As part of planning for waste minimization, decontamination foam has been considered as a potential application for the cleaning of radioactive contaminant. In this study, we synthesized silica particles to improve foam stability by varying synthesis parameters. Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) was found to influence the stability of the decontamination foam. The reason was that higher interaction between SiO2 nanoparticles and surfactant at the air-water interface in aqueous solution is beneficial for foam stability. CTAB can also be used as an additive for the aggregation of silica nanoparticles. In the separation of SiO2 nanoparticles, CTAB plays a critical role in the nanoparticles flocculation because of the charge neutralization and hydrophobic effects of its hydrocarbon tails.

투수성이 높은 토양에 대한 동전기세정 제염의 영향을 평가했다. 실험토양은 많은 모래를 함유하여 수리전도도가 높은 연구 원자로 주변부지로부터 채취했다. 세정용액의 방출속도는 제염시간 경과와 함께 감소했다. 시트릭산을 사용했을 때, 세정용액의 방출속도는 78.7 ml/day로 가장 빨랐다. 세정용액으로 초산을 사용하였을 때, 토양으로부터 코발트와 세슘의 제거효율은 가장 높은 값인 95.2%와 84.2%를 나타냈다. 동전기제염 시 발생된 토양 폐액부피는 토양세척제염시보다 1/20으로 감소했다. 반면에 동전기세정방법은 토양으로부터 코발트와 세슘 제거효율을 동전기방법 보다 각각 6%와 2%로 향상시켰다. 그러므로 동전기세정방법은 투수성이 높은 토양제염 시 좀 더 효과적이다.

연구용원자로 해체비용은 해체대상물에 대한 특성 및 제원에 맞게 해체작업을 분류하고 구성요소를 설정하여 단위비용인자를 바탕으로 한 공학적 비용 산정 방법으로 해체비용을 산정한다. 연구용원자로에 대한 해체비용은 크게 인건비, 장비 및 재료비로 구성이 되는데 해체작업에 소요되는 인건비는 해체대상물에 소요되는 작업시간을 바탕으로 계산을 한다. 본 논문에서는 연구용원자로 해체비용 산정 시 인건비 계산에 필요한 단위비용인자 및 작업 난이도 인자를 산출하였다.

해체 작업은 최적의 해체시나리오에 따라 경제적이면서 안전하게 수행되어야 하기 때문에 제염해체의 계획단계에서 시나리오의 다양한 관점에서의 평가는 매우 중요하다. 따라서 사전에 해체 시나리오에 대한 평가자료를 산출하기 위한 평가모듈개발이 필요하였다. 본 논문에서는 해체 시나리오의 전체적인 과정을 컴퓨터 가상공간에서 표현하여 해체과정을 이해하고 문제점을 파악하기 위해 디지털 목업 시스템을 구축하였다. 그리고 해체일정과 예상비용을 산출하기 위해 해체작업시간 및 예상비용 산출식을 도출하였다. 그리고 대상물의 방사화 정도를 쉽게 파악하기 위하여 방사화 가시화 모듈을 개발하였다. 마지막으로 전체적인 결과와 다른 여러 중요요소를 기초로 하여 해체 시나리오를 평가하는 방법론에 대해 기술하였다.

원자력연구소 핫셀의 구조와 오염특성이 조사되었다. SEM 측정결과 핫셀 내부에 부착된 고방사능 분진의 크기는 이었다. 사이클론의 최적 Vortex finder의 길이는 49 mm이고, 모의입자 유입속도는 15m/sec가 적합했다. 이때 의 포집효율은 약 85%였다. 모의 입자 유입속도가 15m/sec보다 빠를 때, 포집효율의 증가율은 크지 않았다. 유입가스의 온도가 증가할 때, 포집효율은 약간 감소했다. Vortex finder의 길이가 증가할수록 사이클론내의 압력강하는 커졌다. Cut size diameter는 Reynolds number의 증가와 함께 감소했다. 측정된 Reynolds number에 근거하면, 사이클론 내부는 난류이고 이 난류는 사이클론 내의 압력강하에 원인이 된다고 사료된다. 는 Re 값의 증가와 함께 감소하고, Re의 값이 커질 때에서 일정한 값에 수렴했다. 즉, 6000-8000의 Re에서 는 약 0.045를 나타냈다.

