한국원자력연구소 내의 연구용 원자로(TRIGA II, III) 해체 시 발생한 방사성 알루미늄 해체 폐기물의 감용 및 제염 특성을 평가하기 위해 아크로에서 알루미늄의 용융 특성 및 방사성 핵종의 분배 특성에 대한 연구를 수행하였다. 알루미늄 폐기물은 흑연전극(graphite electrode)을 이용한 전기아크로에서 4가지 종류의 플럭스를 함께 첨가하여 용융시켰다. 또한 알루미늄의 용융 시 방사성 핵종의 분배 특성을 고찰하기 위해 알루미늄 시편에 방사성 모의 핵종인 코발트, 세슘, 스트론튬의 화합물을 오염시킨 후 혹연도가니에 넣어 알루미늄 용융실험을 수행하였다. 전기아크로에서 알루미늄의 용융실험을 수행한 결과 플럭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나 플럭스의 첨가에 의해 알루미늄 용융체의 유동성이 증가됨을 확인할 수 있었다. 아크 용융에 의해 생성된 슬래그의 발생량은 플럭스 A와 B를 첨가한 알루미늄 용융실험에 비해 플럭스 C와 D를 첨가한 실험에서 상대적으로 많은 양이 생성됨을 알 수 있었으며, 첨가된 플럭스의 양이 증가할수록 이에 비례하여 슬래그의 발생량이 증가함을 알 수 있었다. 슬래그(slag)의 XRD 분석을 통해 방사성 핵종이 주괴에서 슬래그 상으로 이동한 후 슬래그를 구성하고 있는 산화알루미늄과 결합하여 안정한 화합물로 슬래그 상에 포집됨을 알 수 있었다. 알루미늄 폐기물의 용융시 Co의 분배율은 플럭스를 첨가한 경우에 보다 높은 제염계수를 나타냈으며, 모든 플럭스에서 40% 이상의 제염 효과를 나타내었다. 반면에 휘발성 핵종인 Cs과 Sr은 주괴로부터 98% 이상이 제거되어 대부분이 슬래그상과 분진으로 이동되는 특성을 확인할 수 있었다.

TRIGA 연구로의 해체 시 발생하는 금속성 폐기물의 용융기술을 확립하기 위한 기초연구로 전기로 내에서 방사성 핵종(Co, Cs, Sr)을 포함한 알루미늄의 용융 시 용융온도, 용융시간 및 플럭스(flux)의 종류가 핵종의 분배 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 플럭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나, 플럭스의 첨가로 알루미늄 용융체의 유동성이 증가됨을 확인할 수 있었다 용융 후주괴(ingot) 및 슬래그(slag) 시료의 XRD분석을 통해 핵종이 주괴에서 슬래그 상으로 이동하고 슬래그를 구성하고 있는 산화알루미늄과 결합하여 안정한 화합물을 형성함을 알 수 있었다. 슬래그의 발생량은 용융온도와 용융시간이 증가할수록 증가하는 경향을 보였으며, 증가속도는 플럭스의 종류에 따라 차이를 보였다. 핵종 중 Co는 용융온도가 증가함에 따라 주괴 내 에서는 감소하였으나 슬래그 상에서는 증가하는 경향을 보였으며, 실험조건에 따라 최대 90까지 주괴에서 슬래그로 이동하였다. 휘발성이 강한 Cs과 Sr은 대부분이 슬래그와 분진으로 이동하여 매우 높은 제염계수를 얻을 수 있었다.

In Korea, two decommissioning projects have been carried out due to retire of nuclear research facilities such as Korean research reactors (KRR-1 & KRR-2) and a uranium conversion plant (UCP). The decommissioning of the KRR-2 and a uranium conversion plant (UCP) at KAERI were finished completely by 2011, whereas the decommissioning of KRR-1 is currently underway. The large quantity of radioactive waste was generated during the decommissioning the KRR and UCF such as concrete waste, soil, combustible and non combustible waste. The volume reduction of the combustible wastes through the incineration technologies has merits from the view point of decrease in the amount of waste to be disposed of resulting in a reduction of the disposal cost. Incineration is generally accepted as a method of reducing the volume of radioactive waste. The incineration technology is effective treatment method that contains hazardous chemical as well as radioactive contamination. Incinerator burns waste at high temperatures. Incineration of a mixture of chemically hazardous and radioactive materials, known as“mixed waste,”has two principal goals: to reduce the volume and total chemical toxicity of the waste. Incineration itself does not destroy the metals or reduce the radioactivity of the waste. A proven melting technology is currently used for low-level waste (LLW) at several facilities worldwide. These facilities use melting as a means of processing LLW for unrestricted release of the metal or for recycling within the nuclear sector. Fig. 1 shows the schematic diagram of the oxygen-enriched incineration (OEI) and melting facility. The oxygen-enriched incinerator located at the KAERI. The system consists of a waste preparation system, incineration system, off-gas cooling system, and off-gas treatment system. Demonstration incineration facility took over the responsibilities of KHNP for decommissioned combustible waste. After taking over the demonstration incineration facility from KHNP, the facility was modified, and work toward the licensing procedure, and an extension of the object waste including alpha-bearing waste and increase incineration capacity, began in June 2011. The melt decontamination technology is the most effective treatment method for decommissioned metal waste. Melting for size reduction would require no prior surface decontamination and very little sorting of the waste material. Also, the recycling or volume reduction of the metallic wastes through the melt decontamination technologies has merits from the view point of an increase in resource recycling as well as a decrease in the amount of waste to be disposed of resulting in a reduction of the disposal cost and an enhancement of the disposal safety. Melt facility consist of four system such as preparation system, melting system, ingot treatment, and off-gas treatment system. The decommissioned combustible waste has been incineration by incinerator from last year. In case of metal waste, metal waste will be melt for self-disposal and volume reduction by induction furnace. Combustible wastes were treated by incinerator and ash dispose permanently site. In case of metal wastes is treated by induction furnace and slag dispose permanently site and ingot will be reuse.