KR102043680B1 - 삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법 - Google Patents

삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 수용하기 위한 제1 보관용기; 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하기 위한 증발원; 상기 제1 보관용기에서 얻어진 상기 삼중수소 함유 수증기를 삼중수소 함유 물로 응축시키기 위한 응축 도관; 상기 응축 도관에서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수집하기 위한 수조; 및 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키기 위한 이송 수단을 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법에 관한 것이다.

Description

삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법{A SEPARATION DEVICE FOR TRITIUM AND A METHOD FOR SEPARATING TRITIUM}
본 발명은 삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법에 관한 것으로서, 구체적으로 방사성 고체 폐기물을 보관 및 처분하기 전, 방사성 고체 폐기물에 포함된 방사성 핵종인 삼중수소(tritium, 3H)를 분리, 제거 또는 저감하는 기술에 관한 것이다.
원자력을 이용하거나, 원전을 해체하는 과정에서 불가피하게 발생되는 방사성 폐기물은 궁극적으로 생태계로부터 영구 격리 처분되어야 한다. 이 때, 방사성 폐기물의 방사능 농도에 따라 처분 방식이 다르고 처분 비용이 몇 배에서 몇 십 배의 차이가 나게 된다. 특히, 방사성 폐기물에 포함되는 방사성 핵종 중에서도 삼중수소(3H)는 방사성 폐기물 중에서도 발생 농도가 매우 높기 때문에, 삼중수소 농도는 방사성 폐기물의 방사능 준위 별 구분에 큰 영향을 미치게 된다.
방사성 핵종의 분리/제거/저감과 관련된 종래기술로서, 한국 특허공개공보 제2014-0069972호에는 방사성 핵종을 포함하는 폐액으로부터 저비점 폐액(폐세정제 또는 폐수)을 증발시키고 응축/회수하여서 방사성 핵종 함유 응축물을 분리 및 회수하는 장치가 개시되어 있다.
한편, 원전 시설 해체 중 발생한 방사성 고체 폐기물 (토양, 콘크리트 등)은 분쇄 (콘크리트) 공정을 거친 후, 방사성 핵종을 분리/제거/저감시키고 나서, 보관 용기 (200 L 드럼)에 옮겨져 처분장으로 이송된다.
그런데, 이와 같은 방사성 고체 폐기물은 수분 함량이 상대적으로 적어서 전체 중량 대비 방사성 핵종의 농도가 낮고 그 부피는 큰 편이어서, 소정의 양의 방사성 고체 폐기물을 처리하기 위해서는, 방사성 핵종을 분리/제거/저감하는 공정을 반복해서 수행하거나 처리 용기의 사이즈를 크게 구성해야 하는 문제가 있었고, 이에 따라 종래의 배치(batch)식의 처리조를 이용하는 공정으로는 삼중수소와 같은 방사성 핵종을 효율적으로 분리/제거/저감의 처리를 용이하게 수행하지 못하고 있는 실정이었다.
