원자력이용시설에서 발생한 작은 크기의 금속 조각들을 효과적으로 제염하는 스마트 장치를 개발하였다. 이 장치는 자성연 마재를 포함한 영역의 자속밀도를 연속적으로 변화시키는 방법과 초음파를 이용하는 다중 제염장치이다. 한편, 제염 효율을 높이기 위해 제염 장치가 제염 대상 전체에 작용하도록 장치들의 구성을 수정하였다. 개발된 장치들의 최적 작동조건을 도 출하여 샘플로 선정한 소형의 금속방사성페기물에 대하여 자기장과 초음파제염을 각각 15분간 실시하였다. 그 결과 제염계 수의 범위는18~56으로 크게 향상되었으며 제염 후 모든 샘플은 백그라운드(BKG)값 이하로 확인되었다.

우라늄으로 오염된 토양을 복원하기 위해 실규모의 동전기제염장치로 제염하는 과정에서 많은 산폐액이 발생한다. 발생한 산폐액에 CaO를 가해 우라늄수산화물을 침전시켜 여과한 다음, 방사성 폐액을 줄이기 위하여 이 용액을 재사용하였다. 그 러나 이 용액을 동전기에 재사용할 경우, 높은 농도의 칼슘 때문에 양극실에서 음극실로 용액이동 속도가 감소하여 여과포 의 약화, 전선 부식, 음극면에 산화물 부착 등의 문제점이 발생하였다. 이 문제들을 해결하기 위하여 재생액에 황산을 넣어 CaSO4로 침전시켜 칼슘을 제거하였다. 칼슘이 제거된 재생액을 사용하여 소형 동전기 장치에서 20 일간 토양제염 실험을 수 행한 결과는 세척후 토양내 우라늄 잔류 농도가 0.35 Bq/g로 감소하였으며, 이는 증류수 제염한 결과와 유사하게 나타났다.

레이저 용발법에 의한 금속 표면 제염특성을 평가하였다. 레이저로는 파장 532 nm, 펄스에너지 150 mJ, 펄스폭 5 ns의 큐스위치 Nd:YAG 를 적용하였고, 금속 표면에 CsNO3, Co(NH4)2(SO4)2, Eu2O3 그리고 CeO2를 오염시켜 이들의 제염 특성을 평가하였다. 제염 변수로는 레이저 적용횟수, 레이저 에너지 밀도 및 레이저 조사 각도 특성을 평가하였으며 각각 8, 13.3 J/cm2 및 30o의 최적 조건을 확인하였다. 제염 효율은 오염성분의 비점과 관련이 있었으며 CsNO3>Co(NH4)2(SO4)2>Eu2O3>CeO2 순이었다. 또한 여러 에너지 밀도 조건에서 스테인레스 스틸 재질의 식각 깊이 제어 특성을 규명하였다.

국내 원자력발전소의 가동년수 경과에 따른 방사능 오염증가로 제염공정에 대한 관심은 점차 점증되어 가고 있다. 화학제염은 방사성폐기물의 생성과 방사선량율을 낮추는데 매우 중요하다. 이에 앞서, 원전 주요계통 및 부품 등의 화학제염을 위해서는 대상 재질에 적합한 산화제 및 제염제를 우선 선정하여야 한다. 이를 위해서는 제염대상물 혹은 제염대상 계통에서 채취한 크러드에 대한 각종 분석을 실시하여 크러드의 화학조성 및 결정구조에 대한 정보를 확보해야 하나 실제적으로 방사능을 띤 계통으로부터 시료를 직접 채취할 수 있는 특별한 프로그램이 마련되어 있지 않는 한 극히 제한된 방사능을 띠고 있는 부식산화물의 자료만을 얻을 수 있다. 크러드의 조성은 모재의 성분과도 밀접한 관계가 있기 때문에 재장전 주기에 따라서도 차이가 많다. 따라서 가능한 한 제염대상을 선정한 다음 제염대상으로 채취한 크러드에 대한 각종 분석자료를 확보하거나 분석을 실시하여야 한다. 본 논문은 미확보 시료에 대한 대안으로 모의크러드를 다양한 방법으로 제조하는 기술에 대해 언급하였다. 금속 산화물과 금속 수화물이 12가지의 각기 다른 방법으로 실제 시료와 유사한 화학조성과 결정구조를 지닌 모의크러드의 합성에 사용되어졌다. CRUD#4(압력용기속의 금속산화물)와 CRUD#10(하이드라진 전 처리후 도가니속의 금속산화물)시료가 Type 1, 2에 대해 가장 양호하게 합성되어졌다. 이들 크러드 시료들은 특별한 장비를 사용하지 않고도 짧은 시간 내에 반응이 이루어지고 많은 량의 시료를 쉽게 합성할 수 있게 됨으로서 제염제와 제염공정을 개발하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

