Plasma Arc Melter (MSO) system has been developed for the treatment and the stabilization of various kinds of hazardous and radioactive waste into the readily disposable solidification products. Molten salt oxidation system has been developed for the for the treatment of halogen- and sulfurbearing hazardous and radioactive waste without emissions of PCDD/Fs and acid gases. However, PAM system has showed some difficulty in the off-gas treatment system due to the volatilization of radionuclides and toxic metals at extremely high-temperature plasma arc melter and the emissions of acid gases. MSO system has also showed the difficulty in the treatment of spent molten salt into the disposable waste form. Present study discussed the results of organics destruction performance tests for the PAM-MSO combination system, which is proposed and developed to compensate the drawbacks of each system. The worst-case condition tests for the organics destruction were conducted at lowest temperatures and the worst-case condition tests for the retention of metals and radionuclides were conducted at highested temperatures under the range of normal operating condition. For the worst-case organic destruction test, C6H5Cl was selected as a POHCs (Principal Organic Hazardous Constituents) because of its high incinerability ranking and the property of generation of chlorine gases and PCDD/Fs when incompletely destroyed. Simulated concrete waste spiked with 1 L of C6H5Cl was treated and the emissions of 17 kinds of PCDD/Fs and other hazardous gases such as CO, THCs, NOx, SO2 and HCl/Cl2 were measured. For the worst-case condition tests for the retention of metals and radionuclides, Pb and Cs were selected because of its high volatility characteristics. The emissions of PCDD/Fs was extremely lowered than the emission limit and those of other hazardous constituents were below their emission limit. The results of performance tests on the organics destruction suggested that tested PAM-MSO combination system could readily treat PCBs-bearing spent insulation liquid, spent ion-exchange resins used for the treatment of spent decontamination liquid in the decommission process and the concreted debris bearing hazardous organic coating materials. The decontamination factor of Cs and Co were 1.4×105, 1.4×105, respectively. The emisison of Pb was 0.562 ppm. These results suggested that tested PAM-MSO system treated low-level radioactive and pb-bearing mixed waste.

Present study investigated the waste form integrity of melted products generated from PAM-MSO system, which is proposed and developed to compensate the drawbacks of each system. The disposal suitability of the melting solidification products generated from the plasma arc melting treatment of pulverized cement debris spiked by Pb, Cd and Cs, as indicators of typical hazardous metals and radionuclides existed in the low-level mixed waste in the KHNPPs. The final waste form obtained by the test was evaluated for suitability for disposal. The compressive strength was 261.10 MPa, showing much higher values when compared to other waste form products. The compressive strength of both the sample after irradiation with 107 Gy radiation and that after long-term submersion test (90 days) satisfied the disposal criteria. As a result of the leaching test conducted according to the ANS 16.1 test method, it was confirmed that the leaching index satisfies the disposal criteria.

국문 우주항공 분야에서 널리 쓰이고 있는 하이드라진[hydrazine, N2H4]은 로켓연료로 사용되는 대표적인 추진제이지만 환경에 유해하고 독성이 강하다는 단점이 존재한다. 따라서 친환경적이고 독성 이 적은 추진제가 다양하게 개발되고 있다. 본 연구에서는 수산화아민[hydroxylamine, NH2OH]을 출발물질로 하여, 질산[nitric acid, HNO3]과 산-염기 반응을 통해 얻어지는 친환경 추진제 HAN [hydroxylammonium nitrate, NH3OHNO3]의 물리 화학적 특성에 대하여 적외선분광법을 이용하여 합성물의 조성, 화학구조 및 작용기를 관찰하였고, 열중량분석을 통해 HAN의 분해온도를 확인하였다. 이온 크로마토그래피를 통해 합성한 HAN에 함유되어 있는 질산이온의 함량을 측정하였다. 즉, N-H와 N-O의 IR peak가 3161 cm-1와 1324 cm-1에서 각각 나타나는 것을 통해 생성한 화합물이 HAN임을 확인하였고, pH 5-7 근처에서 합성한 HAN은 분해온도가 120-140℃인 반면, pH 8 정도인 HAN은 분해온도가 14 0℃ 이상임을 알 수 있었다. 한편, pH 6-7 사이에서 HAN을 합성하였을 때, 가장 높은 질산이온의 농도는 70%인 것으로 나타났다.

Dinitramide(N(NO2)2)염 화합물은 현재 고체 산화제로 로켓추진제의 중요한 원료 물질 중 하나이며, 환경 및 인체에 독성이 적은 친환경 에너지물질로 알려져 군사적 목적 외에 다양한 가스발생 제로서 사용되고 있다. 특히 무기염이 아닌 유기염인 Guanidine 염(GDN)은 수분에 대한 안정성이 향 상되어 안정적 보관 및 제조가 가능하므로 고순도 물질의 대량 생산이 가능하다. GDN의 출발물질로 guanidine의 음이온 염인 acetate, chloride, carbonate, nitrate, sulfate를 사용하여, GDN(GDN-1,2,3,4,5)을 최대 99%의 수율로 합성하였고, 이들의 물성을 다양한 분석기기를 이용하여 평가하였다. 흡수파장은 3452, 3402, 3354, 3278, 3208, 1642, 1570, 1492, 1416, 1337, 1179, 1000 cm-1이 공통적으로 관찰되었으며, 열적 특성 변화는 130 ℃에서 일어나기 시작하며 150℃~160 ℃에서 는 발열반응과 함께 물질의 변화가 관찰되었다.

[ ] 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치는 차세대관리 공정의 금속전환로 안으로 균질화된 분말을 공급하기 위하여 펠릿을 산화하여 으로 분말화하는 장치이다. 본 연구에는 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계모델을 제시하고, 실증용 분말화 장치를 제작하여 검증실험을 수행한다. 분말화 장치 설계모델은 내부구조, 성능, 가열로 위치와 크기 등이 고려된다. 실험 방법은 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계 모델에 따라 기존의 3단 메시 분말화 장치를 이용하여 분말의 메시 투과시험과 온도변화 특성 실험을 하여 장치 내부구조를 결정한다. 펠릿 20 kg HM/batch의 산화 반응도 실험과 가열로 위치별 온도 분포를 측정하고 장치의 성능과 가열로의 영 역 위치를 결정한다. 장치 크기를 결정하기 위하여 산화전의 20kg의 펠릿과 산화후의 부피를 측정한다. 이상의 결과를 토대로 실증용 분말화 장치를 설계. 제작하고, 검증을 위하여 산화도, 분말특성 및 분석 등을 수행하였다. 산화반응 실험결과 에서 기존장치에 비하여 분말의 메시 투과율이 향상되었으며, 기존의 3단 메시 장치의 펠릿산화시간이 13시간 소요된 것에 비하여 8시간으로 단축되었다. 분말 특성 분석결과, 평균 입도가 이었다. 제작된 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 성능과 설계모델 예측 값은 대체로 잘 일치되었다.