• 자원환경지질
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• 제56권4호
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• pp.421-433
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• 2023

원자력발전소의 사용후핵연료(Spent Nuclear Fuel: SNF)에 대한 최종처분은 지하 심부의 지질학적 저장소에서 이루어진다. 사용후핵연료를 감싸는 금속처분용기는 주철과 구리 등으로 제작되어 방사성핵종을 장기간 격리할 예정이며, 공학적방벽과 천연방벽으로 구성된 다중방벽처분시스템에 의해 보호를 받도록 설계된다. 지하 심부의 환경(심층처분환경)은 점차 무산소의 환원환경으로 바뀌게 되며, 이러한 환경에서 구리처분용기의 부식을 일으킬 수 있는 유력한 물질 중 하나는 황화물이다. 황화물에 의한 응력균열부식은 구리처분용기의 안정성을 크게 저하시켜 처분장의 장기안전성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 심층처분환경에는 황산염이 다양한 형태로 존재 또는 유입될 수 있으며, 황산염환원미생물에 의해 황화물로 전환되어 구리처분용기의 부식에 기여할 수 있다. 완충재와 뒤채움재의 유력한 후보물질인 벤토나이트에는 주로 석고(CaSO₄)와 같은 산화형태의 황산염 광물이 포함되어 있다. 심층처분환경 내에 미생물이 생장할 만한 공간이 있고 유기 탄소 등 전자공여체가 충분히 공급된다면 미생물 활동에 의해 황산염이 황화물로 환원될 수 있다. 하지만 근계영역에서 생성된 황화물과 지권으로부터 유입되는 황화물 중 대부분은 완충재에 의해 차단되어 극히 일부만이 처분용기에 도달할 것이다. 처분환경에서 존재가능한 황화철 광물 중 하나인 황철석은 용해과정에서 황산염을 발생시켜 구리처분용기의 부식에 기여할 수 있다. 하지만 황철석의 극히 낮은 용해도로 인해 산화 생성물의 양은 매우 적을 것이고 포화된 벤토나이트의 낮은 수리전도도로 인해 처분용기로 산화 생성물의 이동은 제한될 것이다. 우리는 심층처분환경에서 황산염의 존재와 환원 그리고 황화물과 황철석의 형성 및 거동 특성 등에 관한 주요 연구 사례 등을 종합적으로 분석, 정리하였고, 고준위방사성폐기물 처분장의 장기안전성에 대한 황산염과 황화물의 영향을 이해하고자 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.204-211
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• 2020

경질 크롬 도금은 도금과정에서 유독성 물질인 Cr⁺⁶을 배출시키기 때문에 환경오염과 폐암을 유발하고 있어 최근 고속화염 용사법 (HVOF)을 이용한 코팅 방법이 대체 방법으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 HVOF 방법을 이용하여 경질 크롬 도금 방법을 대체하기 위한 WC-CoCr과 WC-CrC-Ni 서멧 코팅을 제조하였으며, 제조된 코팅층의 물리적/화학적 특성인 미세경도, 기공도, 결정상 및 미세구조를 경도기, 광학현미경, X-선 회절 (XRD), 주사전자현미경(SEM) 및 EDS를 이용하여 분석하였다. 코팅층의 마모 및 마찰 거동 분석을 위해 왕복 슬라이딩 마모 테스트 방법을 이용하여 25 ℃, 250 ℃, 450 ℃의 온도에서 실시하였으며, 두 코팅층의 마모/마찰 특성을 비교 평가하여, 코팅층의 내마모 성능이 미세구조와 금속기지 결합제 간의 연관성이 있음을 확인하였다. 결과적으로 미세구조가 균일하고, 기공도가 낮을수록 내마모성이 향상되고, 금속기지 결합제가 많을수록 우수한 내마모성을 나타내는 것으로 확인되었다. 즉, 균일한 미세구조와 과량의 Co, Cr 금속기지 결합제, 낮은 기공도로 인해 온도와 테스트 온도와 관계없이 WC-CoCr 코팅이 WC-CrC-Ni 코팅에 비해 내마모성이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술논문집
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• pp.147-157
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• 2004

CANBU형 원전에서 $^{14}C$ 핵종은 감속재 계통, 냉각재, 환형기체 및 연료 계통에서 생성된다. 이4가지 계통 중 감속재 계통이 전체 $^{14}C$ 생성의 94.8%를 차지하고 있다. $^{14}C$ 핵종은 용액 내에서 PH에 따라 용존 이산화탄소$^{14}CO_2$), 중탄산 이온($H^{14}{CO_3}^-$), 탄산 이온($^{14}{CO_3}^{2-}$) 및 탄산($H_2^{14}CO_3$)의 형태로 존재하는데, 감속재 계통에서는 PH가 5이상으로서 주로 이산화탄소($^{14}CO_2$), 탄산($H_2^{14}CO_3$) 및 중탄산 이온($H^{14}{CO_3}^-$)으로 존재한다. 본 연구에서는 월성 원전 각 계통에서 사용되고 있는 이온교환수지 현황과 년도별 폐수지 발생현황을 조사하였다. 그리고 월성 원전에서 사용되고 있는 IRN 150 수지의 탄소화합물의 흡$\cdot$탈착 특성을 살펴보기 위해, 중성 pH에서 주로 존재하는 ${HCO_3}^-$ 이온을 IRN 150 수지와 반응시켜 포화시킨 뒤, $NaNO_3$ 와 $Na_3PO_4$ 및 HC1, NaOH의 탈착용액을 선정하여 ${HCO_3}^-$ 이온의 탈착 가능성을 알아보았다. $Na^+$ 이온에 의한 $CO^{2+}$ 이온 및 $Cs^+$이온의 탈착은 거의 발생되지 않았으며, ${NO_3}^-$ 이온 및 ${PO_4}^{3-}$ 이온에 의한 ${HCO_3}^-$ 이온의 탈착은 서서히 진행되었다.

