Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.7-7
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2011
Quantum beam technology has been expected to develop breakthroughs for nanotechnology during the third basic plan of science and technology (2006~2010). Recently, Green- or Life Innovations has taken over the national interests in the fourth basic science and technology plan (2011~2015). The NIMS (National Institute for Materials Science) has been conducting the corresponding mid-term research plans, as well as other national projects, such as nano-Green project (Global Research for Environment and Energy based on Nanomaterials science). In this lecture, the research trends in Japan and NIMS are firstly reviewed, and the typical achievements are highlighted over key nanotechnology fields. As one of the key nanotechnologies, the quantum beam research in NIMS focused on synchrotron radiation, neutron beams and ion/atom beams, having complementary attributes. The facilities used are SPring-8, nuclear reactor JRR-3, pulsed neutron source J-PARC and ion-laser-combined beams as well as excited atomic beams. Materials studied are typically fuel cell materials, superconducting/magnetic/multi-ferroic materials, quasicrystals, thermoelectric materials, precipitation-hardened steels, nanoparticle-dispersed materials. Here, we introduce a few topics of neutron scattering and ion beam nanofabrication. For neutron powder diffraction, the NIMS has developed multi-purpose pattern fitting software, post RIETAN2000. An ionic conductor, doped Pr2NiO4, which is a candidate for fuel-cell material, was analyzed by neutron powder diffraction with the software developed. The nuclear-density distribution derived revealed the two-dimensional network of the diffusion paths of oxygen ions at high temperatures. Using the high sensitivity of neutron beams for light elements, hydrogen states in a precipitation-strengthened steel were successfully evaluated. The small-angle neutron scattering (SANS) demonstrated the sensitive detection of hydrogen atoms trapped at the interfaces of nano-sized NbC. This result provides evidence for hydrogen embrittlement due to trapped hydrogen at precipitates. The ion beam technology can give novel functionality on a nano-scale and is targeting applications in plasmonics, ultra-fast optical communications, high-density recording and bio-patterning. The technologies developed are an ion-and-laser combined irradiation method for spatial control of nanoparticles, and a nano-masked ion irradiation method for patterning. Furthermore, we succeeded in implanting a wide-area nanopattern using nano-masks of anodic porous alumina. The patterning of ion implantation will be further applied for controlling protein adhesivity of biopolymers. It has thus been demonstrated that the quantum beam-based nanotechnology will lead the innovations both for nano-characterization and nano-fabrication.
Current earthquake alert notification for immediate post-earthquake procedures for the critical facilities is exclusively dependent on the ground-motion intensity measures observed at the seismic station located within the site. This practice is prune to false notification due to a noise and problems of missing and poor quality records of the seismic station. The credibility of the earthquake alert notification can be enhanced by utilizing the multiple transformed records of the nearby seismic stations at other sites interconnected to the same earthquake monitoring system by a network. The time-domain transformation of the site-response between the seismic stations is implemented by convoluting the nearby records with a pair of forward and inverse FIR filters designed for the site response relative to a seismic basement. The transformed records from the nearby seismic stations can be used to estimate the ground-motion intensity measures missing at the site or to evaluate the data quality along with other various possible applications in the area of geoscience and earthquake engineering.
Radioactive cesium($^{137}Cs$) can be released into the environment through severe nuclear accidents such as the Chernobyl and Fukushima, The $^{137}Cs$ is one of major monitoring radionuclides due to its chemical toxicity, ${\gamma}$ radiation and long half-life($t_{1/2}=30.2yrs$). It has been known well that illite adsorb selectively and strongly the cesium due to frayed edge sites. The quantity of the FES in the illite could be controlled by weathering processes. Therefore, this study was modified illite samples through artificial weathering in the laboratory to increase sorption efficiency for cesium. Abundant interlayer cations(i.e., K, Ca) were eluted within 1 day, while Si and Al were gradually released from the crystal structure. In addition, broad peaks of XRD indicated the occurrence of chemical weathering. The cesium sorption distribution coefficients increased up to approximately 2 times after the weathering. These results suggested that sorption capacity of illite could be enhanced for cesium through artificial weathering under low temperature.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.6
no.1
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pp.17-23
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2008
In this study, plasma processing of metal surface is experimentally investigated to enhance the surface decontamination efficiency and to find out the reaction mechanism. Cobalt, the major contaminant in the nuclear facilities, and three fluorine-containing gases, $CF_4/O_2$, $SF_6/O_2$, and $NF_3$ are chosen for the investigation. Thin metallic disk specimens are prepared and their surface etching reactions with the three plasma gases are examined. Results show that the maximum etching rate of $17.2\;{\mu}m/min.$ is obtained with NF3 gas at $420^{\circ}C$, while with $CF_4/O_2$, $SF_6/O_2$ gas plasmas those of $2.56\;{\mu}m/min.$ and $1.14\;{\mu}m/min.$ are obtained, respectively. Along with etching experiments, constituent elements of the reaction products are identified to be cobalt, oxygen, and fluorine by AES (Auger Electron Spectroscopy) analysis. It turns out that the oxygen atoms are physically adsorbed ones to the surface from the ambient not participation ones during the analysis after reaction, which supports that the surface reaction of cobalt is mainly to be a fluorination reaction.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.4
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pp.315-334
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2014
Wolsong Low- and Intermediate-level radioactive waste (LILW) disposal center has two different types of disposal facilities and interacts with the neighboring Wolsong nuclear power plant. These situations impose a high level of complexity which requires in-depth understanding of phenomena in the safety assessment of the disposal facility. In this context, multidimensional radionuclide transport model and hydraulic performance assessment model should be developed to identify more realistic performance of the complex system and reduce unnecessary conservatism in the conventional performance assessment models developed for the $1^{st}$ stage underground disposal. In addition, the advanced performance assessment model is required to calculate many cases to treat uncertainties or study parameter importance. To fulfill the requirements, this study introduces the development of two-dimensional integrated near-field performance assessment model combining near-field hydraulic performance assessment model and radionuclide transport model for the $2^{nd}$ stage near-surface disposal. The hydraulic and radionuclide transport behaviors were evaluated by PORFLOW and GoldSim. GoldSim radionuclide transport model was verified through benchmark calculations with PORFLOW radionuclide transport model. GoldSim model was shown to be computationally efficient and provided the better understanding of the radionuclide transport behavior than conventional model.
