KR101619073B1 - 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치 - Google Patents

휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휘발성 방사성 물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치에 관한 것으로, 세슘과 같은 높은 세기의 감마선을 발생하는 에어로졸 형태의 방사성 핵종과 산화될 수 있는 요오드 화학종을 분리하여 포집함으로써, 휘발성 방사성 물질의 재휘발 현상을 원천적으로 봉쇄하는 휘발성 방사성 물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 휘발성 방사성물질이 수용되는 격납부(100); 내부에 제1 용액(A)이 수용되며, 상기 격납부(100)와 연결되어 상기 격납부(100)로부터 상기 방사성물질을 유입받아 상기 제1 용액(A)과 반응시키는 제1 스크라바(200); 내부에 제2 용액(B)이 수용되며, 상기 제1 스크라바(200)와 연결되어 상기 제1 스크라바(200)로부터 상기 제1 용액(A)과 반응한 제1 반응기체를 유입받아 상기 제2 용액(B)과 반응시키는 제2 스크라바(300); 및 상기 제2 스크라바(300)와 연결되어, 상기 제2 용액(B)과 반응한 제2 반응기체가 유입되어 통과되는 필터부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치{DOUBLE SCRUBBER APPARATUS FOR CONTROLLING REVOLATILIZATION OF VOLATILITY RADIOACTIVE SUBSTANCE}
본 발명은 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치에 관한 것으로, 제1 및 제2 스크라바에 수용되는 용액을 이용하여 방사성물질을 분리하여 포집하는 장치에 관한 것이다.
후쿠시마 원전과 같은 중대사고가 발생하면 많은 양의 휘발성 방사성 물질이 원전 인근으로 확산될 수 있다. 확산되는 대표적인 핵종은 기체상태의 방사성 요오드(131I)와 에어로졸 상태인 방사성 세슘(137Cs) 등이 있다. 이러한 휘발성 방사성 물질을 인체가 흡입할 경우, 인체에 큰 손상을 주며, 세슘 등은 원전 주변 넓은 지역을 오랫동안 오염시켜 막대한 경제적 손실을 초래한다.
현재 원전 중대사고 시 발생하는 휘발성 방사성 물질의 확산을 방지하기 위한 장치로 "격납부(100) 여과배기장치(filtered containment venting system)"가 개발되어 있다. 이 장치는 크게 습식 스크라바와 건식 필터장치로 구성되어 있다. 습식 스크라바는 용기에 알칼리 포집 용액을 채워놓고 오염공기를 포집용액에 통과시키면서 버블링하여 주로 에어로졸 형태의 휘발성 방사성 물질(Cs, Sr 등)과 방사성 요오드 화학종(유지 요오드 제외)을 제거한다. 이 후 건식 필터는 스크라바를 통과한 미량의 미세 에어로졸과 유기 요오드 핵종을 포집한다.
습식 스크라바에 포집되는 에어로졸 형태의 방사성물질의 주성분은 고방열 핵종인 방사성 세슘과 스트론듐 등이다. 이 핵종은 강한 감마선과 많은 양의 열을 발생시킨다. 이로 인해 스크라바의 용액은 강한 방사선에 의해서 물분자의 방사분해가 발생하여, 방사분해생성물을 생성한다. 물의 방사분해생성물은 주변의 화학종을 산화시키거나 환원시키는데, 스크라바의 용액에 함께 포집되어 있는 요오드 화학종을 산화시켜 재휘발 반응을 야기시키는 조건을 형성할 수 있다.
최근 연구에서, 요오드 화학종은 초기에 알칼리성 포집용액에 안정하게 용해되지만, 강한 감마선에 장시간 노출되면 용액의 pH가 감소되는 현상을 새롭게 관찰하였다. 이것은 낮은 pH에서 발생할 수 있는 요오드 재휘발 반응에 대한 가능성을 무시할 수 없다는 결과이므로, 보다 안전한 대비를 위해서 추가적인 보완이 필요한 실정이다.