중성자가 조사된 흑연에 내재되어 있는 Wigner 에너지를 배출시키는 방법의 하나인 가열냉각공정의 적용 예로 DSC(미분 주사선 열량계) 측정을 통해 흑연으로부터 Wigner 에너지가 배출되는 열 배출 특성을 연구하였다. 일정온도 상승 방법 에 의한 DSC 운전에서 중성자가 조사된 흑연을 가열냉각(annealing)하는 동안 배출되는 Wigner 에너지의 총량과 처리온도에 따른 배출속도를 측정하였다. 연구로 2호기(KRR-2) thermal column 내에 위치별로 중성자의 조사량에 차이가 나는 흑연 시료를 분말로 만들어 상온에서 까지의 온도 범위에서 DSC를 운전하고 이로부터 Wigner 에너지의 배출 속도를 측정하였다. 가열냉각 동안 중성자가 조사된 흑연에서 배출되는 Wigner 에너지의 배출 특성은 가변적 활성화 에너지 속도 식으로 잘 상관시킬 수 있었다.

해체비용 산정은 원자력시설에 대한 해체 설계 및 계획 수립하는 데 중요한 기술이다. 해체비용 산정은 해체활동 단계와 해체시설의 구성요소에 맞게 해체작업을 분류하여 계산을 해야 한다. 본 논문에서는 원자력연구시설 해체비용 산정 기술로 이용하기 위하여 해체비용항목 및 그룹의 구성요소와 해체대상물에 대한 작업시간 계산의 기준이 되는 단위비용 인자 구성요소를 도출함으로써 해체비용 산정에 필요한 기본 구조를 완성하였다. 또한 주요 해체활동 및 작업에 대한 비용 산정 시 구성요소에 대한 고려사항을 살펴보았다. 향후, 이러한 기법을 이용하여 원자력연구시설에 대한 해체비용 산정 및 평가 방법론을 확립하는데 기본 기술로 활용할 예정이다.

PFC 제염기술은 원자력연구시설 핫셀 내부의 바닥이나 장치표면에 부착된 고방사능분진을 제거하기 위한 방법 중의 하나이다. 고가의 PFC 제염용액을 회수 정제후 재사용하고, 2차폐기물발생을 획기적으로 줄일 수 있는 여과장치를 개발하였다. PFC 매질 내 현탁성 방사성입자를 제거하기 위해 오염특성에 적합한 여과장치를 개발하고 입자제거 성능평가시험을 수행하였다. 개발된 PFC 여과장치는 핫셀 내부로 들어갈 수 있게 알맞은 크기와 무게로 제작되었으며 바퀴와 고리를 부착하여 이동이 용이하다. PFC 여과장치의 성능평가결과 모의입자의 농도 증가 시 flux가 감소하였고, Pre-filter()와 final-filter() 두개를 장착하여 여과시간에 따른 flux의 감소를 개선하였다. 개발된 PFC 여과장치는 분당 약 0.2L의 PFC 폐액을 처리 할 수 있다.

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.

원자력연구시설의 핫셀 내 바닥이나 장치표면에 부착된 고방사능분진의 제거를 위해서 PFC제염기술을 적용한다. 고가인 PFC 용액의 재사용을 위해서는 여과장치의 개발이 필요하고 제염종료 후 이차폐기물의 양을 최소화할 필요가 있다. PFC 제염폐액 내 방사성 입자를 제거하기 위해 핫셀 내의 고방사능분진의 오염 특성을 조사했다. 여과 막을 이용한 입자의 제거효율 측면에서 보면 세라믹 , PVDF, PP 막 모두가 95 이상의 높은 여과 성능을 보였다. 기공 크기가 같은 동일 여과 막에서는 입자가 크거나 가하는 압력이 높을수록 좀더 높은 제거효율을 나타내었고, 3psi이하에서는 PVDF의 제거효율이 다른 막에 비해 작게 나타났다. 플럭스 성능은 PVDF 막이 가장 높은 수준을 나타냈고 세라믹과 PP 막에서는 다소 낮은 성능을 보였다. PVDF 막은 낮은 압력과 짧은 여과시간으로 최대(한계)플럭스에 도달함을 확인하였다. 세라믹 막은 모의입자의 제거 효율은 높지만 다소 낮은 Flux 성능을 나타냈다. 또한, 막 자체의 비싼 가격과 쉽게 부서지는 성질의 단점을 지니고 있지만 무기화합물의 재질로 되어있기 때문에 알파방사능 환경에서 H, 가스를 발생하는 고분자 막인 PVDF, PP 막과 비교하여 훨씬 안정적이었다. 그리고 이들 소수성 여과막들의 특성 비교를 바탕으로 세라믹 막을 적용한 PFC 실증 여과장치의 공정도를 살펴보았다.