한국 공개특허공보 2005-0109290호
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 처리 장치의 스케일업 없이도 방사성 고체 폐기물로부터의 삼중수소의 분리/제거/저감(이하, “저감화”라고도 함) 처리와 함께, 저감화 처리가 된 방사성 고체 폐기물의 이송 및 보관을 신속하고, 연속적 및 효율적으로 수행하여서, 최종적으로는 방사성 고체 폐기물의 방사능 농도를 소정의 수준으로 효율적으로 낮춤에 따라 폐기물 처분 비용도 절감하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 수용하기 위한 제1 보관용기; 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하기 위한 증발원; 상기 제1 보관용기에서 얻어진 상기 삼중수소 함유 수증기를 삼중수소 함유 물로 응축시키기 위한 응축 도관; 상기 응축 도관에서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수집하기 위한 수조; 및 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키기 위한 이송 수단을 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시형태에 따르면, (A) 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하는 단계; (B) 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축시켜서 삼중수소 함유 물을 수조에 수집하는 단계; 및 (C) 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물을 외부로 이송하는 단계를 포함하고, 상기 (A) 내지 (C) 단계가 반복적으로 수행되는 것인 삼중수소의 분리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 삼중수소의 분리장치 및 삼중수소의 분리방법에 의하면, 방사성 고체 폐기물을 분쇄한 후에, 폐기물 처분장으로 이송하기 전의 단계에서 방사성 고체 폐기물을 반복적으로 처리가 가능하고, 방사성 액체 폐기물에 비하여 삼중수소 저감화에 소요되는 시간이 상대적으로 짧기 때문에, 방사성 고체 폐기물을 폐기물 처분장으로 이송하는 과정에서 신속하게, 연속적으로 방사성 고체 폐기물의 삼중수소를 분리/제거/저감시킬 수 있다. 이에 따라, 궁극적으로 원전의 해체 과정에서 발생하는 콘크리트 등에 포함되어 있는 삼중수소의 농도를 낮추어, 방사성 고체 폐기물의 처분 비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소의 분리장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 실시예/비교예에 따라 방사성 핵종으로 오염된 토양에 포함된 수분을 증발시키는데 걸리는 시간을 측정한 결과를 나타낸 도시이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있으나, 구성 요소들이 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과한 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 삼중수소의 분리장치
본 발명은 삼중수소의 분리장치를 제공한다.
본 발명의 삼중수소의 분리장치의 일 실시형태를 도 1을 통해 개략적으로 나타내었다.
도 1에 따르면, 상기 삼중수소의 분리장치는 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 수용하기 위한 제1 보관용기(10), 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하기 위한 증발원(20), 상기 제1 보관용기에서 얻어진 상기 삼중수소 함유 수증기를 삼중수소 함유 물로 응축시키기 위한 응축 도관(30), 상기 응축 도관에서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수집하기 위한 수조(40), 및 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기(10)를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키기 위한 이송 수단(50)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 보관용기(10) 내에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물(100)은 상기 증발원(20)에 의해 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기가 증발된다. 이후, 상기 삼중수소 함유 수증기는 응축 도관(30)을 거치면서 물로 응축되어 최종적으로는 수조(40)로 수집된다. 이로써, 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에서 삼중수소 함유 수분을 분리, 제거 또는 저감하여, 결과적으로 상기 제1 보관용기(10)에는 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물만 남게 된다. 또한, 삼중수소 함유 수증기가 증발원(20)에 의해 증발되어서, 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소가 저감화된 후에는, 상기 이송 수단(50)에 의해 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기(10)를 외부로 이송시킬 수 있다. 여기서 말하는 외부란 중·저준위 방사성 폐기물 처분장으로 최종적으로 이송하기 위한 별도의 이송조 또는 저장조, 혹은 폐기물 처분장에 설치된 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물의 저장 장소일 수 있다.
상기 제1 보관용기(10)는 방사성 고체 폐기물을 수용하기 위한 것이면 재질 또는 형태는 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 보관용기(10)의 재질은 납 또는 스테인리스강일 수 있고, 형태는 원통형 또는 직방체형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 보관용기(10)는 삼중수소 함유 수증기가 증발되어서 응축 도관(30)으로 이송될 수 있는 후드와 같은 연통부(21)를 통한 연통을 제외하고는 상부가 막힌 밀폐된 형태이어도 되고, 또는 간단한 장치의 구성 및 비용 절감을 위하여 상기 제1 보관용기(10)의 상부가 일부 또는 전부 개방된 형태이어도 된다. 상기 연통부(21), 이송 도관(31) 또는 응축 도관(30)에는 진공 펌프(vacuum pump)가 설치되어 증발된 삼중수소 함유 수증기를 연통부(21)에서 응축 도관(30) 방향으로 이동시키거나, 고온에 따른 대류(기체 상승)를 고려하면 진공 펌프를 운영하지 않을 수도 있다.