일본등록특허 제5320323호 ("폐액 처리 방법 및 처리 장치", 등록일 2013.07.19)는 방사성 물질을 제거하기 위한 스프러버처리장치가 기재되어 있으나, 재휘발되는 방사성물질을 포집하는 내용에 대해 기재되어 있지 않아 재휘발 방사성물질의 휘발하는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 재휘발되는 방사성물질을 재휘발되지 않게 억제할 뿐만 아니라 재휘발이 일어나도 다시 포집할 수 있는 포집장치인 스크러바 장치에 대해 요구되는 실정이다.
일본등록특허 제5320323호 ("폐액 처리 방법 및 처리 장치", 등록일 2013.07.19)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제1 및 제2 스크라바에 수용되는 용액을 이용하여 에어로졸 형태인 고방열 핵종과 휘발성 요오드 핵종을 용해하여 포집하는 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치를 제공함에 있다.
또한, 고방열 핵종에서 발생하는 감마선에 의해 용액의 pH 가 감소함에 따라 요오드 핵종의 재휘발이 유도되는 것을 방지하기 위해, 고방열핵종의 포집과 요오드를 분리하여 포집하는 2중 스크라바 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치에 관한 것으로, 휘발성 방사성물질이 수용되는 격납부(100); 내부에 제1 용액(A)이 수용되며, 상기 격납부(100)와 연결되어 상기 격납부(100)로부터 상기 방사성물질을 유입받아 상기 제1 용액(A)과 반응시키는 제1 스크라바(200); 내부에 제2 용액(B)이 수용되며, 상기 제1 스크라바(200)와 연결되어 상기 제1 스크라바(200)로부터 상기 제1 용액(A)과 반응한 제1 반응기체를 유입받아 상기 제2 용액(B)과 반응시키는 제2 스크라바(300); 및 상기 제2 스크라바(300)와 연결되어, 상기 제2 용액(B)과 반응한 제2 반응기체가 유입되어 통과되는 필터부(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 스크라바(200)는 상부 일측에 상기 격납부(100)와 연결되어, 상기 방사성물질이 유입되는 제1 유입구(210); 상부 타측에 상기 제2 스크라바(300)와 연결되어, 상기 제1 반응기체가 유출되는 제1 유출구(220); 및 하부에 상기 방사성물질의 고방열 핵종이 용해된 제1 반응용액이 배출되는 제1 반응용액배출구(230); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 스크라바(300)는 상부 일측에 상기 제1 스크라바(200)와 연결되어, 상기 제1 반응기체가 유입되는 제2 유입구(310); 상부 타측에 상기 필터부(400)와 연결되어, 상기 제2 반응기체가 유출되는 제2 유출구(320); 및 하부에 상기 제1 반응기체의 방사성 요오드 화학종이 용해된 제2 반응용액이 배출되는 제2 반응용액배출구(330); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 스크라바(200)는 외부 둘레면 일부 또는 전체에 구비되어, 감마선을 방어할 수 있는 차폐체(250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 스크라바(200)는 외부 둘레면에 방열판(260)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 용액(B)은 pH 10 이상의 알칼리 용액인 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 제2 용액(B)은 화학첨가제가 포함되어 pH 10 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 용액(B)은 환원제(reducing agents)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 용액(B)은 수산화염(NaOH) 또는 인산염(Na3PO4)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치로서, 제1 및 제2 스크라바에 수용되는 용액을 이용하여 방사성물질의 고방열핵종과 휘발성 요오드 핵종의 용해하여 포집함으로써 방사분해생성물에 의해서 발생하는 요오드 화학종의 재휘발 현상을 억제하는 효과가 있다.
또한, 요오드 화학종의 포집용량을 높이고 안정하게 포집할 수 있는 기간을 장기간 유지시키는 장점이 있다.
