Diffusivities of Co-60 through the Clay with varying bulk density.

점토층의 밀도 변화에 따른 Co-60의 확산속도

Diffusivity of ions of radioactive species is an important factor for designing radwaste repositories. Clay minerals are used as a backfill material. In this study, diffusion of Co-60 ions through the bentonite having various densities has been studied, using a diffusion cell. The measured diffusivities of Co-60 ions decreased as the density of bentonite increased. The diffusivity of Co-60 ion decreased from $8.79{\times}10^{11}m^2/s$ to $6.82{\times}10-13m^2/s$ as the clay dry bulk density increased from 0.41 to 2.03g/cm3. The diffusivity of Co ion was larger than that of Sr ion at low density, but the diffusivity of Co ion decreased rapidly as the density of clay increased and became smaller than that of Cs ion at high density. This phenomenon is thought to be caused by the rapid decrease of the fraction of mobile cation since the chemical combination of Co ions with oxygen or oxide on clay surface and the entrance of Co ions into the crystal structure of clay increase as the clay density increases. This change should be considered especially in designing the clay back fill for low and intermediate radwaste disposal facilities.

Co-60은 원자력발전소에서 발생하는 부식생성물로서 중저준위 방사성폐기물에 함유된 가장 중요한 핵종중 하나다 방사성폐기물처분장 충전물로 많이 사용되는 점토층을 통한 Co-60 확산실험을 하여 밀도변화에 따른 확산계수를 구하였다. Co-60의 확산실험 기간은 점토 밀도에 따라 최소 9시간에서 최대 120일이 걸렸으며, 확산계수는 저밀도인 $0.41g/cm^3$에서 $8.79{\times}10^{11}m^2/s$로부터 고밀도인 $2.03g/cm^3$에서 $6.82{\times}10^{14}m^2/s$까지 급격히 감소하는 현상을 보여주었다. 그리고, 기존에 수행한 연구와 비친 결과 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 첫째, 2가 이온인 Sr나 Co이온은 저밀도 점토층에서 1가 이온인 Cs 보다 큰 확산속도를 갖는다. 이러한 현상은 점토표면에 흡착되는 양이온들의 수화상태로 부터 설명할 수 있었다. 둘째, Co 이온의 경우 저밀도에서는 Sr이온보다도 큰 확산계수를 보여준다. 이러한 현상은 Co이온의 수화반경이 Sr이온보다 크다는 사실로 해석할 수 있었다. 셋째, 밀도가 증가함에 따라 Co 이온의 확산계수는 Cs 이온보다도 작은 값으로 급격히 감소한다. 이러한 현상은 점토층의 밀도가 증가함에 따라 점토표면과 화학결합을 하는 Co 이온들이 급격히 증가하고, 점토의 결정속으로 잠적하여 점토의 일부가 되는 이온들이 급격히 증가하기 때문인 것으로 생각된다. 이와 같은 현상들은 표면확산이론으로 설명이 가능하며 특히 저밀도 점토층에서 Co-60의 확산속도가 크다는 것은 중 저준위 방사성 폐기물 처분장 설계나 안전성 평가에 매우 중요한 자료가 될 것이다.