상기 증발원(20)은 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기를 증발시키는 역할을 한다. 상기 증발원(20)에 의한 삼중수소 함유 수증기의 증발은, 상기 제1 보관용기(10)의 외부 또는 출구에 연결된 연통부(21)의 감압 수단에 의한 감압을 이용하거나, 열원에 의한 가열을 이용할 수 있다.
상기 감압하는 방법은 진공펌프, 감압챔버, 감압밸브 등 통상적으로 이용되는 다양한 종류의 감압 수단을 사용하여 수행할 수 있다.
상기 삼중수소 함유 수증기의 증발을 가열에 의해서 수행하는 경우, 상기 증발원(20)은 제1 열원을 포함할 수 있다. 이 경우, 방사성 액체 폐기물과 같이 열매체유 등의 간접 가열 방식이 아닌, 열원을 통한 직접 가열하는 방식을 사용할 수 있다. 상기 제1 열원으로서는 할로겐 히터, 카본 히터, 석영관 히터, 원적외선 히터, 근적외선 히터, 전기 히터, 스트립 히터, 튜브 히터, 밴드 히터, 히팅 케이블(열선), 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터 등일 수 있다. 바람직하게는 효율이 높고 수명이 길며, 적정한 온도의 히팅이 가능하고, 특히 고온에서 수증기 또는 물에 닿아도 쉽게 깨지지 않는 특성 때문에, 삼중수소 함유 수증기를 증발시키는 방법으로 할로겐 히터를 사용할 수 있다.
상기 방사성 고체 폐기물(100)의 밀도는 2 g/cm3 내지 3 g/cm3일 수 있다.
상기 제1 보관용기(10)는 제1 보관용기(10) 내의 방사성 고체 폐기물이 열원으로부터 충분히 가열될 수 있도록, 높이가 제한될 수 있다. 상기 제1 보관용기(10)의 가로(또는 세로) 길이와 높이의 길이비는 5:1 내지 8:1일 수 있다.
예를 들어, 밀도가 2 g/cm3 내지 3 g/cm3의 방사성 고체 폐기물 15 kg 내지 25 kg를 처리하는 데에 있어서, 열원에 의한 방사성 고체 폐기물의 충분한 가열과, 삼중수소 함유 수증기의 효율적인 증발을 도모하기 위해서, 상기 제1 보관용기(10)는 가로×세로×높이가 30~50 cm × 30~50 cm × 5~10 cm인 직방체형 용기일 수 있고, 지름×높이가 30~50 cm × 5~10 cm인 원통형 용기일 수 있다.
상기 응축 도관(30)은 하방경사 형태의 도관일 수 있다. 상기 응축 도관(30)은 지평선을 기준으로 0° 초과 90° 미만의 각도로 하방경사 형태로 기울어져 구비될 수 있다. 상기 응축 도관(30)의 단부의 출구(하류측)는 응축된 삼중수소 함유 물이 저장된 수조(40)로 연결되는데, 수조(40) 내의 물 속에 잠기어 있어도 된다. 상기 응축 도관(30)의 출구가 상기 수조(40) 내의 물 속에 잠기게 됨으로써, 응축 도관(30) 내에서 미처 응축되지 못한 삼중수소 함유 수증기가 전부 상기 수조(40) 내에서 응축될 수도 있다.
상기 수조(40) 내부 또는 상기 수조(40) 내의 물의 온도를 저온(5 내지 10℃)으로 유지하고, 상기 수조(40)는 응축된 물이 수조로 들어가는 입구를 제외한 출구가 없는 용기일 수 있다. 이로써, 응축된 삼중수소 함유 물이 수조(40)로 들어간 만큼 수조(40) 내 압력은 증가하게 되고, 압력이 증가하면 삼중수소 함유 물의 자연증발(재발산)을 방지할 수 있는 효과가 있다.
