KR101185501B1 - 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법 - Google Patents

레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법 Download PDF

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Abstract

레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법을 개시한다. 상기 레이저 제염시 제염성능을 향상시키는 방법은 열 분해성 화합물을 포함한 수용액을 제염 전 오염 표면에 도포시키는 a)단계, 상기 도포된 오염 표면을 건조시키는 b)단계, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 c)단계 및 상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 d)단계를 포함한다.

Description

레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법{Method for the improvement of laser decontamination performance}
본 발명은 원자력 시설, 방사능 이용 관련 시설 내부, 금속성 방사성 폐기물 표면에 존재하는 방사성 세슘 및 코발트의 제염방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 방사성 세슘 및 코발트를 제거하는데 있어서 오염 표면을 전 처리함에 의해 제염 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
현재 제염 기술로서 다양한 종류의 물리화학적 방법이 널리 통용되고 있다. 레이저를 이용하여 원자력 관련 시설을 제염하는 기술은 다른 제염 기술에 비해 몇 가지 장점들을 가지고 있다.
레이저 제염은 원격으로 적용되므로 작업자의 방사선 피폭을 최소로 감소시켜 주며 연마제염 혹은 화학제염과 같이 궁극적으로 처분해야할 다량의 방사성 2차 폐기물이 발생하지 않는다.
마찰력이 발생하지 않으므로 적용하는데 있어서 공학적으로 복잡한 사항을 경감시키고 소음이 발생하지 않는다. 대부분의 경우 방사능 오염은 금속 표면에 산화막 혹은 입자형태로 존재하므로 표면층만을 제거함으로써 방사성폐기물의 양이 더욱 감소된다.
본 발명과 관련이 있는 종래의 연구를 설명하면, 1998년 영국의 Kearns 등은 Applied Surface Science 학술지에 투고한 “Laser removal of oxides from a copper substrate using Q-switched Nd:YAG radiation at 1064 nm, 532 nm and 266 nm" 를 통해 일정 문턱 에너지 밀도(threshold fluence) 이상이 되면 네 종류의 파장 모두에서 금속산화물이 성공적으로 제거됨을 보고하였고 주된 용발 반응기구(ablation mechanism) 는 기계적 및 열적 효과가 연합함에 기인함을 제시하였다.
2002년 프랑스의 Ph. Delaporte 등은 Applied Surface Science 학술지에 “Radioactive oxide removal by XeCl laser”를 발표하였다. 그들은 엑시머 레이저 용발 제염기술이 원자력 시설의 제염에 있어서 원격 적용, 건식 공정, 2차 방사성폐기물이 발생되지 않는 청정 제염기술이라는 것을 보여 주었다. 고착성 오염에 대한 제염계수는 15, 느슨한 오염에 대한 제염계수는 100 이상을 얻었다.
Kameo 등은 2004년 Journal of Nuclear Science and Technology 학술지에 투고한 “New laser decontamination technique for radioactively contaminated metal surfaces using acid-bearing sodium silicate gel” 에서 Japan Power Demonstration Reactor로부터 채취한 방사성 오염시편의 레이저 제염에 있어서 무기산을 함유한 sodium silicate gel을 오염시편에 도포하고 레이저를 조사시킴에 의해 99% 이상의 방사능을 제거할 수 있다고 보고하였다.
2005년 프랑스의 Dimogerontakis 등은 펄스 폭 10 ns, 1064 nm의 파장의 Q-스위치 Nd:YAG 레이저를 사용한 연구결과를 Applied Physics A 학술지에 “Thermal oxidation induced during laser cleaning of an aluminum-magnesium” 로 발표하였다.
표면 처리된 시료의 표면 분석에 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 및 secondary ion mass spectroscopy 을 사용하였다. 그들은 레이저 에너지 밀도가 0.6 ? 1.4 J/cm2 인 영역에서 공기 중에서 레이저 조사가 이루어지는 동안 열적 산화 반응이 진행됨을 발표하였다.
