KR102004182B1 - 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 저장 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 내식성과, 제작 용이성이 우수하도록 탄소강 재질의 내벽과, 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽과, 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽으로 이루어진 다중 방벽을 구비하는 처분 용기를 제공하도록 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템에 관한 것이다.

Description

다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템{DISPOSAL CONTAINER OF HIGH-LEVEL RADIOACTIVE WASTE USING MULTIPLE BARRIER AND BARRIER SYSTEM USING THEREOF}

본 발명은 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 저장 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 내식성과, 제작 용이성이 우수하도록 탄소강 재질의 내벽과, 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽과, 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽으로 이루어진 다중 방벽을 구비하는 처분 용기를 제공하도록 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템에 관한 것이다.

고준위 방사성 폐기물(이하, "고준위폐기물"로 약칭함)이란 높은 방사능을 지닌 폐기물로서 사용 후 핵연료(Spent Nuclear Fuel(SNF))를 재처리(reprocessing)했을 때의 폐 용액 또는 사용 후 핵연료 그 자체를 말한다.

파이로 프로세싱 등 사용 후 핵연료 재활용기술을 활용하여 사용 후 핵연료의 부피를 줄여서 소듐 냉각 고속로 등의 제4기 차세대 원자로에서 운용한 후에도 부피는 작지만 여전히 고준위폐기물은 발생한다. 따라서 앞으로 인류가 원자력을 에너지원으로 사용하는 한 고준위폐기물은 반드시 발생하며 이를 안전하게 처분하는 기술개발의 필요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다.

특히, 고준위폐기물은 장수명의 방사성 핵종(I-129, Cs-134, Sr-90, Pu-238, Am-241, Cm-244 등)을 많이 함유할 뿐더러 이러한 핵종에서 나오는 붕괴열 때문에 특히 특별한 관리가 요구된다. 고준위폐기물은 소각처리나 화학처리가 곤란할 뿐만 아니라 수 만년 간 방사능의 발생 때문에 인간의 거주지 근처에 처리 보관하는 것은 매우 위험하다. 고준위폐기물은 인류의 산업사회가 더욱 고도화될수록 그 발생은 피할 수 없다. 따라서 이러한 폐기물을 안전하게 처리·처분하는 기술의 개발은 사회적으로나 국가적으로 또 더 나아가 범세계적으로 매우 필요하다. 더욱이 국제적으로 이러한 기술의 개발은 인류의 안전한 미래를 위하여 매우 중요하다.

고준위폐기물이 방출하는 인간에 유해한 물질(방사능, 중금속 등)은 이를 없앨 수 있는 어떤 특수한 처리기술이 없는 한 이를 처리할 수 있는 한 가지 방법은 이들을 특수한 용기에 밀봉하여 인간의 생활권에서 멀리 떨어진 지하 깊은 곳에 처분하는 방법이 유일하다. 이는 자연으로부터 얻은 이들을 자연으로 돌려보내는 환경 친화적인 방법으로 오랜 시간이 경과하면 이들의 인간에 대한 유해성은 자연 소멸된다. 고준위폐기물을 인간환경으로부터 격리시키는 기한은 수만 또는 수 십만년 정도가 요구된다.

일찍이 1956년 미국의 국립과학아카데미(NAS)는 고준위폐기물의 처분은 심지층 처분이 적합하며, 심지층 처분을 위하여 암염층을 포함하여 여러 지질암층에 대하여 조사할 것을 권고하였다. 1970년대부터 지금까지 미국, 프랑스, 캐나다, 일본, 스위스, 벨기에, 스웨덴, 핀란드 등은 자국 실정에 맞는 심지층 처분기술을 축적해 오고 있다. 따라서 이와 같은 친환경적인 폐기물 처리기술인 심지층 처분기술의 개발은 이미 몇몇 주요국에서는 상당한 기술개발이 이루어지고 있다. 현재 개발되고 있는 심지층 처분기술은 지하 500~1,000m 깊이에 처분장을 만들어 고준위폐기물을 묻는 방법이다. 실제로 핀란드는 수도 헬싱키의 서북쪽에 있는 올킬루오토 섬에 세계 최대 규모의 원전을 지으면서 고준위폐기물 심지층처분장도 함께 건설하고 있으며, 스웨덴도 2009년 6월 지하처분장이 들어설 지역을 확정하였다. 프랑스도 2005년부터 프랑스 동부 뷰어 지하 490m 직선 갱도를 파고들어가 지름 5m 총 길이 535m 길이로 이어지는 심지층처분 지하처분연구시설을 만들어 고준위폐기물의 영구처분을 위하여 빈틈없는 연구에 몰두하고 있다.