또한, 고방열 핵종과 휘발성 요오드 핵종 포집 장치를 구분함으로써, 스크라바 유지 보수비용을 절감하여 안전성뿐 아니라 경제성 향상도 기대할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치의 개략도
도2는 본 발명에 따른 pH에 따른 요오드 안정성의 변화를 관찰한 실험 그래프
도3은 본 발명에 따른 다양한 pH로 조절된 5 mM Nal 요오드 용액에 2kGy h-1 세기의 감마선을 조사하여 용액의 pH 변화를 비교한 그래프
도4는 본 발명에 따른 5mM Nal 수용액 (pH 3)에 다양한 세기의 감마선을 1시간 동안 조사한 후, 생성된 I3 - 양을 감마선 세기에 따라 도시한 그래프
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명에 따른 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치의 개략도이다.
본 발명은 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치에 관한 것으로, pH3 내지 8 범위의 용액이 수용되는 제1 스크라바(200)와 알칼리용액이 수용되는 제2 스크라바(300)를 이용하여 방사성물질의 고방열핵종과 휘발성 요오드 핵종을 용해하여 포집하는 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치에 관한 것이다.
휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치는 방사성물질이 수용되는 격납부(100), 제1 및 제2 스크라바(200, 300), 필터부(400)가 배관으로 연결되어 이루어진다. 또한, 상기 제1 스크라바(200)는 pH3 내지 8 범위의 제1 용액(A)에 수용되며, 제2 스크라바(300)는 알칼리성의 제2 용액(B)이 수용된다.
상기 방사성물질은 격납부(100)에서 배관을 통해 제1 스크라바(200)로 유입되며, 상기 제1 스크라바(200)에 수용되어 있는 제1 용액(A)과 반응한다. 이때 상기 방사성물질의 고방열핵종인 세슘(Cs) 및 스트론튬(Sr) 등이 제1 용액(A)에 용해된다. 또한, 상기 방사성물질의 요오드 화학종은 제1 용액(A)과 반응하여 휘발되어 배관을 통해 제2 스크라바(300)로 유입된다. 상기 요오드 화학종은 상기 제2 스크라바(300)에 수용되는 제2 용액(B)과 반응하여 용해되어 재휘발되지 않는다. 상기 제2 용액(B)과 반응한 후 남은 방사성물질은 필터부(400)를 통과하여 외부 또는 다른 장치로 배출된다. 또한, 상기 제1 및 제2 스크라바(200, 300)는 필요에 따라 더 구비될 수도 있다.
상기 방사성물질은 방사성 고방열 핵종 및 요오드 핵종을 포함한다. 상기 고방열 핵종은 세슘(Cs), 스트론튬(Sr) 등으로 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속이다. 또한, 상기 고방열 핵종은 분진과 같은 미세입자인 에어로졸 상태이며, 원자가가 일정(Cs 은 +1, Sr 은 +2)하고 용액의 액성(pH 등)에 관계없이 대부분의 수용액에 잘 용해되어 휘발성을 쉽게 상실한다. 반면, 요오드 핵종은 다양한 산화수를 갖기 때문에 용액의 액성이 중성이나 산성 산화조건에서는 I2 기체로 변환되어 휘발된다. 따라서, 상기 방사성물질이 pH3 내지 8 범위의 제1 용액(A)과 반응하면, 고방열 핵종인 세슘, 스트론튬 등은 제1 용액(A)에 용해되어 휘발되지 않고, 요오드 핵종은 제1 용액(A)과 반응하여 I2 기체로 변환되어 휘발되게 된다. 상기 휘발성 요오드 핵종을 알칼리성의 제2 용액(B)과 반응시키면, 휘발특성을 소멸되고 제2 용액(B)에 용해된다. 이처럼 본 발명은 방사성물질의 고방열 핵종과 요오드 핵종을 분리하여 포집하고, 재휘발되는 방사성물질을 억제하는 이중 스크라바 장치인 것이다.
우선, 휘발성 방사성물질의 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치의 구성에 대해 자세히 설명한다.
격납부(100)는 제1 배관(210a)을 통해 제1 스크라바(200)와 연결되며, 방사성물질을 수용한다. 상기 격납부(100)의 방사성물질은 제1 배관(210a)을 통해 제1 스크라바(200)로 이동한다.