2006년 그리스의 Siatou 등은 Laser Chemistry 학술지에 투고한 “A comprehensive study for the laser cleaning of corrosion layers due to environmental pollution for metal objects of cultural value: preliminary studies on artificially corroded coupons” 를 통해 금속표면의 오염물을 레이저를 사용하여 세정하는데 있어서 최적 공정을 도출해내기 위해 산화물 층별로 제거하는 방법에 대한 연구 결과를 발표하였다.
금속 시편과 부식 층 각각에 대해 손상 제거되는 문턱 에너지 값을 결정하였다. 레이저가 조사된 표면을 전자현미경에 의해 미시적으로 평가하였으며 XRD 및 EDAX에 의해 광물학적 화학적 조성을 평가하였다.
2007년 파키스탄의 Rafique 등은 Laser Physics 학술지에 “XRD and SEM analysis of a laser-irradiated cadmium”를 발표하였다. 펄스형 Nd:YAG 레이저(10mJ, 12ns and 1064nm)를 사용하였으며, 그들은 레이저가 조사된 지역 주위에 형성된 물질은 액체 상태 금속의 수력학적 영향을 받았다고 보고하였다.
2008년 인도의 Nilaya 등은 Applied Surface Science 학술지에 “Laser-assisted decontamination-A wavelength dependent study”를 발표하였다. 펄스형 Nd:YAG 레이저(10mJ, 12ns and 1064nm)를 사용하였으며, 자외선 영역으로 부터 적외선 영역까지의 범위에서 레이저 파장의 방사성 세슘의 제염 효율에 미치는 영향을 연구하였다.
또한, 조사 초기에는 1064 nm 레이저 파장을 사용하였을 때 제염효율이 가장 우수하나 조사 수가 증가함에 따라 파장이 작을수록 제염에 우수한 효과를 미치는 것을 파악하였다. 특히 기질이 투명한 경우 1064 nm 파장의 레이저는 거의 오염물을 제거하지 못하였다. 조사된 지역 주위에 형성된 물질은 액체 상태 금속의 수력학적 영향을 받았다고 보고하였다.
레이저를 조사하여 방사능에 오염된 표면으로부터 방사능을 제거하는데 있어서, 전처리 방법으로 화학제를 오염 표면에 부가하고 화학제가 열 분해되는 성질을 이용하여 제염효과를 향상시키는 방법에 대한 특허는 아직 출원되지 않고 있다. 이는 레이저의 출력을 높이거나 펄스폭이 작은 레이저를 사용함으로써 제염 성능을 높일 수 있기 때문이다.
이 경우 장치 구입에 따른 경제성이 문제가 된다. 그리고 레이저에너지를 효율적으로 적용하는 방안에 대한 특허는 계속 출원되고 있다.
본 발명과 관련이 있는 종래의 기술을 설명하면, Li, Steen 및 Modern 이 2002년 미국에 등록(번호 6444097)한 ‘Radioactive decontamination’ 이 있다.
이 발명은 레이저 빔을 사용하여 금속 표면으로부터 오염물을 제거하는 방법에 관한 것이다. 레이저 빔은 금속 표면으로부터 레이저에 의해 발생된 용해된 웅덩이 (pool)로부터 오염물이 튀어나오도록 하기에 충분한 에너지를 가지고 있으며 이 힘을 이용하여 오염물을 제거한다.
이 발명에서는 금속 표면의 재 오염을 억제하고 오염되지 않은 표면에로 오염물이 흘러들어가는 것을 방지하기 위해 발생된 입자를 모으는 (collection) 방법에 대한 것이다.
또한, Fukui 등은 2000년 미국에 등록(번호 6056827)한 ‘Laser decontamination method’에서 레이저에 의해 발생되는 입자가 오염되지 않도록 하는 최적배열 방법에 대한 기술을 발명하였다. 이들은 레이저 제염방법으로 기체 공급 노즐과 집속렌즈의 배열을 재구성하였다.
기체는 레이저 빔이 조사되는 축에 대해 비대칭적으로 공급되도록 하고 기체를 제염된 구역으로부터 제염되지 않은 방향으로 흐르도록 함에 따라 재 오염을 방지시켰다. 그러나 제염 시 발생되는 액체 상태의 오염물을 다시 처리해야 하는 단점이 있다.