한국도 1997년부터 한국원자력연구원을 중심으로 고준위폐기물 심지층 처분기술개발을 수행해 오고 있다. 그 결과 2006년 11월 지하처분연구시설(KURT)을 준공하여 구축하고, 처분 용기, 완충재, 뒤채움재로 구성된 공학적 방벽시스템 개발, 다중 방벽 개념을 도입한 방사성 물질의 누출방지, 지하암반수의 거동연구 등을 수행하고 있다. 이와 같은 고준위폐기물 심지층처분의 핵심기술은 첫째는 고준위폐기물을 밀봉 처리하는 처분 용기 기술의 개발이며, 둘째는 고준위폐기물이 밀봉된 처분 용기의 지하 심지층처분장 건설 및 운영기술 개발이다. 이와 같은 기술 개발에 영향을 미치는 요인은 고준위폐기물에서 발생하는 방사능 및 붕괴열, 고준위폐기물 심지층처분장의 지질특성 및 처분장에 침투하는 지하수 및 그 거동, 지진 등과 같은 지각 변동에 의한 심지층처분장 지지 암반의 전단변형 등이다.

실제로 처분 용기가 지하 500~1,000m의 심지층 처분환경에서 오랜 처분기간(약10,000~1,000,000년) 동안 처분환경에 견딜 수 있으려면 충분한 구조적 강도를 갖도록 설계되어야 함은 물론, 처분 용기의 제작/운반/취급이 용이하고 또 처분 시 처분 용기의 자중에 의한 부등침하를 최소화하기 위해서 될수록 경량화 설계를 하여야 한다.

일례로, 대한민국 특허등록공보 제10-1046515호에 게시된 고준위폐기물 포장용기-완충재 일체화 모듈형 처분 용기는 고준위폐기물을 지하 심지층 암반에 저장하여 처분하는 고준위폐기물의 처분 용기에 있어서, 상기 고준위폐기물을 수용하도록 내부가 중공된 포장용기; 상기 포장용기를 감싸도록 구비된 완충재; 및 상기 완충재의 외측면에 구비되고, 내식성과 고강도의 재료로 형성된 쉘을 포함하고, 상기 포장용기와 상기 완충재 및 상기 쉘이 일체화 모듈로 형성되며, 상기 완충재와 상기 쉘은 다각형의 단면 형상으로 형성된 것을 특징으로 하고, 고준위폐기물의 처분 시스템은 고준위폐기물을 심지층에 저장하여 처분o하는 고준위폐기물의 처분시스템에 있어서, 고준위폐기물을 수용하는 포장용기, 상기 포장용기의 외측에 일체로 형성되고 다각형의 단면 형상으로 형성된 제1 완충재, 및 상기 제1 완충재와 함께 다각형의 단면 형상을 형성하도록 상기 제1 완충재의 외측에 일체로 형성되고 내식성과 고강도의 재질로 형성된 쉘을 포함하는 처분 용기; 암반층을 굴착하여 형성되고, 상기 처분 용기의 다각형 측면이 바닥면에 안착되도록 상기 처분 용기가 수납되는 수납터널; 상기 처분 용기와 상기 수납터널 사이에 형성되며, 순수 벤토나이트로 형성된 제 2 완충재: 및 상기 처분 용기 및 상기 제 2 완충재와 상기 수납터널 사이에 형성된 빈 공간에 채우게 되는 뒷채움재;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또, 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0057238호에 개시된 고준위폐기물 포장용기-완충재 일체화 모듈 시스템은 고준위폐기물을 심지층에 저장하여 처분하는 고준위폐기물의 처분시스템에 있어서, 고준위폐기물을 수용하는 포장용기; 상기 포장용기 및 혼합 완충재를 수용하는 처분 용기; 암반층을 굴착하여 형성되고, 상기 처분 용기를 수납하는 처분 수납터널; 상기 처분 용기와 상기 처분 수납터널 사이에 형성되며, 순수 벤토나이트로 형성된 제 2 완충재: 및 상기 처분 용기 및 상기 제 2 완충재와 처분 수납터널 사이에 형성된 빈 공간에 채우게 되는 뒷채움재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 이러한 처분 용기는 통상 원통형으로 하나의 금속 재질로 이루어지고, 티타늄 재질의 사각 함체 형태의 쉘 내부에 처분 용기를 배치하고, 완충재를 채우는 구성이기 때문에 처분 용기의 강도가 상대적으로 약한 문제점이 있다.