제1 스크라바(200)는 상기 격납부(100)와 제2 스크라바(300) 사이에 위치하며, 제1 배관(210a)을 통해 상기 격납부(100)와 연결된다. 또한, 상기 제1 스크라바(200)의 내부에는 pH3 내지 8 범위의 제1 용액(A)이 수용된다. 상기 제1 스크라바(200)는 상부 일측에 제1 유입구(210), 상부 타측에 제1 유출구(220), 중간 위치에 제1 용액유입구(240) 및 하부에 제1 반응용액유출구(230)가 구비된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1 유입구(210)는 방사성물질이 유입되는 통로이며, 제1 배관이 관통되어 구비되고, 상기 격납부(100)와 연결된다. 상기 제1 배관(210a)은 일측은 격납부(100)와 연결되고, 타측은 상기 제1 스크라바(200) 내부의 하부(즉, 제1 용액(A) 내부)까지 연결되어 형성된다. 또한, 상기 제 1용액(A)에 잠김 제1 배관(210a) 부분은 다공성의 노즐로 형성되기도 한다. 격납부(100)의 방사성물질은 상기 제1 배관(210a)을 통해 제1 스크라바(200) 내부로 유입되고, 상기 방사성물질이 상기 제1 배관(210a)에서 유출되는 동시에 상기 제1 용액(A)과 반응하게 된다. 이 때 상기 방사성물질의 고방열 핵종인 세슘 및 스트론튬 등은 pH3 내지 8 범위의 제1 용액(A)과 반응하여 용해되고, 방사성물질의 요오드 핵종은 제1 용액(A)과 반응하여 휘발하게 된다. 이 때 상기 고방열 핵종이 용해된 제1 용액(A)을 제1 반응용액이라고 하며, 휘발성 요오드 핵종을 포함하는 방사성물질을 제1 반응기체라고 한다. 상기 제1 반응기체는 휘발되어 제1 스크라바(200)의 제1 유출구(220)로 배출되는데, 상기 제1 유출구(220)는 제2 배관(310a)을 통해 제2 스크라바(300)와 연결되어 있기 때문에, 상기 제1 반응기체는 상기 제2 배관(310a)을 통해 상기 제2 스크라바(300)로 유입된다. 또한, 상기 제1 반응용액은 제1 스크라바(200) 하부에 구비된 제1 반응용액배출구(230)를 통해 배출되며, 상기 제1 스크라바(200)에 제1 용액(A)을 채우기 위해서는 상기 제1 용액유입구(340)를 통해 제1 용액(A)을 유입시킨다. 또한, 상기 제1 반응용액배출구(230) 및 제1 용액유입구(340)는 밸브가 더 구비되어 각 용액의 유출입을 조절한다. 또한, 제1 배관(210a) 상에는 파열판(rupture disk)이 더 구비될 수도 있다.
또한, 고방열 핵종인 세슘과 스트론튬은 감마선이 방출되는데, 이 감마선은 제2 스크라바(300)에 영향을 주어 요오드 핵종의 재휘발을 초래한다. 이를 방지하기 위해서 제1 스크라바(200)의 외부에 일부 또는 전체에 차페체를 설치하거나, 제1 스크라바(200)와 제2 스크라바(300)의 거리를 충분히 떨어지게 배치하여야 요오드 핵종의 재휘발을 억제할 수 있다.
또한, 제1 용액(A)은 방사성물질과 반응하면, 열이 발생된다. 이 열로 인해 상기 제1 용액(A)이 휘발되며, 상기 제1 용액(A)이 모두 휘발될 경우 세슘과 스트론튬 등의 핵종이 재휘발할 수 있다. 이를 방지하기 위해 제1 스크라바(200) 외부에 방열판을 설치하여, 제1 용액(A)의 온도 상승을 억제한다.