Turco 및 Fisher는 2005년 미국에 출원(번호 793109)한 ‘Laser decontamination of the surface of a profiled part’ 에서 일정 형태를 가진 부품 표면을 레이저를 사용하여 제염하는 방법을 고안하였다. 이 발명의 특징은 자외선 영역의 파장을 가진 펄스레이저 빔을 제염이 필요한 표면에 연속적으로 충돌시키는 것이자. 연속적인 충돌에 의해 표면으로부터 입자 형태로 오염물이 용발(ablation) 되도록 한다. 레이저 빔은 각 처리되는 부분에 균등하면서도 동시에 분표되어지며 입자들은 흡입(suction) 에 의해 제거된다.
그리고, Okada, Igakura, Kimura, Ogisa, Ono 및 Yoda는 2003년 미국에 등록(번호 6528754)한 ‘Underwater maintenance repair device and method’에서 물속에 있는 장비를 그대로 방치하고 이들 장비를 유지 및 보수하는 방법을 고안하였다.
이 발명에서는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발진 장치와 작동헤드를 목표물 근처에 위치시킨다. 특히 작업 헤드는 광섬유에 의해 레이저 발진 장치와 연결되어 원격으로 조정되며 레이저 발진기로부터 발생되는 레이저 빔은 광섬유 케이블을 통해 유도되어 작업헤드에 도달된다. 작업헤드로부터 조사되는 레이저 빔은 목표물에 도달되고 작업헤드는 이동되면서 목표물 표면을 개질(modification) 및 제염시킨다.
Steve 및 Floyd는 1996년 미국에 등록(번호 5550851)한 ‘Laser system decontamination method and apparatus’ 발명에서 레이저 제염시스템에 하우징을 설치하고 이곳에 다공성 물질을 부착시켜 제염 중 발생되는 오염물이 이곳에 모이도록 하는 방안을 제시하였다.
Treece, Smith 및 Swarty는 2009년 미국에 등록(번호 7553446)한 ‘Biological agent decontamination system’ 에서 두 종류 파장의 레이저를 사용하는 하는 것을 특징으로 하는 제염방법을 발명하였다. 1차 파장의 레이저를 생화학적으로 오염된 재료의 표면에 조사시킴에 의해 표면에 존재하는 대부분의 미생물을 살균시킨다. 이 후 2차 파장의 레이저를 조사시킴에 의해 표면의 내부에 존재하는 미생물의 대부분을 살균시킨다.
Minehara는 일본에 ‘*Method and device for easily decontaminating surface polluted with radioactive isotopes with little repollution by using water jet light guide laser exfoliation’로 특허를 출원 (번호 2006-147930 )하였다. 레이저를 이용하여 제염하는 부분에 물을 분사시킴에 의해 방사능 오염입자가 물질 내부로 투과하여 재확산되는 것을 억제하고 레이저가 조사되는 지역을 냉각 상태로 유지시킬 뿐만 아니라 레이저가 조사된 주변을 증발시켜가며 제염한다.
Okazaki, Hosaka 및 Natsui 는 2004년 일본에 출원 (번호 2004-376694)한 ‘Decontamination method and device of radioactive solid waste’ 를 통해 방사성폐기물을 제염 효과가 우수하고 2차 폐기물의 발생량이 아주 적게 발생하는 방법에 관한 방안을 고안하였다. 이들은 제염을 위해 방사성폐기물을 조각내고 조각난 방사성 폐기물을 펄스레이저를 조사시킴에 의해 제염하는 공정과 발생된 입자를 여과체를 이용하여 제염하는 방법을 제시하였다.
또한 2001년 일본에 등록 (번호 3151667)된 ‘Laser decontamination system applied to contaminated inorganic substance surface layer’ 에서는 레이저 조사 헤드를 원격 조작으로 원하는 위치에로 이동시킴에 의해 방사선 작업자가 고 방사선 구역에로 제염하기 위해 출입하는 빈도를 줄이고 이차 폐기물 (secondary waste) 저감 및 제염효과가 우수한 방법이 고안 되었다. 이 방법에서는 2차 폐기물의 수거를 위해 hood 를 설치하였다.