또한, 처분용기는 심부조건에서 어떤 부하가 있어도 충분히 건전성을 유지할 수 있어야 한다. 처분용기 재료를 선택할 때 중요한 관점은 물리화학적 성능, 제작용이성, 및 경제성을 들 수 있다. 물리화학적 성능은 처분용기의 수명 및 건전성과 관련된 부분이다. 물리화학적 성능과 관련된 항목과 그 중요도로는 내식성이 가장 중요하고, 기계적 강도는 보통이며, 방사선에 의한 취화 민감도는 보통이며, 품질 의존성은 중요하다.

따라서 처분용기 재료의 선택에서 내식성이 가장 먼저 확보되어야 한다. 그리고 수많은 처분용기가 동일한 품질을 가져야하기 때문에 재료의 품질 의존성도 중요하다. 실제 용기의 기계적 강도 확보도 필수적이지만, 대부분의 금속재료는 강도 측면에서 우수하기 때문에 중요도가 보통이다. 그 다음으로 금속의 미량 성분 중에 방사선에 의해 취화를 야기하는 것은 허용치(ppm) 이하로 관리해야 한다.

그리고 처분용기 재료는 우수한 가공성, 우수한 용접성, 비파괴 검사 용이성을 가져야 한다.

그러나, 현재까지 개발된 처분 용기는 특성을 만족하지 못하는 문제점이 있다.

대한민국 특허등록공보 제10-1046515호 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0057238호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내식성과, 제작 용이성이 우수하도록 탄소강 재질의 내벽과, 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽과, 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽으로 이루어진 다중 방벽을 구비하는 처분 용기를 제공하도록 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 처분 용기의 외벽 외측면에 방열판을 부착하고, 방열판과 외벽 사이에 수직으로 방열핀을 배열하며, 방열판과 외벽 사이에 사이펀관을 설치하여 처분 용기에서 발생되는 열을 외부로 방출하여 냉각시키도록 함으로써 안정적 보관이 가능하도록 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또, 본 발명은 암반층에 형성된 수납터널에서 수직으로 처분공을 형성하고, 처분공 내에 처분 용기를 설치한 다음 완충재로서 Na-벤토나이트를 채우도록 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,

탄소강 재질로 원통형으로 형성되는 내벽과; 상기 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽; 및 상기 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 외벽은 내부에서 발생되어 상기 외벽으로 전달된 열을 방출시키도록 외측면에서 이격되어 알루미늄 또는 구리 재질의 방열판이 더 설치되고, 상기 방열판과 외벽 사이에 상기 방열판과 동일 재질의 방열핀이 접합 설치된다.

여기에서 또한, 상기 방열판은 외측면에 상기 방열핀이 접합 설치된다.

여기에서 또, 상기 방열판과 외벽 사이에는 내부에서 발생되어 상기 외벽으로 전달된 열을 방출시키도록 내부가 진공 상태로 냉매가 일정 수위로 저장된 사이펀관이 설치된다.