Lee, Yoon Ji;Hwang, Doo Seong;Lee, Ki Won;Jeong, Gyeong Hwan;Moon, Jei Kwon
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.11
no.4
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pp.271-280
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2013
Since the decommissioning of nuclear plants and facilities, large quantities of slightly contaminated concrete waste have been generated. In Korea, the decontamination and decommissioning of the KRR-1, 2 at the KAERI have been under way. And concrete waste was generated about 800 drums of 200 L. The conditioning of concrete waste is needed for final disposal. The concrete waste is conditioned as follows: mortar using coarse and fine aggregates is filled void space after concrete rubble pre-placement into 200 L drum. Thus, this research has developed an optimizing mixing ratio of concrete waste, water, and cement and has evaluated characteristics of a cement waste form to meet the requirements specified in disposal site specific waste acceptance criteria. The results obtained from compressive strength test, leaching test, thermal cycling test of cement waste forms conclude that the concrete waste, water, and cement have been suggested to have 75:15:10wt% as the optimized mixing ratio. Also, the compressive strength of cement waste form was satisfied that including fine powder up to maximum 40wt% in concrete debris wastes about 75%. As a result of scale-up test, the mixture of concrete waste, water, and cement is 75:10:15wt% meet the satisfied compressive strength because the free water increased with and increased in particle size.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.4
no.2
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pp.179-186
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2006
Chemical wastes are generated from nuclear facilities and R&D laboratories, but the uranium concentration in the final dried cake is evaluated into 11.2 Bq/g, which exceeds the exemption level of 10 Bq/g for each U isotopes, so the cake is categorized into a radioactive waste. Acid dissolution was applied to extract uranium from the waste sludge, and uranium adsorption on the dissolved solution was experimented by using IRN-77 and Diphosil bead. A large amount of resin was required to get above 80% of uranium removal, which was found to be due to a large amount of metal ions simultaneously dissolved from the precipitates with uranium. As an alternative method, acid dissolution is applied to the dewatered wet cake of the sludge, and the natural evaporation method is adopted for the dissolved solution. The uranium concentration of the dissolved solution was estimated to be 6.97E-01 Bq/ml, and the specific activity of the final waste sheets is evaluated to be 4.3 Bq/g. These results lead to the suggestion that the application of acid dissolution to the wet cake and the natural evaporation for the dissolved solution is an effective treatment method for chemical wastes containing uranium.
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.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.2
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pp.169-178
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2016
The properties of wastes for melting need to be considered to minimize the maintenance of refractory and to discharge the molten slags smoothly from a plasma torch melter. When the nonflammable wastes from nuclear facilities such as concrete debris, glass, sand, etc., are melted, they become acid slags with low basicity since the chemical composition has much more acid oxides than basic oxides. A molten slag does not have good characteristics of discharge and is mainly responsible for the refractory erosion due to its low liquidity. In case of a stationary plasma torch melter with a slant tapping port on the wall, a fixed amount of molten slags remains inside of tapping hole as well as the melter inside after tapping out. Nonmetallic slags keep the temperature higher than melting point of metal because metallic slags located on the bottom of melter by specific gravity difference are simultaneously melted when dual mode plasma torch operates in transferred mode. In order to minimize the refractory erosion, the compatible refractories are selected considering the temperature inside the melter and the melting behavior of slags whether to contact or noncontact with molten slags. An acidic refractory shall not be installed in adjacent to a basic refractory for the resistibility against corrosion.
Park, Kyung-Woo;Ji, Sung-Hoon;Koh, Yong-Kwon;Kim, Geon-Young;Kim, Jin-Kook
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.6
no.4
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pp.283-296
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2008
The numerical simulations for groundwater flow were carried out to support the input parameters for safety assessment in LILW repository site. As the input parameters for safety assessment, the groundwater flux into the underground facilities during construction, flow rate through the disposal silo after closure of disposal silo and flow pathway from the disposal silo to discharge area were analyzed using the 10 cases groundwater flow simulations. From the total 10 numerical simulation results, the statistics of estimated output were similar to among 10 cases. In some cases, the analyzed input parameters were strongly governed by locally existed high permeable fracture zone at radioactive waste disposed depth. Indeed, numerical simulation for well scenario as a human intrusion scenario was carried out using the hydraulically severe case model. Using the results of well scenario, the input parameters for safety assessment were also obtained through the numerical simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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