사용후핵연료의 고온 열처리공정 중에 발생되는 핵분열 가스는 세슘, 테크네튬, 요오드, 삼중수소, 크립톤, 제논 등이다. 이들 다양한 핵분열 가스를 단/장반감기/열발생 핵종별로 선택적으로 포집하여 고준위폐기물 발생량 최소화 및 최적화기술 개발은 시급한 문제로 다가오고 있다. 이들 핵종 중 방사성 기체상 세슘은 선택적 배기체 처리공정에서 석탄회 필터를 이용한 고온 흡착법으로 포집한다. 배기체 처리장치에서 기체상 세슘을 포집 후 발생되는 세슘 폐필터 고화방법은 밀도가 높고, 열적 안정성이 우수하며, 내침출성이 우수한 고화방법이 개발되어야 한다. 세슘 폐필터 고화방법 중 기체상 세슘을 포집한 세슘 폐필터 자체를 소결하여 안정한 고화체로 제조하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구는 기체상 세슘이 포집된 세슘 폐필터(Cs 함량 : 6 ~ 24 wt%)를 분쇄, 혼합 후 소결시켜 세슘 폐필터 세라믹 고화체를 제조하여 이의 침출특성을 PCT-A 정적침출시험법 (ASTM Standard C1285-02)을 이용하여 평가하였다. 세슘 폐필터 자체만으로 대기 분위기하에서 각각 1,000℃부터 1,500℃까지 3시간 동안 열처리하여 얻어진 세라믹 고화체는 세슘함량이 감소할수록 고화체의 제조온도는 낮아졌다. 세슘함량이 6 ~ 24 wt%인 세슘폐필터를 단순 열처리만 하여도 밀도가 ~2.7 g/cm³ 으로서 일반적인 붕규산유리 고화체의 밀도인 ~2.5 g/cm³와 비슷하였다. 한편 세슘함량 12 ~ 24 wt.%인 세슘잉곳의 세슘 휘발율은 8wt.% 이하로 매우 우수한 열적 안정성을 나타내었다. 세슘잉곳의 Cs, Si, Al, Na의 mass loss [g/㎡] 값은 EA glass 이하의 값으로 나타났고, 특히 세슘의 mass loss 값은 10-2 ~ 10-1 g/m² 로서 PCT-A 침출률로 환산시 10-3 ~ 10-2 g/(m²·day) 로서 내침출성이 우수하였다.

사용후핵연료를 다루는 각종 공정에서는 열처리 온도, 분위기 가스 등에 따라 Cs 뿐만 아니라 I, Tc, Ru, Te 등의 다양한 준휘발성 핵분열 가스들이 발생된다. 이들 발생되는 핵분열가스들 중 고방사능, 고방열 핵종인 세슘을 환경으로 방출되지 않도록 선택적으로 안전하게 포집하는 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다. 최근 석탄회필터를 이용하여 이를 기체상 세슘과 반응시켜 세슘알루미노실리케이트를 형성시켜 세슘을 포집하는 방법이 개발되었다. 하지만, 석탄 화력발전소에서 이용되는 탄종의 변화에 따라 석탄회의 조성이 달라져 품질관리가 어려우며 석탄회에 포함된 CaO, MgO, TiO2, SO3, Na2O, K2O, BaO, PbO, MnO2 등 다양한 화학적 조성 때문에 선택적으로 세슘만 제거하기 어려운 문제가 제기되었다. 이를 해결하기 위하여 SiO2, Al2O3, Fe2O3를 기반으로 한 세라믹 다공성필터를 제조한 후 이를 이용하여 기체상 세슘을 포집하는 방법이 모색되고 있다. 본 연구는 OTS(Off-gas Trapping System) 장치를 이용하여 고온 하에서 알루미노실리케이트 필터의 세슘 포집특성을 분석하였다. 이를 위해 SEM-EDX, ICP를 이용하여 포집 전·후 필터의 미세구조의 변화 및 세슘의 농도를 분석하였다. 무게분석을 통해 알루미노실리케이트 필터의 세슘포집효율은 99% 이상이었다. 알루미노실리케이트 필터의 표면을 SEM으로 형상을 확인한 후 EDX로 화학적 성분을 분석한 결과 1단의 경우 세슘은 40.53 wt.%로 나타났고 후단은 세슘이 검출되지 않았다. 또한 ICP로 필터의 후단을 원소 분석한 결과 세슘은 검출되지 않았다. 또한 세슘 포집 후의 필터를 상분석 한 결과 세슘은 화학반응이 결합된 cesium aluminum silicate(Cs4Al4Si20O48) 및 pollucite(CsAlSi2O6) 로 나타났다.