Matsuo, Matsumoto 및 Fujimoto는 2009년 일본에 등록 (번호 4370469)한 ‘Decontamination system and decontamination method for radioactive contaminants’에서 사용자가 작동이 편리하고 표면을 효과적으로 제염하는 시스템과 방법을 고안하였다. 이들은 전해 제염과 연마제염을 복합적으로 사용함에 의해 제염효과를 효과적으로 높일 수 있었다.
재료 표면에 펄스폭이 나노초 단위의 펄스 레이저가 조사되면 재료표면이 급격히 가열된다. 레이저를 조사시켰을 때, 표면 온도는 Hertz-Knudsen 식으로 다음과 같이 예측할 수 있다.
Figure 112010082686926-pat00001

여기서, J i 는 성분 i의 몰 플럭스, s 는 응축계수, P s (T) 포화 증기압, P i 는 주위에 존재하는 분압, N 은 Avogadro 수, m i 는 성분 i의 원자량, k B 는 Boltzmann 상수이다.
가열 온도는 재료의 종류, 광 밀도 등에 따라 차이가 있지만 섭씨 수천도 이상으로 비등점 보다 훨씬 높은 것으로 알려졌다. 고온에서 오염물 및 재료는 순간적으로 증발하거나 반응성이 매우 큰 화학종으로 변하게 된다. 특히 세슘과 같은 준 휘발성 물질은 쉽게 용발(ablation) 되지만 반응성이 매우 높아 산화물 형태로 표면에 재 집적된다.
기존의 등록 혹은 출원된 발명에서는 재집적되어 제염효과가 감소되는 현상을 억제하기 위해 레이저가 이동하는 방향으로 기체를 통과, 발생된 오염물을 여과체를 사용하여 수거 혹은 후드 내에서 레이저 제염 적용 등이 있다.
앞에서 상술한 방법을 통해 제염효과를 높일 수 있지만 오염물의 완전 제거에는 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 레이저 제염 시 오염 표면에 잔존하는 방사성 핵종을 완전히 제거할 수 있는 레이저 제염시 제염성능을 향상시킬 수 있는 제염방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법은 열 분해성 화합물을 포함한 수용액을 제염 전 오염 표면에 도포시키는 a)단계, 상기 도포된 오염 표면을 건조시키는 b)단계, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 c)단계 및 상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 d)단계를 포함한다.
상기 a)단계는 상기 오염 표면에 금속염을 사용하여 전 처리하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 금속염의 음이온은 sulfate, nitrate, chromate를 포함하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 금속염의 양이온은 Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 sulfate 및 chromate 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지인 것을 특징으로 한다.
상기 nitrate 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M 로부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 Na+, K+, H+ 및 Li+ 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 Be2 +, Mg2 + 및 Ca2 + 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 레이저 제염 전 spray, brush 및 roller를 이용하여 금속염을 도포시키는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법은 상기 오염 표면에 금속염을 이용하여 전 처리하는 a)단계, 상기 도포된 오염 표면을 건조시킨 후, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 b)단계 및 상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 c)단계를 포함한다.
상기 금속염의 음이온은 sulfate, nitrate, chromate를 포함하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 금속염의 양이온은 Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 sulfate 및 chromate 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지인 것을 특징으로 한다.
상기 nitrate 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M 로부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 Na+, K+, H+ 및 Li+ 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 Be2 +, Mg2 + 및 Ca2 + 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지 인 것을 특징으로 한다.
상기 a)단계는 레이저 제염 전 spray, brush 및 roller를 이용하여 금속염을 도포시키는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법은 상기 오염 표면에 금속염을 이용하여 전 처리하는 a)단계 및 상기 도포된 오염 표면을 건조시킨 후, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하여,상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 b)단계를 포함하며 상기 금속염의 음이온은 sulfate, nitrate, chromate인 물질을 포함하며, 상기 금속염의 양이온은 Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전 처리제로 열 분해성 염을 사용함으로써 제염 시 발생되는 미세 입자가 표면에 재 집적되는 현상을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 황산염(surfate) 수용액의 표면 세정효과를 나타내는 레이저 제염 후 금속 표면에 대한 전자현미경 사진 비교도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 황산염(surfate) 수용액의 제염효과를 나타내는 레이저 조사 횟수에 따른 금속 표면 세슘(Cs) 및 코발트(Co) 성분 잔존율 변화도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 크롬산(chromate), 황산(sulfate) 및 질산(nitrate)염 수용액의 제염 효과 비교도를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부","~기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법은 a)단계(S10) 내지 d)단계(S40)를 포함한다.