핵연료 운반용 실린더의 재사용을 위한 용기세척공장의 제염공정에 대한 성능을 평가하기 위하여 Na2CO3 + H2O2 혼합용액의 조합을 약간 달리한 2회의 시험을 실행하였다. 각 시험은 모두 일련의 5 단계에 걸쳐 실시되었다. 우라늄 제염의 주 화학종은 Na4UO2(CO3)3 로 식별되었다. 그리고 첫 단계에서의 세척액은 물이었으며, 이 단계에서 50% 이상의 우라늄이 제염되었다. 그 이후로는 단계가 더해 갈수록 우라늄의 제염양은 지수함수적으로 감소하는 경향을 나타내었으며, 화학양론적으로 제거된 우라늄에 비하여 투여된 Na2CO3 의 양은 과다함을 나타내었다. 이러한 결과들에 의하면, 공정최적화를 통하여 Na2CO3 의 투여량 감축, 세척폐액의 감량, 제염단계 축소 등을 꾀할 수 있을 것으로 판단된다.

이 연구에서는 플라즈마 제염 기술의 실용화를 위해 , , 등의 반응성 플라즈마 기체를 이용하여 원자력 시설의 주요 오염원인 코발트 핵종에 대한 표면 제염 모의실험을 수행하였다. 디스크 형태의 금속코발트에 대하여 시편 표면 온도를 변수로 플라즈마 식각 실험을 수행한 결과 반응율은 에서 기체의 경우 그리고 와 기체의 경우 각각 과 이었으며, 이들 반응의 활성화에너지는 각각 39.4 kJ/mol, 42.1 kJ/mol, 116.0 kJ/mol이었다. 이와 함께 AES (Auger Electron Spectroscopy)를 이용하여 반응 생성물 성분 분석 결과 이들 반응의 주요 반응 기구는 코발트의 불화 반응임이 밝혀졌다. 이 연구를 통해 확보된 의 금속 표면 식각율은 주요 반도체 공정의 식각율을 뛰어넘는 높은 식각율로 플라즈마 제 염 기술의 실용화를 앞당길 수 있는 고무적인 결과라 할 수 있을 것이다.

본 논문은 가장 극한 조건(공정모델-2)에서 화학 제염한 경우 원자로 냉각재 펌프용 스테인리스강의 내식성 평가에 관하여 연구하였다. 사이클 경과에 따른 304 스테인리스강의 전기화학적 특성은 다른 스테인리스 강보다 우수한 특성을 나타냈다. 또한 공정모델-1과 공정모델-2의 304 스테인리스강은 가장 낮은 무게 감량을 나타냈다. 공정모델 용액에서 304 스테인리스강, 415 스테인리스강, 431 스테인리스강에 대한 실험 결과 공정모델-1에 대한 공정모델-2의 무게감량비는 각각 2.908, 2.372,그리고 2.370배를 나타냈다. 그 이유는 공정모델-2의 경우가 공정모델-1에 비하여 화학약품 농도나 온도가 높은 가혹한 조건에 기인한 것으로 사료된다.

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.

Type 304 stainless steel 시편에 느슨하게 붙어있는 분말에 대한 초음파 제염 거동을 조사하였다. 매질을 물, PFC 및 의 음이온 계면활성제를 함유한 PFC 용액으로 변화시킴에 따라 제염계수는 20, 50 및 200으로 증가하였다. 제염계수에 차이가 생기는 이유를 초음파 매질의 표면장력 및 양으로 하전된 산화물 표면과 음이온 계면활성제 사이의 상호작용에 기인한 것으로 설명할 수 있었다. 음이온 계면활성제를 함유한 PFC 용액 내에서 분말로 오염된 평면 시편, 파이프 시편, 틈새 시편 및 용접 시편에 대한 초음파 제염 효과를 관찰하였다. 연구된 모든 시편에 대해, 대부분의 오염물이 완벽하게 제거되는 것으로 나타났다. 길이가 6cm인 파이프 시편에 대해서는 오염물의 가 제거되었다.

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.

Cs 이온에 대해 선택성을 갖는 ferrocyanide-음이온 교환수지를 제조하여 모의 제 염폐액 내에 존재하는 Cs 이온에 대한 흡착실험을 수행하였다. 제조된 이온교환 수지가 citric acid를 주제염제로 하는 제염폐액 내에 존재하는 Cs+ 이온에 대한 흡착능력은 상용 양이온교환수지에 비해 4배 이상 효과적인 것으로 나타났다. 모의 제염폐액과 선택성 이온교환수지를 접촉시킨 후 360분이 경과하면 금속이온에 대한 흡착반웅이 평형에 도달하였다. 본 연구범위에서 Co 이온농도가 필요이상 증가하게 되면 Cs 이온의 흡착율은 감소하였다. 과산화수소와 히드라진을 사용한 선택성 폐 이온교환수지의 재생실험 결과 전기중성화조건을 만족시키기 위해 Cs 이온이 수지로부터 용출됨을 확인하였고 열화없이 재 사용가능성을 확인하였다.