 아니라 방사능테러에 대한 정보와 이해 부족으로 판단된다. 따라서 이러한 정보가 부족한 상황에서는 평가자의 경험과 주관적 판단이 무엇보다 중요하다는 사실을 알 수 있었다. 방사능테러에 대한 약간의 추가적 정보를 획득할 수 있다면 METRO-K는 기존 모델을 확장하여 만일의 경우 도심에서 발생할 수 있을지 모르는 방사능테러에 따른 대응행위 결정지원에 충분히 활용할 수 있음을 EMRAS 프로그램을 통해 확인할 수 있었다.

The METRO-K is a model for a radiological dose assessment due to a radioactive contamination inthe Korean urban environment. The model has been taken part in the Urban Remediation WorkingGroup within the IAEA’s (International Atomic Energy Agency) EMRAS (Environmental Modeling forRAdiation Safety) program. The Working Group designed for the intercomparison of radioactivecontamination to be resulted from the explosion of a radiological dispersal device in a hypothetical city.This paper dealt intensively with a part among a lot of predictive results which had been performed inthe EMRAS program. The predictive results of three different models (METRO-K, RESRAD-RDD, CPHR)were submitted to the Working Group. The gap of predictive results was due to the difference ofmathemathical modeling approaches, parameter values, understanding of assessors. Even if final results(for example, dose rates from contamintaed surfaces which might affect to a receptor) are similar, theunderstanding on the contribution of contaminated surfaces showed a great difference. Judging fromthe authors, it is due to the lack of understanding and information on radioactive terrors as well as thesocial and cultural gaps which assessors have been experienced. Therefore, it can be known that theexperience of assessors and their subjective judgements might be important factors to get reliableresults. If the acquisition of a little additional information is possible, it was identified that the METRO-Kmight be a useful tool for decision support against contamination resulting from radioactive terrors byimproving the existing model.

사용후핵연료 관리 정책 결정에 있어 사회적 수용성은 중요한 의미를 갖는다. 본고에서는 그 역동적 과정을 담아낼 그릇으로서 공론장을 제안한다. 즉, 사용후핵연료 관리 정책에 대한 공론장은 무엇이고, 공론장의 주체인 이해관계자들은 누구이며 또 공론장에 내재된 갈등구조는 어떠한지에 대해 살펴보고, 바람직한 공론장의 조건에 대해 논의한다. 공론장은 다양한 이해관계자와 시민이 스스로의 의지를 바탕으로 정책의 결정과정에 영향을 미칠 수 있는 기제와 제도를 의미한다. 현실성 있고 효과적인 공론장을 구축하고 운영하기 위해서는 사용후핵연료 관리를 둘러싼, 정치, 외교안보, 경제, 사회문화, 법과 제도에 관한 면밀한 분석과 대응방안 마련이 필요하다.

Social Acceptance is important to decide policy of spent nuclear fuel management. The idea of a publicsphere as a receptacle of dynamic process is the core in this discussion. The purpose of this study is to examinethe concept, participants, the conflict-structure and agreeable conditions of a public sphere. A public spheremeans in this paper, mechanism and systems that various stakeholders' and public's participation withspontaneous will can affect decision-making process. For good designing and implementing a public sphere, it isnecessary to analysis and cope with political, foreign and security, economic, sociocultural environments, thelaw and systems around spent nuclear fuel management.

방사성폐기물 처분에서 미생물에 대한 연구는 최근에 중요한 연구 결과들이 지속적으로 발표됨에 따라 그 중요성에 대한 인식이 차츰 확대되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 방사성폐기물 처분에서 미생물의 역할과 영향들에 대한 연구결과 및 연구동향을 조사·분석하였다. 방사성폐기물 처분시스템에서 고려되고 있는 다중방벽들인 인공방벽과 자연방벽에서의 미생물들의 역할 및 연구결과를 정리하여 제시하였다. 인공방벽에서는 처분용기의 부식에 대한 영향과 압축된 완충재에서의 미생물의 생존가능성 및 역할에 대해 논의하였다. 천연방벽에서는 지하수 및 암반에 존재하는 미생물들의 역할을 자연유사연구 결과와 함께 정리하여 제시하였다. 또한 지하매질을 통한 핵종이동 및 지연특성에서 미생물의 역할과 다양한 작용과정들 및 영향을 최근 연구동향과 함께 분석하고 정리하여 제시하였다. 따라서 향후 심부 지하 환경에서 처분시스템의 거동 및 지중매질을 통한 방사성 핵종의 이동 등에 미치는 미생물의 영향에 대한 심도 있는 연구가 본격적으로 수행된다면 미생물의 중요성 및 역할에 대한 엄격한 평가를 할 수 있을 것으로 사료된다.

Recently the importance and interest for the microbes has been increased because several important resultsfor the effects of microbes on the radioactive waste disposal have been published continuously. In this study,research status and major results on the various roles and effects of microbes in the radioactive waste disposalhave been investigated. We investigated and summarized the roles and major results of microbes in a multi-barrier system consisting of an engineered barrier and a natural barrier which is considered in radioactive wastedisposal systems. For the engineered barrier, we discussed about the effects of microbes on the corrosion of awaste container and investigated the survival possibility and roles of microbes in a compacted bentonite buffer.For the natural barrier, the roles of microbes present in groundwaters and rocks were discussed and summarizedwith major results from natural analogue studies. Furthermore, we investigated and summarized the roles andvarious interactions processes of microbes and their effects on the radionuclide migration and retardationincluding recent research status. Therefore, it is expected that the effects and roles of microbes on theradioactive waste disposal can be rigorously evaluated if further researches are carried out for a long-termbehavior of the disposal system in the deep geological environments and for the effects of microbes on theradionuclide migration through geological media.