본 발명의 다른 특징은,

상기의 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템에 있어서, 암반층을 굴착하여 형성되는 처분 터널과; 상기 처분 터널에서 수직 또는 수평으로 천공되어 상기 처분 용기가 보관되는 처분공; 및 상기 처분공과 처분 용기 사이에 채워지는 완충재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 완충재는 Na-벤토나이트이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기 및 이를 이용한 방벽 시스템에 따르면, 탄소강 재질의 내벽과, 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽과, 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽으로 이루어진 다중 방벽을 구비하는 처분 용기를 제공하여 내식성과, 제작 용이성이 상대적으로 우수하다.

또한, 본 발명에 따르면 처분 용기의 외벽 외측면에 방열판을 부착하고, 방열판과 외벽 사이에 수직으로 방열핀을 배열하며, 방열판과 외벽 사이에 사이펀관을 설치하여 처분 용기에서 발생되는 열을 외부로 방출하여 냉각시키도록 함으로써 안전한 보관이 가능하다.

또, 본 발명에 따르면 암반층에 형성된 처분터널에서 수직으로 처분공을 형성하고, 처분공 내에 처분 용기를 설치한 다음 완충재로서 Na-벤토나이트를 채워넣음으로써 완충재로서 물성을 만족하면서도 경제성을 만족한다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이다.
도 3는 도 2의 부분 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이다.
도 5는 도 4의 부분 단면 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템의 구성을 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이며, 도 3는 도 2의 부분 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기의 구성을 나타낸 정단면도이며, 도 5는 도 4의 부분 단면 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기(10)는 내벽(11)과, 중간벽(12) 및 외벽(13)으로 구성된다.

먼저, 내벽(11)은 경제성과, 제작 용이성이 우수한 탄소강 재질로 원통형으로 형성된다. 이때, 내벽(11)은 고준위폐기물이 내부에 수납되도록 상면이 개방된 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 두께는 임의로 조정이 가능하다.

그리고, 중간벽(12)은 내식성이 우수한 인코넬 재질로 내벽 외측면에 접합된다. 이때, 중간벽(12)은 내벽(11)과 동일하게 상면이 개방된 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 두께는 임의로 조정이 가능하다.

또한, 외벽(13)은 내식성이 우수한 구리 재질로 중간벽(12) 외측면에 접합된다. 이때, 중간벽(12)은 내벽(11)과 동일하게 상면이 개방된 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 두께는 임의로 조정이 가능하다.

한편, 내벽(11)과 중간벽(12) 및 외벽(13) 상면에는 뚜껑(14)이 결합되어 접합되는 데, 뚜껑(14)은 내벽(11)과 중간벽(12) 및 외벽(13)과 동일하도록 동일 두께를 가지며 저면부터 탄소강, 인코넬, 구리 재질로 3겹으로 형성되는 것이 바람직하다.

계속해서, 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내벽(11) 내부에서 발생되어 외벽(13)으로 전달된 열을 방출시키도록 외측면에서 이격되어 알루미늄 또는 구리 재질의 방열판(15)이 더 설치된다.

그리고, 방열판(15)과 외벽(13) 사이에 방열판(15)과 동일 재질의 방열핀(16)이 수직 방향으로 접합 설치되고, 선택적으로 방열판(15)의 외측면에도 수직 방향으로 방열핀(16)이 접합 설치된다.

이러한 방열핀(16)의 설치는 방열판(15)과 외벽(13) 사이의 강도를 더욱 보강할 수 있다.

또한, 방열핀(16)의 구조를 중앙부의 두께가 얇고, 외측으로 갈수록 두껍게 형성하면, 지진 발생시 얇은 부위가 파손되면서 충격을 흡수하게 되므로 내진 성능을 더욱 향상시킬 수도 있다.

