KR102120800B1 - 방사성 불활성 기체의 포집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 자동 제어 시스템이 도입된 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 대상 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 중공사막 모듈; 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하는 멀티 밸브부; 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제가 내부에 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 포함하는 포집부; 및 상기 멀티 밸브부로부터 상기 대상 가스가 연통되는 포집 컬럼을 일정한 주기로 교체하도록 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함한다.

Description

방사성 불활성 기체의 포집 장치{Capturing device for radioactive noble gas}

본 발명은 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 자동 제어 시스템이 도입된 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법에 관한 것이다.

방사성 크립톤(⁸⁵Kr) 및 방사성 제논(¹³³Xe)은 핵분열 과정에서 생성되는 대표적인 방사성 불활성 기체(Radioactive Noble Gas)이다. 방사성 크립톤과 방사성 제논은 대기 중에서 확산능이 우수한 특성이 있으며, 다른 물질과 화학반응하지 않아 핵실험 탐지의 결정적 증거로 이용된다. 특히, 방사성 크립톤은 반감기가 10.8년으로 환경에 방출된 뒤에 오랜 기간 대기에 남게 된다. 따라서 대기 중에 존재하는 방사성 크립톤의 농도를 측정함으로써 주변국의 핵 활동을 감시할 수 있다.

대기 중에 포함되어 있는 방사성 불활성 기체를 분석하기 위해서는 저농도로 존재하는 방사성 불활성 기체를 농축하여 포집하는 것이 중요하다. 현재 국내에서 운영 중인 방사성 크립톤 감시 장비는 독일의 BfS-IAR의 장비로, 제논/크립톤 동시 분리/분석 기능을 갖추고 있다. 구체적으로는 독일의 BfS/IAR의 장비는 액체 질소통에 구비된 포집기를 이용하여 77 K 수준의 초저온에서 일주일 동안 총 10 m³의 공기를 포집한 다음에 300℃로 가열하여 흡착제로부터 포집된 시료를 탈착시킨 후, 3~5 L의 용기로 이송하고, 이를 활성탄이 들어있는 오축장치로 보내 10~40 mL로 농축한 후, 가스 크래마토그래피를 통해 크립톤 및 제논을 분리하여 계측한다.

또한, 도 1에 기존의 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 모식화하여 나타내었으며, 도 1을 참고하면 기존의 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 대기 중의 공기를 펌프를 이용하여 장치로 유입되고, 유입된 공기는 먼저 필터를 거쳐 대기 중의 먼지나 부유상 입자들이 여과되며, 이후 공기는 소다석회 컬럼(Soda Lime Column)과 실리카겔 컬럼(Silica Gel Column)을 통과하여 불활성 기체 흡착 모듈(Noble Gas Adsorption Module)로 유입된다.

현재 사용되는 위와 같은 장치의 포집기는 극저온인 액체 질소통에 구비되어 있기 때문에 포집기를 액체 질소통으로부터 분리하기 위해 상온으로 온도를 상승시키는 공정이 요구되고, 이 과정에서 포집기 내에 응축되어 있는 수분 및 이산화탄소가 액화 또는 기화되면서 다량의 가스와 물을 발생시킨다. 따라서 이들을 제거하기 위한 수작업 공정이 요구되고 있다. 그러나 현재 핵 활동 감시를 위한 공기 포집은 분석실에서 멀리 떨어진 원격지에서 이루어지고, 1주일 정도의 주기로 원격지를 방문하여 채취된 시료를 수거하여 분석실에서 분석하는 방법으로 이루어진다. 따라서 이와 같은 수작업 공정이 요구될 경우 포집 주기를 단축시키는 것은 매우 어려운 실정이다.

또한, 위와 같은 소다속회 컬럼과 실리카겔 컬럼은 공기가 통과할때마다 불순물을 함유하게 되어 주기적으로 교체되어야 할 필요가 있으며, 액체 질소통 내 액체 질소 또한 증발로 인해 자주 보충해주어야 할 필요가 있다. 그러나, 위와 같은 수작업 공정과 장치 교체 작업 동안 안전사고의 위험성이 있기 때문에 위와 같은 장치의 소모 부품을 대체하거나 수작업 공정을 최소화하는 것이 요구된다.