상기 제1 보관용기(10)와 상기 응축 도관(30)의 사이에, 상기 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 상기 수조(40) 방향으로 이송하기 위한 상방경사 형태의 이송 도관(31)을 더 포함할 수 있다. 상기 이송 도관(31)은 상기 증발원(20)에 의해서 제1 보관용기(10)에서 발생된 삼중수소 함유 수증기를 상기 응축 도관(30)까지 수송하는 역할을 할 수 있다.
상기 이송 도관(31)은 지평선을 기준으로 0° 초과 90° 미만의 각도로 상방경사 형태로 기울어져 구비될 수 있다. 상기 이송 도관(31)을 상방경사 형태로 구비함으로써, 상기 이송 도관(31) 내에서 증발된 삼중수소 함유 수증기가 대류에 의해 상승하여 자연적으로 이동할 수 있게 된다.
또한, 증발된 삼중수소 함유 수증기가 상기 이송 도관(31) 내에서 응축되어 다시 제1 보관용기(10)로 재유입 되지 않도록, 상기 증발된 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 유지하기 위하여 제2 열원을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 열원을 이용하여, 상기 이송 도관(31) 내부의 온도를 100℃ 이상, 구체적으로 100℃ 이상 150℃ 이하로 유지할 수 있으며, 상기 제2 열원으로서는 상기 제1 열원과 동일하거나 상이한 종류의 열원을 사용할 수 있다. 상기 제2 열원은 상기 이송 도관(31)과 독립적인 부재로서 구비되어 열을 공급할 수도 있고, 상기 이송 도관(31)의 일부의 부재로서 부착 또는 일체화 되어 열을 공급할 수도 있다. 바람직하게는 열선 등의 열원장치가 이송 도관(31) 외부를 감싸듯이 부착되어서, 증발된 삼중수소 함유 수증기가 재응축 되지 않는 온도로 유지할 수 있다.
상기 이송 수단(50)은 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기(10)를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키는 역할을 할 수 있다. 상기 이송 수단(50)은 상기 제1 보관용기(10)를 이송시킬 수 있는 것이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로, 견인기, 차량, 이동식 벨트, 자동 견인 로봇 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 이송 수단(50)은 이동식 벨트를 포함할 수 있다. 구체적으로 컨베이어 벨트, 플레이트 벨트 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 이송 수단(50)은 삼중수소를 처리하고 남은 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기(10)를 외부로 이송시키고, 그 자리에 새로운 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기(11)로 대체시키기 위한 것일 수 있다. 상기 이송 수단(50)은 제1 보관용기(10)를 상기 제1 보관용기(10)와 일련(series)으로 배열 또는 배치되어 있는 제2 보관용기(11)로 대체시키는 역할을 할 수 있다.
상기 제2 보관용기(11)의 재질, 크기, 높이에 관한 내용은 전술한 제1 보관용기(10)에 관한 설명이 적용될 수 있다.
상기 이송 수단(50)이 이동식 벨트인 경우, 삼중수소 저감화 처리가 완료된 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기(10)와 삼중수소 저감화 처리가 안 된 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제2 보관용기(11)를 정기적/자동적으로 대체하여서 삼중수소의 보다 효율적인 저감화 처리를 연속적으로 수행할 수 있게 된다. 즉, 제1 보관용기(10)에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기가 증발 및 응축 과정을 거치면서 수조로 저장되어서 제거/분리가 되고, 이렇게 삼중수소 함유 수분이 제거된 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기(10)가 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기(11)로 일정한 시간 간격으로 자동적으로 대체되어, 일련의 보관용기에 수용된 많은 양의 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터의 삼중수소 저감화 처리 작업을 단순한 배치(batch)식이 아니라 연속적으로 수행할 수 있게 된다.