또한, 제1 스크라바(200)는 금속 재질을 사용하는데, 그 이유는 프라스틱과 같은 유기물질을 사용하면 외부 충격 등 내구성 측면에서 취약하며, 특히 유기물은 방사성 요오드 핵종과 반응하여 유기요오드를 형성한다. 상기 유기요오드는 습식의 스크라바라로 포집하기 어려운 문제가 있으며, 금속용기는 일반적으로 중성에서 부식이 최소화된다. 따라서, 제1 스크라바(200)는 부식이 최소화되면서, 방사성물질과 반응이 일어나지 않는 금속 재질로 사용하는 것이 바람직하다.
pH3 내지 8 범위의 용액을 수용하는 제1 스크라바(200)는 알칼리성용액을 수용하는 제2 스크라바(300)의 전단에 배치되어야 하는데, 그 이유는 고방열 핵종인 세슘과 스트론튬 등은 원자가가 변하지 않은 알칼리 혹은 알칼리 토금속이므로 용액의 액성 (pH 등)에 관계없이 수용액에 용해된다. 반면에 요오드 핵종은 pH 10.5 이하의 용액에서는 쉽게 휘발되므로 pH3 내지 8 범위의 용액에서는 통과된다. 따라서, 고방열 핵종을 pH3 내지 8 범위의 용액에서 용해하여 먼저 포집하고, 휘발되는 요오드 핵종은 알칼리성 용액을 통해 용해하여 포집하기 위해서 pH3 내지 8 범위의 용액을 수용하는 제1 스크라바(200)가 알칼리성용액을 수용하는 제2 스크라바(300)의 전단에 배치되어야 한다. 또한, 상기 고방열 핵종과 요오드 핵종을 분리하여 포집하는 이유는 세슘과 스트론튬은 반감기가 수십년 이상으로 길고, 요오드 핵종은 반감기가 8일 정도로 몇 주 이후에는 방사성을 거의 상실하게 되므로, 제1 및 제2 스크라바(200, 300)의 유지 보수를 위해서 따로 분리하여 포집하는 것이 바람직하다.
제2 스크라바(300)는 상기 제1 스크라바(200)와 필터부(400) 사이에 위치하며, 제2 배관(310a)을 통해 제1 스크라바(200)와 연결된다. 또한, 상기 제2 스크라바(300)의 내부에는 알칼리성의 제2 용액(B)이 수용된다. 상기 제2 스크라바(300)는 상기 제1 스크라바(200)의 구성과 동일하게 구성되는데, 상부 일측에 제2 유입구(310), 상부 타측에 제2 유출구(320), 중간 위치에 제2 용액유입구(340) 및 하부에 제2 반응용액유출구(330)가 구비된다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제2 유입구(310)는 제1 반응기체가 유입되는 통로이며, 상기 제2 배관(310a)이 관통되어 구비되고, 상기 제1 스크라바(200)와 연결된다. 상기 제2 배관(310a)은 제2 스크라바(300) 내부의 하부(즉, 제2 용액(B) 내부)까지 연결되어 형성된다. 또한, 상기 제 2용액(B)에 잠김 제2 배관(310a) 부분은 다공성의 노즐로 형성되기도 한다. 제1 스크라바(200)의 제1 반응기체가 상기 제2 배관(310a)을 통해 제2 스크라바(300) 내부로 유입되며, 상기 제1 반응기체는 상기 제2 배관(310a)에서 유출되는 동시에 상기 제2 용액(B)과 반응하게 된다. 이 때 상기 제1 반응기체에 포함되는 휘발성 요오드 핵종은 알칼리성의 제2 용액(B)과 반응하여 용해성 요오드 핵종으로 변환되어, 제2 용액(B)에 용해되어 휘발성을 상실하게 된다. 이 때 용해성 요오드 핵종이 용해된 상기 제2 용액(B)을 제2 반응용액이라고 하며, 휘발성 요오드 핵종이 분리된 제1 반응기체를 제2 반응기체라고 한다. 상기 제2 반응기체는 제2 유출구(320)를 통해 건식 필터인 필터부(400)로 이동 및 통과하여, 외부 또는 다른 장치로 배출된다. 또한, 상기 제2 반응용액은 제2 스크라바(300) 하부에 구비된 제2 반응용액배출구(330)를 통해 배출되고, 제2 용액(B)을 제2 스크라바(300)에 채우기 위해서는 상기 제2 스크라바(300) 중간 높이에 위치한 제2 용액유입구(340)를 통해 유입시킨다. 또한, 상기 제2 반응용액배출구(330) 및 제2 용액(B)유입구는 각각 밸브가 더 구비되어, 용액의 유입을 조절한다.