또한, 종래의 불활성 기체 포집 장치는 1주일치 공기를 하나의 포집기에 포집하도록 구성되어 있어서 즉각적인 핵 활동 감시가 어려울 뿐만 아니라, 핵 활동이 발생하기 전후의 공기가 함께 포집되기 때문에 방사성 원소의 농도가 희석되어 정밀한 감시가 어렵다는 문제점이 있다. 따라서 공기의 포집 주기를 단축시킬 수 있는 포집 장치의 개발이 요구된다.

따라서, 즉각적이고 정밀한 핵 활동 감시를 위해 공기 포집 주기가 짧고 수작업 공정이 필요하지 않은 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법의 개발이 필요하다.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 방사성 불활성 기체의 포집 장치, 방사성 불활성 기체의 포집 방법 및 이에 따라 포집된 방사성 불활성 기체를 분석하여 핵 활동을 감시하는 방법을 제공하고자 한다.

구체적으로, 본 발명은 공기 포집 주기가 짧으면서, 소모 부품의 교체 및 포집기의 교체 주기를 개선한 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 제공하고자 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 대상 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 중공사막 모듈; 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하는 멀티 밸브부; 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제가 내부에 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 포함하는 포집부; 및 상기 멀티 밸브부로부터 상기 대상 가스가 연통되는 포집 컬럼을 일정한 주기로 교체하도록 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 제공한다.

또한, 대상 가스를 중공사막 모듈에 통과시켜서 여과하는 단계; 상기 중공사막 모듈로 여과된 대상 가스를 멀티 밸브부에 의하여 연통을 조절하는 단계; 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스를 흡착제가 수용된 제1 포집 컬럼에 통과시켜서 방사성 불활성 기체를 포집시키는 단계; 및 상기 멀티 밸브부와 연통되는 제1 포집 컬럼을 일정한 주기로 제2 포집 컬럼으로 변경되도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계;를 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 방법에 따라 포집된 방사성 불활성 기체를 분석하는 단계를 포함하는 핵 활동 감시 방법을 제공한다.

본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 이용하면, 방사성 불활성 기체 포집을 위해 필수적으로 행해지는 물 및 이산화탄소 제거 공정 관리를 자동화할 수 있다.

또한, 본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 2개 이상의 포집기를 이용하기 때문에 포집기 교체 주기를 늘릴 수 있으며, 이에 따라 수작업 공정에 따른 안전사고 발생의 문제를 해결하는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 불활성 기체의 포집부는 전기로 작동하는 펌프로 압축된 냉매를 사용함으로써 액체 질소를 주기적으로 보충해주어야 하는 문제를 해결하는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 복수 개의 포집 컬럼을 구비하고, 멀티 밸브부 및 제어부를 통해 일정 주기가 지나면 공기가 공급되는 포집 컬럼이 변경되도록 함으로써, 하나의 포집 컬럼에 72 시간 이하의 포집 주기로 공기를 채취하도록 하여 방사성 원소가 희석되는 것을 최소화하였으며, 이를 통해 즉각적이고 정밀한 핵 활동 감시가 이루어질 수 있도록 하는 효과를 나타낼 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 방사성 불활성 기체의 포집 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 중공사막의 일 형태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 포집 컬럼의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 포집 컬럼의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 포집 컬럼의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 포집 컬럼의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 온도 조건을 달리하여 본 발명의 포집 컬럼을 이용하여 포집된 크립톤의 흡착량을 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

일 측면에서, 본 발명은 대상 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 중공사막 모듈; 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하는 멀티 밸브부; 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제가 내부에 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 포함하는 포집부; 및 상기 멀티 밸브부로부터 상기 대상 가스가 연통되는 포집 컬럼을 일정한 주기로 교체하도록 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하는 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 제공한다.

도 2에는 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치의 일 실시예가 도시되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치에 대해 구체적으로 설명한다.

본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 대상 가스로부터 방사성 불활성 기체를 분리하여 방사성 불활성 기체를 농축하여 포집하는 것을 하나의 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 대상 가스는 크립톤, 제논, 라돈 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 방사성 불활성 기체를 포함하는 공기일 수 있으며, 보다 구체적으로 방사성 크립톤(⁸⁵Kr), 방사성 제논(¹³³Xe) 또는 이들의 혼합 기체를 포함하는 공기일 수 있다.