또, 방열판(15)과 외벽(13) 사이에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 내벽(11) 내부에서 발생되어 외벽(13)으로 전달된 열을 방출시키도록 내부가 진공 상태로 냉매가 일정 수위로 저장된 사이펀관(17)이 설치될 수도 있다.

이때, 사이펀관(17)은 고준위폐기물에서 발생되는 열이 내벽(11)과, 중간벽(12) 및 외벽(13)을 통해 전달되면, 전달된 열에 의해 냉매가 증기로 증발되어 상승되고, 증발된 증기가 방열판(15)의 온도에 의해 냉각되어 액체 냉매로 변환되어 낙하되고, 증발과 낙하를 반복하면서 외벽(13)을 냉각시켜, 냉각열이 외벽(13)과, 중간벽(12) 및 내벽(11)으로 전달되도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템의 구성을 나타낸 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템(1)은 처분 터널(A)과, 처분공(B)과, 처분 용기(10) 및 완충재(20)로 이루어진다.

먼저, 처분 터널(A)은 통상의 구조로서 암반층을 굴착하여 형성된다.

그리고, 처분공(B)은 처분 터널(A)에서 수직 또는 수평으로 천공되어 처분 용기(10)가 보관된다.

또한, 처분 용기(10)는 상기에서 설명한 바와 같이 내벽(11)과, 중간벽(12) 및 외벽(13)으로 구성된다. 이때, 처분 용기(10)는 외벽(13)에 방열판(15)이 설치되고, 외벽(13)과 방열판(15) 사이 및 방열판(15) 외측에 방열핀(16)이 더 설치되거나, 방열판(15)과 외벽 사이에 사이펀관(17)이 설치될 수도 있다.

또, 완충재(20)는 처분공(B)과 처분 용기(10) 사이의 공간에 채워진다. 이때, 완충재(20)는 Na-벤토나이트가 사용되는 것이 바람직하고, 이때, 완충재(20)를 블록 형태로 제작하여 설치할 수도 있다.

한편, 고준위 폐기물 처분장이 심부 결정질 암반에 건설된다면, 이 경우 암반 균열을 통한 지하수의 유입과 이로 인한 처분 용기의 부식 및 방사성핵종 유출을 저지하기 위해 완충재의 설치는 필수적이다. 고준위 폐기물 처분장에서 완충재는 처분 용기와 함께 공학적방벽의 주요 구성요소이다. 완충재는 처분동굴 바닥에 처분공을 파고, 이곳에 폐기물을 포장해 넣은 처분 용기를 정치한 후, 처분 용기와 처분공 암반벽 사이 공간을 채우며 설치한다. 처분장에서 완충재의 주요 기능은 처분장으로의 지하수 유입을 억제하고, 방사성핵종의 유출을 저지하며, 외부 응력으로부터의 처분용기를 보호하고, 또한 폐기물로부터 발생되는 붕괴열을 밖으로 분산시키는 역할을 한다.

고준위 폐기물 처분장의 완충재 소재로 적합한 물질을 선정하기 위해서, 여러 나라에서 많은 물질을 대상으로 조사가 행하여졌다. 조사결과, 점토질 물질 (clay-based material)과 시멘트 물질(cement-based material)이 완충재로 사용 가능한 것으로 밝혀졌다. 그러나 시멘트 물질은 지하수의 pH를 12.5 이상으로 증가시키고, 이러한 pH 조건에서는 처분용기 재질의 부식을 촉진시킬 가능성이 있기 때문에, 완충재로는 점토질 물질이 더 바람직하다.

점토질 물질은 구성광물에 따라 물리화학적 특성이 다르다. 주요 광물로는 카올리나이트, 일라이트, 몬모릴로나이트 등이 있다. 이 중 몬모릴로나이트는 카올리나이트나 일라이트 보다 팽윤성이 크기 때문에 동일한 건조밀도에서 수리전도도가 훨씬 낮고, 또 비표면적이 커서 양이온 교환능(CEC)과 핵종 분배계수가 크기 때문에 핵종 저지능 측면에서도 다른 광물에 비해 우수한 것으로 확인되었다. 그러므로 점토질 물질은 몬모릴로나이트 함량이 많을수록 완충재 물질로 더 적합한 것으로 알려져 있다. 벤토나이트는 몬모릴로나이트를 주성분으로 하는 점토질 물질로서, 현재 처분장 건설을 계획하고 있는 많은 국가에서 다른 점토 보다 완충재 후보물질로 더 선호되고 있다.