제2 용액(B)은 pH 10.5 이상으로 유지되어야 하는데, 그 이유는 휘발성이 높은 요오드 화학종인 I2 는 높은 pH에서 불균형화반응이 발생되며, 이 반응을 통해 용해성 화학종으로 분해되어 휘발성을 상실하기 때문이다. 또한, 제2 용액(B)에 Na2S2O3 와 같은 환원제를 추가하여 요오드의 휘발성을 억제할 수도 있다. 도2를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 도2는 휘발성이 높은 화학종인 I3 - 이온이 존재하는 용액의 pH를 인위적으로 증가시키면서 I3 - 농도를 측정한 실험 결과 그래프이다. pH 2~9 까지는 휘발성이 높은 I3 - 이온이 존재하지만, pH 9 이상에서는 I3 - 이온의 농도가 급격히 감소하여, pH 10.5 이상에서는 I3 - 이온이 거의 존재하지 않게 된다. 이것은 높은 pH 에서는 I3 - 이온이 용해성이 높은 I- 이온과 I3 - 이온으로 분해되기 때문이다. 따라서, pH 10.5 이상에서 휘발성 요오드 화학종은 용해성 화학종으로 분해되기 때문에 휘발성 요오드 화학종을 용액에 용해하기 위해서는 용액이 pH 10.5 이상으로 유지되어야 요오드의 휘발 특성을 소멸 시킬 수 있다.
도3은 다양한 pH로 조절된 5 mM Nal 요오드 용액에 2kGy h-1 세기의 감마선을 조사하여 용액의 pH 변화를 비교한 실험 그래프이다. 상기 실험은 감마선을 상온에서 4시간 조사하여, 감마선 조사 환경에서 알칼리 용액에 용해되어 있는 요오드 용액의 안전성을 조사하기 위하여, 감마선 조사 전후 요오드 용액의 pH 변화를 관찰한 것이다. 도3에서 보는 것과 같이 pH 8~13 범위의 조사 전 용액이 감마선 조사 후에는 pH가 감소함을 보여준다. 즉, pH 9.5 는 감마선 조사 후 pH 7로 낮아졌으며, ph8은 감마선 조사 후 pH 6.8로 낮아졌다. 감마선 조사 후 pH 가 낮아졌다는 의미는 휘발성 요오드인 I2 나 I3 -가 분해되지 않고 휘발할 수 있다는 의미를 말하며, 이를 방지하기 위해서는 제1 스크라바에서 방출되는 감마선을 차폐하는 것이 가장 중요하다.
또한, 감마선 조사에 의한 pH 감소는 조사에 의해서 발생되는 분자성 요오드(I2)와 과산화수소 (H2O2)의 반응으로 설명될 수 있다. 과산화수소는 알칼리 조건에서 I2 를 I- 로 환원시키는 환원제로 작용하며, 이 때 H+ 이온이 발생되어 용액의 pH를 감소시킨다고 볼 수 있다. 따라서, 용해성 I- 이온이 존재하는 용액에 감마선이 조사되면 휘발성 요오드 화학종(I2 or I3 -)이 생성되어 요오드 성분이 휘발하게 된다. 요오드 화학종의 휘발성이 소멸되는 높은 앞칼리 용액에서도, I-는 산화와 환원 반응이 되풀이 되면서, 용액의 pH가 서서히 감소하여 궁극적으로는 요오드 성분이 휘발한다는 것을 명백하게 보여준다.