방사성 크립톤(⁸⁵Kr)의 공기 중 농도(바탕농도)는 약 1.5 Bq/m³이며, 공기 중 Kr 안정동위원소 농도는 1.14 cm³/m³ (ppm)이다. 북반구에 위치한 사용 후 핵연료 재처리공장 운영 중 발생하는 방사성 크립톤(⁸⁵Kr)의 농도는 연간 약 30 mBq/m³이다. 따라서, 공기 중 방사성 크립톤 분석을 근거로 핵 활동을 감시하기 위해서는 공기 중 방사성 크립톤의 바탕농도의 2% 농도(30 mBq/m³)를 측정할 수 있어햐 하며, 이를 최소검출가능농도라 한다. 한편, 방사성 크립톤의 최소검출가능농도 30 mBq/m³을 분석하기 위해서는 크립톤 최소 회수량이 0.11 cm³ 이상이어야 한다. 따라서, 공기 포집 과정에서 상기 크립톤이 상기 최소 회수량 이상으로 포집되어야 방사성 크립톤 감시 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 이용하면 대상 가스로부터 크립톤 최소 회수량을 만족할 수 있음을 확인하였다.

본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 대상 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 중공사막 모듈(Hollow Fiber Membrane Module)을 포함한다.

상기 중공사막 모듈은 중공사로 구성되는 막을 적어도 1개 포함하는 것이며, 예를 들어 제1 중공사막, 제2 중공사막 및 제3 중공사막을 포함하는 것일 수 있다. 상기 2개 이상의 중공사막은 병렬적으로, 직렬적으로, 또는 일부는 병렬적으로 그리고 일부는 직렬적으로 구성될 수 있으며, 중공사막의 배치에 특별히 제한되지 않는다.

상기 중공사막은 예를 들어 폴리설폰산계, 폴리에틸렌계, 셀룰로오스계, 폴리아크릴로니트릴계, 프롤리메틸메타크릴레이트계, 폴리비닐알콜계, 폴리에스테르계 및 이들 고분자의 단량체 간의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 소재의 중공사막을 포함할 수 있으나, 중공사막의 소재는 이에 한정되지 않는다.

일 실시예에서, 상기 중공사막은 폴리설폰산계 중공사막을 이용하여 우수한 분리 효능을 나타내는 것을 확인하였다.

또한, 상기 중공사막의 이산화탄소 및 수분의 투과도가 각각 100 내지 2000 GPU 와 1000 내지 5000 GPU일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 중공사막의 외경의 크기는 50 μm 내지 1 cm일 수 있으며, 내경의 크기는 10 μm 내지 1 cm 일 수 있다.

도 3에는 중공사막의 구조의 일 실시예가 도시되어 있다.

상기 중공사막은 입자를 동적 지름(Kinetic diameter)의 크기에 의해 분리할 수 있으며, 예컨대 물과 이산화탄소의 동적 지름은 각각 2.65 Å 및 3.30 Å이며, 방사성 불활성 기체인 크립톤과 제논은 각각 3.60 Å 및 3.96 Å이다. 동적 지름이 작은 물과 이산화탄소는 중공사막의 벽 밖으로 투과되며, 동적 지름이 큰 크립톤과 제논은 중공사막 속의 관을 통해 흐를 수 있다. 따라서, 중공사막 모듈에서는 유입된 대상 가스로부터 물과 이산화탄소가 제거된 상태의 대상 가스가 다음 부분으로 이동할 수 있게 된다.

따라서, 상기 중공사막 모듈을 통해 제거되는 불순물은 물 및 이산화탄소일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 미세 크기의 먼지 또한 제거될 수 있다. 제거되는 물 및 이산화탄소는 외부에서 유입되는 건조 기체를 따라 배출될 수 있다. 상기 건조 기체는 상기 중공사막으로부터 배출되는 물이나 이산화탄소가 상기 중공사막의 표면에 물 액적을 생성함으로써 물과 이산화탄소가 중공사막 벽 밖으로 유출되는 것을 방해하는 현상을 방지할 수 있다.