따라서, 방사성 액체 폐기물과 같이 제한된 양의 폐기물을 처리조에 넣고 삼중수소가 전부 제거 또는 저감화 처리가 완료될 때까지 기다리지 않아도 되며, 삼중수소의 제거 또는 저감화의 처리가 된 후에 처리 공정을 종료하고 그 처리된 폐기물을 다시 다른 용기에 옮겨야 하는 수고가 없어지게 되므로, 본 발명에 따른 삼중수소의 분리장치는 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수분을 보다 효율적으로 제거 또는 저감화 처리하는 것이 가능하다.
2. 삼중수소의 분리방법
본 발명은 삼중수소의 분리방법을 제공한다.
상기 삼중수소의 분리방법은, (A) 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하는 단계; (B) 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축시켜서 삼중수소 함유 물을 수조에 수집하는 단계; 및 (C) 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물을 외부로 이송하는 단계를 포함하고, 상기 (A) 내지 (C) 단계는 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 삼중수소의 분리방법은, (A) 제1 보관용기에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 제1 열원에 의한 가열에 의하여 삼중수소 함유 수증기를 증발하여서, 삼중수소 함유 수증기 및 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 분리하는 단계; (B) 상기 삼중수소 함유 수증기를 도관 내에서 응축시켜서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수조에 수집하는 단계; 및 (C) 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기를 외부로 이송하고, 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기로 대체시키는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 (A) 단계에서, 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기를 증발시키는 방법은 감압 또는 가열하는 방법을 이용할 수 있다. 상기 감압 또는 가열하는 방법은 전술한 상기 삼중수소의 분리장치에 관한 설명에서와 동일하게 적용할 수 있다.
상기 (A) 단계의 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에 포함된 방사성 핵종 중 휘발성 핵종은 삼중수소(3H) 외에, 방사성 탄소(14C), 방사성 세슘(137Cs), 방사성 요오드(129I), 방사성 테크네튬(99Tc) 등이 있다. 이 들 중, 삼중수소 함유 물 분자는 통상적인 물 분자와 성질이 같아서 100℃ 이상에서 쉽게 기화하고, 방사성 세슘(137Cs)은 450℃에서 기화할 수 있고, 방사성 탄소(14C), 방사성 요오드(129I), 방사성 테크네튬(99Tc)은 800℃ 이상이 되어야 기화가 가능하다.
상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 상기 삼중수소 함유 수증기를 증발하는 온도는 100℃ 내지 150℃일 수 있다. 위와 같이 적정한 온도로 증발시킴으로써, 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에 포함된 휘발성 핵종 중, 삼중수소만을 효율적으로 증발시킬 수 있다.
상기 (A) 단계 및 (B) 단계의 사이에, (A') 상기 삼중수소 함유 수증기를 상방경사 형태의 이송 도관을 통하여 증기 상태로 상기 수조 방향으로 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 삼중수소 함유 수증기는 대류 현상에 의해 상방경사 형태의 이송 도관을 따라 상승할 수 있다.
상기 삼중수소 함유 수증기가 상방경사 형태의 이송 도관을 통하여 이송될 때, 증발된 삼중수소 함유 수증기가 다시 응축되지 않도록 고온을 유지해야 한다. 이 경우, 상기 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 이송하기 위하여, 상기 상방경사 형태의 이송 도관을 제2 열원을 이용하여, 100℃ 이상의 온도, 구체적으로 100℃ 이상 150℃ 이하로 가열 또는 유지할 수 있다. 상기 제2 열원으로서는 상기 제1 열원과 동일하거나 상이한 종류의 열원을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 이송 도관의 외부를 열선 등의 열원장치를 이용하여 부착 또는 일체화시키는 경우에, 이송 도관의 전반에 걸쳐 열의 공급이 고르게 이루어져 이송 도관의 내부의 온도를 증발된 삼중수소 함유 수증기가 재응축되지 않는 온도로 유지할 수 있다.