• Journal of Radiation Protection and Research
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• 제33권3호
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• pp.113-120
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• 2008

이 연구에서는 국내 개발중인 초고온가스로 (VHTR: Very High Temperature Reactor)를 대상으로, 발생되는 삼중수소 양, 계통간 이송, 제거, 분포 그리고 최종적으로 생산된 수소에 대한 삼중수소에 의한 오염 준위를 예측할 수 있는 해석 모델인 TRITGO 코드를 소개하였고, 수소를 생산하는 IS (Iodine Sulfide) 계통으로의 삼중수소 투과양을 모의할 수 있도록 코드를 개선하였다. 또한 GT-MHR 600MW 열출력을 가정, 최종 수소 생산물의 삼중수소에 의한 오염치를 예측하였다. 예상 오염치는 약 0.055 Bq/$H_2-g$으로 일본 규제치 56 Bq/$H_2-g$에 약 1/1000 수준으로 낮게 예측되었다. 모의 결과 삼중수소 방출을 억제하기 위해서는 피복관의 건전성 유지 및 헬륨 냉각재와 흑연으로 구성된 반사체내 불순물인 $^3He$ 및 Li을 가능한한 낮은 준위로 유지하는 것이 필요함을 보여 주었다. 또한 냉각재내 불순물을 직접 제거할 수 있는 정화계통의 성능이 중요한 설계인자로 판단되었다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.114-121
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• 2002

가압유동층 화력발전소 운전시, 석탄 및 황산화물 흡착제 내에 존재하는 알칼리금속 성분들은 유동층 연소기 출구에서 입자나 증기 형태로 배출된다 이러한 알칼리 성분은 분진제거장치에 의해 제거될 수 있으나, 대부분의 분진 제거장치는 고온, 고압을 유지하지 못하므로 전체 발전효율이 떨어지게 된다. 또한 증기상으로 존재하는 알칼리금속 성분은 터빈날개 부식의 시발점이 되며, 그 배출정도는 석탄 및 흡착제에 포함된 광물의 특성과 조성 및 가압유동층 운전조건에 따라 달라지며 그 농도는 수십 ppm 정도인 것으로 알려져 있다. 반면 가스터빈에 유입되는 연소가스중의 알칼리금속 농도 허용치는 오일 및 석탄 연소의 경우에 50 ppb 이하로 설정되어 있다. 그러므로, 석탄의 유동층연소 및 가스화 과정에서 발생되는 알칼리금속 증기는 고체상의 흡착제를 사용하여 제거하여야만 가스터빈 부식 문제를 해결하고 전체 플랜트 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 보크사이트, 고령토 및 석회석 흡착제들을 가압 알칼리증기 제거반응기 조건에 알맞도록 실린더 형태의 펠렛으로 성형 및 제조하여 실첨에 사용하였다. 연구결과에 의하면, 보크사이트가 가장 우수한 흡착제로 판단되며 고령토, 석회석 순서로 알칼리 흡착능을 보여 주었으며, 흡착제와 알칼리증기 흡착률은 반응온도, 펠렛의 다공도, 및 반응가스 중 알칼리 농도와 밀접한 관계를 보여 주었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제3권2호
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• pp.125-133
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• 2005

삼중수소의 환경방출에 따른 주민선량의 규제이행을 위해 개발된 NEWTRIT모델, AIRDOS-EPA 모델, NRC 모델의 평가 방법을 고찰하고, 활용 가능한 국내 특성자료를 사용하여 예측결과를 비교하였다. 이들 모델 중에서 가장 최근에 개발된 NEWTRIT 모델만이 tritiated water (HTO) 방출에 따른 organically bounded tritium (OBT)의 영향을 고려한다. 평가결과 삼중수소의 환경방출로 인해 모든 가능한 경로로부터 받게 되는 총 피폭선량은 AIRDOS-EPA 모델의 예측결과가 NEWTRIT모델과 NRC모델에 비해 각각 1.03배, 2.46배 높은 결과를 나타냈다. 이러한 결과로부터 NRC모델로 예측되는 피폭선량이 실제 주변주민이 받을 수 있는 피폭선량을 과소평가할수 있다고 이해해서는 안될 것이다. 왜냐하면 삼중수소의 환경내 거동에 대한 불확실성은 매우 크기 때문에 규제이행을 위한 수학적 모델과 관련 변수 값은 극히 보수적 가정에 근거하기 때문이다. NEWIRIT 모델로 예측된 식품섭취에 의한 피폭선량에서 우리나라의 주식인 곡류의 상대적으로 많은 섭취로 OBT는 HTO와 거의 대둥한 수준의 영향을 나타내었다. 삼중수소의 환경방출에 따른 총 피폭선량에서 NRETRIT 모델은 AIRDOS-EPA 모델과 유사한 예측결과를 나타내지만, NEWTRIT 모델은 식품섭취에 따른 OBT의 영향을 고려함으로써 환경으로 방출된 HTO 거동의 현상적 이해 둥에 있어서 보다 의미가 있다고 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제5권1호
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• pp.91-99
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• 2007