벤토나이트는 물과 접촉할 경우 몬모릴로나이트 광물의 층간이 수화 (hydration) 되면서 부피가 증가하는 팽윤성을 가지고 있다. 처분공에 처분 용기를 넣은 후, 처분용기와 처분공 사이의 빈 공간을 벤토나이트 완충재로 충전하면, 완충재는 주위 암반으로부터 지하수가 처분공 내로 침투할 때, 물과 접촉하여 팽윤하고 그 결과, 지하수의 침투를 막아주는 차수기능을 한다. 벤토나이트는 팽윤 능력이 다른 점토들에 비해 매우 크므로 완충재를 설치하는 과정에서 완충재 내에 빈 공간이나, 균열이 생긴 경우에도 팽윤과정을 통하여 빈 공간을 메워 줄 수 있다. 또 벤토나이트는 대부분의 양이온핵종에 대해 높은 흡착능을 가지고 있어, 폐기물로부터 방사성핵종이 누출된 경우 방사성핵종이 주위 암반으로 유출되는 것을 효과적으로 저지할 수 있다. 이 밖에도 벤토나이트는 장기간의 변성과정을 거쳐 형성된 안정된 천연물질이므로, 고준위폐기물처분장 수명기간 중에 특성 변화가 없이 원래의 상태를 유지할 수 있는 장기안정성을 가지고 있다는 점도 장점이다.

벤토나이트는 몬모릴로나이트 광물의 층간에 존재하는 치환성 양이온 (exchangeable cation)의 종류에 따라 Na-벤토나이트와 Ca-벤토나이트의 두 종류로 구분된다. 일반적으로, Na-벤토나이트는 Ca-벤토나이트에 비해 높은 팽윤성을 갖기 때문에 완충재 물질로 더 적합한 것으로 알려져 있다.

본 발명에서는 Na-벤토나이트가 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 방벽 시스템 10 : 처분 용기
11 : 내벽 12 : 중간벽
13 : 외벽 14 : 뚜껑
15 : 방열판 16 : 방열핀
17 : 사이펀관 20 : 채움재
A : 처분 터널 B : 처분공

Claims (6)

1. 탄소강 재질로 원통형으로 형성되는 내벽과;
   원통형으로 형성되어 상기 내벽 외측면에 접합되는 인코넬 재질의 중간벽; 및
   상기 중간벽 외측면에 접합되는 구리 재질의 외벽을 포함하고,
   상기 외벽은,
   내부에서 발생되어 상기 외벽으로 전달된 열을 방출시키도록 외측면에서 이격되어 알루미늄 또는 구리 재질의 방열판이 더 설치되고, 상기 방열판과 외벽 사이에 상기 방열판과 동일 재질의 방열핀이 접합 설치되며,
   상기 방열판과 외벽 사이에는,
   내부에서 발생되어 상기 외벽으로 전달된 열을 방출시키도록 내부가 진공 상태로 냉매가 일정 수위로 저장된 사이펀관이 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 방열판은,
   외측면에 상기 방열핀이 접합 설치되는 것을 특징으로 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기.
4. 삭제
5. 제 1 항의 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템에 있어서,
   암반층을 굴착하여 형성되는 처분 터널과;
   상기 처분 터널에서 수직 또는 수평으로 천공되어 상기 처분 용기가 보관되는 처분공; 및
   상기 처분공과 처분 용기 사이에 채워지는 완충재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 완충재는,
   Na-벤토나이트인 것을 특징으로 하는 다중 방벽을 이용한 고준위 방사성 폐기물의 처분 용기를 이용한 방벽 시스템.

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