상기 (B) 단계에서, 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축시키는 단계는 하방경사 형태의 응축 도관 내에서 수행될 수 있다. 특히, 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축하는 과정에서 별도의 응축 챔버가 없어도, 상기 하방경사 형태의 응축 도관 내에서 응축이 가능하다. 상기 하방경사 형태의 응축 도관은 별도의 가열 또는 냉각 장치를 구비하고 있지 않으므로, 상기 삼중수소 함유 수증기는 도관 경로에 따른 온도 차이와 중력에 의해 상기 하방경사 형태의 응축 도관을 따라 내려오면서 삼중수소 함유 물로 응축되어, 최종적으로는 수조로 수집될 수 있다.
상기 (C) 단계에서, 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물은 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에서 삼중수소 함유 수증기를 분리/제거/저감해 낸 후에 남은 방사성 고체 폐기물을 의미한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물은, 상기 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기가 90% 이상 제거된 방사성 고체 폐기물을 의미할 수 있으며, 바람직하게는 삼중수소 함유 수증기가 99% 이상 제거된 방사성 고체 폐기물일 수 있다.
상기 (C) 단계에서, 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기를 외부로 이송하고, 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기로 대체시키는 단계가 반복적으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 제1 보관용기에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기를 증발시킴으로써 분리해 내는 과정 (또는, 이와 병행하여 증발되어 분리된 삼중수소 함유 수증기가 응축되어서 수조로 수집되는 과정)을 거친 후에, 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 남겨진 제1 보관용기를 새로운 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기로 대체한 후, 다시 제2 보관용기에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기를 증발 및 응축시키는 과정을 연달아 반복적으로 수행할 수 있다. 이 때, 상기 제1 보관용기를 상기 제1 보관용기와 일련(series)으로 배열되어 있는 상기 제2 보관용기로 대체시킴으로써, 반복적/연속적인 삼중수소 저감화 처리를 효율적으로 구현할 수 있다.
위와 같은 상기 제1 보관용기의 이송 및 대체는 전술한 상기 삼중수소의 분리장치에서 서술한 이송 수단에 의해서 가능하며, 구체적으로는 이동식 벨트(moving belt) 상에서 수행될 수 있다.
삼중수소 저감화 처리가 되는 대상인 제1 보관용기 내의 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물 중의 삼중수소 함유 수분의 함량은 0.01 중량% 내지 10 중량%일 수 있다. 상대적으로 방사성 액체 폐기물에 비하여, 방사성 고체 폐기물 내에 포함된 삼중수소 함유 수분의 함량이 현저히 적기 때문에, 방사성 액체 폐기물을 증발시키는 경우에 비하여 보다 짧은 시간에 제1 보관용기에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에서 삼중수소 함유 수증기를 증발시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 삼중수소의 분리방법을 적용하는 경우, 특히 이동식 벨트에서 다수의 보관용기에 담긴 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 증발원이 위치한 곳에 도달하게 되면, 짧은 시간 내에 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물에 포함된 삼중수소를 분리해 낼 수 있어서, 방사성 고체 폐기물의 분쇄 단계와 이송조에 포장 후 처분장으로 이송하는 단계 사이에서, 상기 방사성 고체 폐기물에 함유된 삼중수소의 신속한 분리(또는 저감)가 가능하고, 이에 더불어 처분 비용을 낮출 수 있게 된다.
궁극적으로, 본 발명에 따른 삼중수소의 분리방법을 통해서, 방사성 고체 폐기물로부터 휘발성 핵종 중 삼중수소를 연속적, 순차적으로 제거함으로써, 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물을 얻을 수 있고, 이는 방사성 폐기물의 처분 비용을 절감시키는 효과가 있다.
<실시예>
도 1에 도시된 장치를 이용하여, 삼중수소 함유 수분의 함량이 9 중량%인 방사성 핵종으로 오염된 토양(밀도 2.4 g/cm3) 10g을 분취하여 1g씩 10개의 원통형의 스테인리스강 보관용기(지름: 30 mm, 높이: 7 mm)에 담고, 이를 컨베이어 벨트 상에 일렬로 배열하였다.