본 연구에서는 방사성폐기물의 화학처리공정에 자주 사용되는 유동관식 장치 중 튜브형 반응기, 다단식 용매추출 장치, 흡착탑 등 물질전달이 수반되는 장치에 있어 각종 매개변수들이 반응수율이나 물질전달수율에 미치는 영향과 민감도를 살펴보았다. 먼저 각 장치에 대한 거동을 묘사하기 위하여 수학적 모델링을 수행하였고 전산모사를 통하여 해당 장치의 거동을 예측하였다. 그리고 그 결과로부터 해당 공정의 고유한 매개변수들이 반응수율 또는 물질전달수율에 미치는 영향과 민감도를 분석하였다. 튜브형 반응기에서는 확산계수, 반응속도상수 등이 반응수율에 미치는 영향을, 다단식 용매추출 장치에서는 연속상과 분산상의 분배계수, 연속상 흐름의 역혼합 등이 추출수율 및 장치 내 농도 분포에 미치는 영향을 고찰하였다. 또 흡착탑에 있어서는 흡착평형상수 및 유체-흡착재간 물질전달계수 등이 흡착 속도에 미치는 영향을 조사하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권1호
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• pp.69-75
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• 2013

본 연구에서는 산화 공정이 Zircaloy-4 (Zry-4) 피복관의 염소화 반응 속도에 미치는 영향을 연구하기 위하여 Zry-4 피복관의 염소화 반응 실험을 수행하였다. 2시간 마다 반응 생성물을 회수하며 총 6 시간 동안 염소화 반응 실험을 수행하였고, 이를 통해 500도에서 10 시간 동안 산화된 Zry-4의 경우 초기 0-2 시간 구간에서 반응 속도가 현저히 저하되는 것을 확인하였다. 반응 잔류물은 fresh Zry-4와 산화된 Zry-4에서 각각 초기무게의 0.95, 1.65wt%로 확인되었다. 회수된 Zr의 순도는 두 경우 모두 99.61wt%로 동일하였다. 반응 속도의 정량적 분석을 위해 피복관의 반응 시간을 0.5, 1, 2, 4 시간인 경우에 대해 실험을 수행하였다. 실험 결과 분석을 통해 fresh Zry-4의 경우 전 영역에 걸쳐 23.35wt%/h의 단위 시간당 무게감소를 확인할 수 있었고, 산화된 Zry-4의 경우 반응 속도가 두 영역으로 나뉘는 것을 확인하였다. 산화된 Zry-4의 무게 감소 속도는 0-20wt% 영역에서는 17.12wt%/h, 20-100wt% 영역에서는 27.16wt%/h으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제7권1호
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• pp.63-72
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• 2009

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.

• 방사성폐기물학회지
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• 제12권4호
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• pp.315-334
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• 2014

월성원자력환경센터 중저준위방사성폐기물 처분시설은 서로 다른 방식의 처분시설이 혼재하고, 월성 원자력발전소와도 인접해있다. 이와 같은 높은 복잡성으로 인해 처분시설 안전성 평가 시 보다 면밀한 현상이해가 필요하다. 기존 1단계 사일로 처분시설의 성능평가모델들에 포함된 불필요한 보수성을 줄이고 복합처분시설에 대한 보다 실제적인 성능을 파악하기 위해서는 다차원 수리/핵종이동 모델이 필요하다. 이와 함께 향후 복합처분시스템의 특성에 기인한 다양한 불확실성을 관리하고 파라미터의 중요도를 분석하기 위해 많은 계산이 필요할 것으로 예상하며, 이를 위해 보다 효율적인 성능평가 모델이 요구된다. 본 논문에서는 두 요건을 충족시키기 위해 수리성능 모델과 핵종이동 모델을 연계한 2단계 천층처분시설의 근계영역 2차원 통합성능평가 모델을 개발하였다. 수리 및 핵종이동은 PORFLOW와 GoldSim 전산 코드를 이용해 평가하였으며, GoldSim 핵종이동 모델은 PORFLOW 핵종이동 모델과의 벤치마크를 통해 검증하였다. GoldSim 모델은 계산효율이 뛰어났으며 기존의 모델에 비해 핵종이동거동을 이해하는데 용이하였다.