도4는 5mM Nal 수용액 (pH 3)에 다양한 세기의 감마선을 1시간 동안 조사한 후, 생성된 I3 - 양을 감마선 세기에 따라 도시한 그래프이다. 상기 도4는 감마선의 세기와 휘발성 요오드 화학종 생성과의 관계를 조사하기 위하여, 감마선 세기에 따라 Nal 요오드 용액에서 휘발성 요오드 화학종인 I3 - (= I2 + I-)의 생성량을 측정한 것이다. 도4의 그래프에서 보는 바와 같이 조사 세기가 0에서 10 kGy h-1로 증가할 때, 휘발성 성분인 I3 - 이 생성량이 증가하고 있음을 보여 주고 있다. 이 결과는 감마선 조사세기는 요오드의 휘발성을 증가시키고, 이에 따라 용액의 pH 변화에 큰 영향을 미치는 것을 보여 주고 있다.
따라서, 휘발성 요오드 화학종은 pH가 10.5 이상에서 휘발되지 않으며, 감마선의 조사에 따라 pH 가 낮아지기 때문에, 감마선에 의해 제2 용액의 pH 가 감소되지 않기 위해서는 제1 스크라바 외부에 감마선을 차단하는 차폐체(250)가 설치되어야 한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 격납부
200 : 제1 스크라바
210 : 제1 유입구
210a : 제1 배관
220 : 제1 유출구
230 : 제1 반응용액배출구
240 : 제1 용액유입구
250 : 차폐체
260 : 방열판
300 : 제2 스크라바
310 : 제2 유입구
310a : 제2 배관
320 : 제2 유출구
330 : 제2 반응용액배출구
340 : 제1 용액유입구
400 : 필터부
A : 제1 용액
B : 제2 용액

Claims (10)

  1. 휘발성 방사성물질이 수용되는 격납부(100);
    내부에 pH 3 내지 8 범위의 제1 용액(A)이 수용되며, 상기 격납부(100)와 연결되어 상기 격납부(100)로부터 상기 방사성물질을 유입받아 상기 제1 용액(A)과 반응하여, 상기 방사성물질 중 고방열핵종을 상기 제1 용액(A)에 용해하는 제1 스크라바(200);
    내부에 pH 10 이상의 알칼리성인 제2 용액(B)이 수용되며, 상기 제1 스크라바(200)와 연결되어 상기 제1 스크라바(200)로부터 상기 제1 용액(A)과 반응한 제1 반응기체를 유입받아 상기 제2 용액(B)과 반응시켜, 상기 제1 반응기체 중 휘발성 요오드 핵종을 상기 제2 용액(B)에 용해하는 제2 스크라바(300); 및
    상기 제2 스크라바(300)와 연결되어, 상기 제2 용액(B)과 반응한 제2 반응기체가 유입되어 통과되는 필터부(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스크라바(200)는
    상부 일측에 상기 격납부(100)와 연결되어, 상기 방사성물질이 유입되는 제1 유입구(210);
    상부 타측에 상기 제2 스크라바(300)와 연결되어, 상기 제1 반응기체가 유출되는 제1 유출구(220); 및
    하부에 상기 방사성물질의 고방열 핵종이 용해된 제1 반응용액이 배출되는 제1 반응용액배출구(230);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스크라바(300)는
    상부 일측에 상기 제1 스크라바(200)와 연결되어, 상기 제1 반응기체가 유입되는 제2 유입구(310);
    상부 타측에 상기 필터부(400)와 연결되어, 상기 제2 반응기체가 유출되는 제2 유출구(320); 및
    하부에 상기 제1 반응기체의 방사성 요오드 화학종이 용해된 제2 반응용액이 배출되는 제2 반응용액배출구(330);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스크라바(200)는
    외부 둘레면 일부 또는 전체에 구비되어, 감마선을 방어할 수 있는 차폐체(250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스크라바(200)는
    외부 둘레면에 방열판(260)이 구비되는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액(B)은
    화학첨가제가 포함되어 pH 10 이상이 되는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액(B)은
    환원제(reducing agents)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용액(B)은
    수산화염(NaOH) 또는 인산염(Na3PO4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 방사성물질 재휘발을 억제하는 이중 스크라바 장치.
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