상기 a)단계(S10)는 열 분해성 화합물을 포함한 수용액을 제염 전 오염 표면에 도포시키는 단계일 수 있다.
상기 b)단계(S20)는 상기 도포된 오염 표면을 건조시키는 단계일 수 있다.
상기 c)단계(S30)는 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 단계일 수 있다.
상기 d)단계(S40)는 상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 단계일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 a)단계(S10)는 상기 오염 표면에 금속염을 사용하여 전 처리하는 단계이며, 상기 금속염은 음이온, 양이온으로 구성된 금속염을 나타낸다.
상기 금속염의 음이온은 황산(sulfate), 질산(nitrate), 크롬산(chromate)를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 금속염의 양이온은 나트륨(Na+), 칼륨(K+), 수소(H+), 리튬(Li+), 벨륨(Be2 +), 마그네슘(Mg2 +), 칼슘(Ca2+)를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 a)단계(S10)를 수행하기 위한 온도 범위는 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되며, 이는 상기 금속염의 음이온 및 양이온 각각에서 수행되는 온도일 수 있다.
또한, 상기 황산(surfate) 및 크롬산(chromate)의 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지로 설정할 수 있으며, 상기 질산(nitrate) 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M 로부터 0.1 M 까지로 설정할 수 있다.
상기 Na+, K+, H+ 및 Li+ 이온 농도의 허용범위는 2.0 X 10-4 M부터 0.1 M 까지로 설정할 수 있으며, 상기 Be2 +, Mg2 + 및 Ca2 + 이온 농도의 허용범위는 1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지로 설정할 수 있다.
또한, 상기 a)단계(S10)는 레이저 제염 전 spray, brush 및 roller를 이용하여 금속염을 도포시키는 단계일 수 있다.
상기 a)단계(S10) 처리 시, 방사성 세슘 및 코발트의 효과적인 제거를 위해서는 반응성이 높은 세슘 및 코발트 성분이 용발 됨과 동시에 재료 표면에서 미세 산화물 입자 형태로 변화되어 재 집적되지 않도록 하는 화합물을 첨가하는 과정을 수행해야 한다.
상기 화합물을 첨가하는 과정에서 아래에 기재된 반응식으로 세슘의 산화물 형성을 단순화시키도록 수행한다.
반응식: 표면에서 산화물 생성: 2 Cs+ + O+ 형 → Cs2O(s) ↑
이때, 레이저에 의해 용이하게 분해되어 반응성이 큰 산소를 발생하는 후보 화합물로서 크롬산(chromate), 질산(nitrate) 및 황산(sulfate) 염이 있다. 레이저 제염을 적용하기 전단계인 상기 a)단계에서 오염된 금속 표면에 이들 화합물의 수용액을 미리 도포시키도록 함으로써 금속 표면에 잔존하는 세슘 및 코발트 성분의 잔존률를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 황산(surfate)염 수용액의 표면 세정효과를 나타내는 레이저 제염 후 금속 표면에 대한 전자현미경 사진 비교도이다.
도 2의 a)는 황산염 전 처리 시편을 나타내며, 도2의 b)는 전 처리하지 않은 시편을 나타낸다.