이어서, 방사성 핵종으로 오염된 토양의 온도가 100℃가 되도록 할로겐 히터를 조절하였고, 할로겐 히터가 구비된 후드에 정치시켜 보관용기에 담긴 방사성 핵종으로 오염된 토양의 초기 수분함량(9 중량%) 대비 수분제거량을 알기 위해, 토양의 무게를 실시간으로 측정하여, 토양에 포함된 삼중수소 함유 수분이 1 중량% 미만이 되는 경우, 컨베이어 벨트가 이동하여 그 다음 보관용기가 후드에 정치하게 함으로써, 위와 같이 보관용기 내의 방사성 핵종으로 오염된 토양으로부터 삼중수소 함유 수분을 증발시키는 과정을 반복하여 수행하였다.
이 때, 컨베이어 벨트 상에서 이전 보관용기가 후드에 위치하는 시간부터, 그 다음 보관용기가 후드에 위치하는데 걸리는 시간은 10초였다.
각각의 보관용기에 담긴 방사성 핵종으로 오염된 토양으로부터 증발된 삼중수소 함유 수증기는 이송 도관을 따라 이동한 후, 응축 도관에서 삼중수소 함유 물로 응축되어 최종적으로 수조에 수집하였다. 이 때, 이송 도관 내부의 온도가 100℃를 유지하도록 이송 도관 외부에 열선을 고르게 감았다.
총 10개의 보관용기 내에 담긴 방사성 핵종으로 오염된 토양에 포함된 수분을 증발시키는데 걸리는 시간을 측정한 결과를 도 2에 나타내었다.
<비교예>
삼중수소 함유 수분의 함량이 9 중량%인 방사성 핵종으로 오염된 토양 10g을 원통형의 스테인리스강 보관용기(지름: 30 mm, 높이: 7 mm)에 담은 후, 방사성 핵종으로 오염된 토양의 온도가 100℃가 되도록 할로겐 히터를 조절하였고, 할로겐 히터가 구비된 후드에서 정치시켜, 방사성 핵종으로 오염된 토양에 포함된 삼중수소 함유 수분이 1 중량% 미만이 될 때까지 수분을 증발시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 방사성 핵종으로 오염된 토양에 포함된 수분을 증발시키는데 걸리는 시간을 측정한 결과를 도 2에 나타내었다.
상기 실시예, 비교예 및 도 2에 따르면, 방사성 핵종으로 오염된 토양 10g을 1g씩 분취하여 구성된 총 10개의 일련의 보관용기 내의 토양에 포함된 수분을 증발시키는 경우에는 총 2,120초의 시간이 소요되었으나, 10g을 한꺼번에 처리하여 수분을 증발시키는 경우에는 총 2,521초의 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있었다.
통상적인 물 분자와 성질이 같은 삼중수소 함유 물 분자는 100℃ 이상에서 기화되므로, 결국 방사성 핵종으로 오염된 토양과 같은 고체 폐기물에서 수분을 증발시키는 경우 수분 증발량은 삼중수소 제거율에 대응되는 중요한 의미를 갖는다.
따라서, 이러한 결과로부터, 방사성 핵종으로 오염된 고체 폐기물로부터 삼중수소를 제거할 때, 동일한 양을 배치(batch)식 공정에 의해 한 번에 삼중수소 함유 수분을 분리, 제거하는 경우에 비하여, 여러 개로 분쇄하여 연속 공정에 의해 삼중수소 함유 수분을 분리, 제거하는 경우에 소요되는 시간을 15.9% 이상 절감함으로써, 신속하게 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소를 분리, 제거, 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 제1 보관용기
11: 제2 보관용기
20: 증발원
21: 연통부
30: 응축 도관
31: 이송 도관
40: 수조
50: 이송 수단
100: 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물

Claims (18)

  1. 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 수용하기 위한 제1 보관용기;
    상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하기 위한 증발원;
    상기 제1 보관용기에서 얻어진 상기 삼중수소 함유 수증기를 삼중수소 함유 물로 응축시키기 위한 응축 도관;
    상기 응축 도관에서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수집하기 위한 수조; 및
    상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키기 위한 이송 수단
    을 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치로서,
    상기 증발원은 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 삼중수소 함유 수증기를 가열에 의해서 증발시키기 위한 제1 열원을 포함하는 것이고,
    상기 이송 수단은 추가적으로 상기 제1 보관용기를 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기로 대체시키기 위한 것인 삼중수소의 분리장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 수단은 상기 제1 보관용기와 일련(series)으로 배열되어 있는 상기 제2 보관용기로 대체시키는 것인 삼중수소의 분리장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 이송 수단은 이동식 벨트를 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 증발원은 할로겐 히터인 것인 삼중수소의 분리장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 응축 도관은 하방경사 형태의 도관인 것인 삼중수소의 분리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 보관용기와 상기 응축 도관의 사이에 상기 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 상기 수조 방향으로 이송하기 위한 상방경사 형태의 이송 도관을 더 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이송 도관 내의 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 유지하기 위한 제2 열원을 더 포함하는 것인 삼중수소의 분리장치.
  9. (A) 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 삼중수소 함유 수증기의 증발에 의하여 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 처리하는 단계;
    (B) 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축시켜서 삼중수소 함유 물을 수조에 수집하는 단계; 및
    (C) 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물을 외부로 이송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 (A) 내지 (C) 단계가 반복적으로 수행되는 것인 삼중수소의 분리방법으로서,
    상기 (A) 단계는 제1 보관용기에 수용된 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물을 제1 열원에 의한 가열에 의하여 삼중수소 함유 수증기를 증발하여서, 삼중수소 함유 수증기 및 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물로 분리하는 것이고,
    상기 (B) 단계는 상기 삼중수소 함유 수증기를 도관 내에서 응축시켜서 얻어진 삼중수소 함유 물을 수조에 수집하는 것이고,
    상기 (C) 단계는 상기 삼중수소 저감화 방사성 고체 폐기물이 수용된 제1 보관용기를 외부로 이송하고, 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물이 수용된 제2 보관용기로 대체시키는 것인 삼중수소의 분리방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 (C) 단계에서, 상기 제1 보관용기를 상기 제1 보관용기와 일련(series)으로 배열되어 있는 상기 제2 보관용기로 대체시키는 것인 삼중수소의 분리방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 (C) 단계에서의 상기 제1 보관용기의 이송 및 대체는 이동식 벨트 (moving belt) 위에서 수행되는 것인 삼중수소의 분리방법.
  13. 청구항 9, 청구항 11 및 청구항 12 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서, 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 할로겐 히터에 의해 삼중수소 함유 수증기를 증발하는 것인 삼중수소의 분리방법.
  14. 청구항 9, 청구항 11 및 청구항 12 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 (B) 단계에서, 상기 삼중수소 함유 수증기를 응축시키는 단계는 하방경사 형태의 도관 내에서 수행되는 것인 삼중수소의 분리방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 (A) 단계 및 (B) 단계의 사이에, (A') 상기 삼중수소 함유 수증기를 상방경사 형태의 도관을 통하여 증기 상태로 상기 수조 방향으로 이송하는 단계를 더 포함하는 것인 삼중수소의 분리방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 (A') 단계에서, 상기 삼중수소 함유 수증기를 증기 상태로 유지하기 위해 제2 열원에 의한 가열이 수행되는 것인 삼중수소의 분리방법.
  17. 청구항 9, 청구항 11 및 청구항 12 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물 중의 삼중수소 함유 수분의 함량이 0.01 중량% 내지 10 중량%인 것인 삼중수소의 분리방법.
  18. 청구항 9, 청구항 11 및 청구항 12 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서, 상기 삼중수소 함유 방사성 고체 폐기물로부터 상기 삼중수소 함유 수증기를 증발하는 온도는 100℃ 내지 150℃인 것인 삼중수소의 분리방법.
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