도 2를 참조하면, a)에서는 세슘으로 오염된 금속시편 표면을 황산 염 수용액으로 처리하고 레이저 제염을 수행하였을 때의 금속시편의 표면은 깨끗함으로 알 수 있으나, b)에서는 a)에서와 다르게 금속시편 표면이 세슘으로 오염되었음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 황산염(surfate) 수용액의 제염효과를 나타내는 레이저 조사 횟수에 따른 금속 표면 세슘(Cs) 및 코발트(Co) 성분 잔존율 변화도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 동일 적용 횟수에서 황산염을 처리하지 않았을 때에 비해 시편 표면에 세슘 및 코발트 성분의 잔존률이 적으며 세슘 및 코발트 성분이 빠르게 제거됨을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 크롬산(chromate), 황산(sulfate) 및 질산(nitrate)염 수용액의 제염 효과 비교도를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 일정 조사 횟수에서 발명에 사용된 질산(sulfate), 크롬산(chromate) 및 질산(nitrate) 염의 세슘 성분에 대한 제염 효과를 비교한 그림이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 동일한 레이저 상태에서 황산(Sulfate)의 제염효과가 가장 우수하며 그 다음으로 질산(nitrate) 및 크롬산(chromate)의 순서로 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 전 처리제로 열 분해성 염을 사용함으로써 제염 시 발생되는 미세 입자가 표면에 재 집적되는 현상을 현저히 감소시키고 표면이 깨끗한 형태를 보이게 되며 오염 성분이 효과적으로 제거시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10S: a)단계 20S: b)단계
30S: c)단계 40S: d)단계

Claims (22)

  1. 방사성 세슘 및 코발트로 오염된 금속 표면을 레이저를 이용하여 방사성 물질을 제거하는 방법에 있어서,
    열 분해성 화합물을 포함한 수용액을 제염 전 오염 표면에 도포시키는 a)단계;
    상기 도포된 오염 표면을 건조시키는 b)단계;
    상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 c)단계; 및
    상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 d)단계를 포함하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    상기 오염 표면에 금속염을 사용하여 전 처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속염의 음이온은,
    sulfate, nitrate, chromate를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 금속염의 양이온은,
    Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 sulfate 및 chromate 이온 농도의 허용범위는,
    1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 nitrate 이온 농도의 허용범위는,
    2.0 X 10-4 M 로부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 Na+, K+, H+ 및 Li+ 이온 농도의 허용범위는,
    2.0 X 10-4 M부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 Be2 +, Mg2 + 및 Ca2 + 이온 농도의 허용범위는,
    1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    레이저 제염 전 spray, brush 및 roller를 이용하여 금속염을 도포시키는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 성능을 향상시키는 방법.
  12. 방사성 세슘 및 코발트로 오염된 금속 표면을 레이저를 이용하여 방사성 물질을 제거하는 방법에 있어서,
    오염 표면에 금속염을 이용하여 전 처리하는 a)단계;
    상기 도포된 오염 표면을 건조시킨 후, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하는 b)단계; 및
    상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 c)단계를 포함하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속염의 음이온은,
    sulfate, nitrate, chromate를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 금속염의 양이온은,
    Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    온도 범위 20℃부터 80℃까지의 온도 내에서 수행되는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 sulfate 및 chromate 이온 농도의 허용범위는,
    1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 nitrate 이온 농도의 허용범위는,
    2.0 X 10-4 M 로부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 Na+, K+, H+ 및 Li+ 이온 농도의 허용범위는,
    2.0 X 10-4 M부터 0.1 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 Be2 +, Mg2 + 및 Ca2 + 이온 농도의 허용범위는,
    1.0 X 10-4 M부터 0.05 M 까지 인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염 성능을 향상시키는 방법.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 a)단계는,
    레이저 제염 전 spray, brush 및 roller를 이용하여 금속염을 도포시키는 단계인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 성능을 향상시키는 방법.
  22. 방사성 세슘 및 코발트로 오염된 금속 표면을 레이저를 이용하여 방사성 물질을 제거하는 방법에 있어서,
    오염 표면에 금속염을 이용하여 전 처리하는 a)단계; 및
    상기 도포된 오염 표면을 건조시킨 후, 상기 건조된 오염 표면에 레이저 제염 공정을 수행하여,상기 오염 표면에서 생성되는 열 분해성 화합물의 분해 생성물과 상기 레이저 제염 공정시 발생되는 방사성 핵종의 결합으로 인해 상기 오염표면에 잔재하는 방사성 핵종을 제거시키는 b)단계를 포함하며,
    상기 금속염의 음이온은 sulfate, nitrate, chromate인 물질을 포함하며, 상기 금속염의 양이온은 Na, K, H, Li, Be Mg, Ca를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 제염 시 제염성능을 향상시키는 방법.
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