대상 가스 내에 이산화탄소, 수분 등이 포함되어 있는 경우 이들 성분들은 후술하는 흡착제에 흡착되어 포집 장치의 방사성 불활성 기체의 포집 성능을 저하시킬 수 있다. 특히, 상온 포집의 경우 공기 중의 수분이나 이산화탄소 등이 다량 포함되어 있을 경우 포집 성능이 현저히 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 중공사막 모듈을 통해 이산화탄소와 물을 제거함으로써 방사성 불활성 기체의 포집 성능을 우수하게 향상시킬 수 있다.

상기 중공사막 모듈은 상온에서 1 내지 9 bar의 막간 압력에서 작동할 수 있으며, 보다 구체적으로 상온에서 2 내지 7 bar의 막간 압력에서 작동할 수 있다. 상기 범위의 막간 압력에서 작동하는 경우 상기 불순물의 제거 효율이 우수하게 나타날 수 있다.

일 실시예에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 대상 가스의 상기 중공사막 모듈에의 통과 전에 상기 대상 가스의 압축을 위한 컴프레서를 더 포함할 수 있으며, 상기 컴프레서에 의해 상기 대상 가스는 상기 중공사막 모듈의 작동 압력보다 1 내지 5 bar 높은 대기압을 갖도록 압축될 수 있다.

또한, 상기 대상 가스를 압축하면 상기 대상 가스의 온도는 높아지게 되며, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 컴프레서에 의해 높아진 대상 가스의 온도를 낮추기 위한 열 교환기를 더 포함할 수 있다.

상기 대상 가스가 컴프레서 및/또는 열 교환기를 통과하게 되면, 상승된 공기압 또는 낮춰진 기온에 의해 상기 대상 가스로부터 물방울이 응집되어 상기 대상 가스로부터 수분이 분리되게 된다. 이에 따라 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 대상 가스가 컴프레서 및/또는 열 교환기를 통과하면서 생성하는 수분을 배출하기 위한 수분 배출기(Water Drain)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 컴프레서 및/또는 열 교환기를 통과하여서 압축되고 수분이 제거된 대상 가스는 상기 중공사막 모듈로 유입되기 전에 상기 중공사막 모듈의 작동 압력으로 공기압을 낮추기 위한 압력 조절기(Pressure Reducing Regulator)를 포함할 수 있다. 상기 압력 조절기에 의해 상기 중공사막 모듈의 작동 압력의 공기압을 갖는 대상 가스가 상기 중공사막 모듈로 유입될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 대상 가스로부터 부피가 큰 불순물 제거를 위한 전처리 필터부를 포함할 수 있으며, 임의의 위치에 초미세 먼지와 같은 부피가 작은 불순물 제거를 위한 공기 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 전처리 필터부 및 공기 필터는 공지된 수단을 사용할 수 있으며, 그 수단에 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 방사성 불활성 기체의 포집 장치로 유입되는 대상 가스 양의 측정을 위한 적산계(Integrating Meter)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 대상 가스로부터 부피가 큰 불순물 제거를 위한 전처리 필터부, 전처리 필터부를 통과하여서 먼지와 같은 부피가 큰 불순물이 제거된 대상 가스의 양을 측정하기 위한 적산계, 적산계를 통과한 대기 가스로부터 초미세 먼지를 제거하기 위한 제1 공기 필터, 초미세 먼지가 제거된 대상 가스를 이후의 중공사막 모듈로 유입하기 전에 중공사막 모듈의 작동 압력보다 1 내지 5 bar 높은 공기압이 되도록 압축하기 위한 컴프레서, 컴프레서에 의해 높아진 온도를 낮추기 위한 열 교환기, 컴프레서 및 열 교환기와 연결되어 상기 컴프레서 및 열 교환기로부터 생성되는 수분을 배출하기 위한 수분 배출기, 상기 열 교환기를 통과한 대기 가스로부터 초미세먼지를 다시 한 번 여과하기 위한 제2 공기 필터, 초미세먼지가 제거된 상기 대상 가스로부터 중공사막 모듈의 작동 압력으로 공기압을 낮추기 위한 압력 조절기, 및 압력이 조절된 대상 가스가 유입되어 동적 지름이 작은 물과 이산화탄소를 분리하고 동적 지름이 큰 방사성 불활성 기체를 통과시키는 중공사막 모듈을 포함할 수 있으나, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치의 배치는 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 적산계와 제1 공기 필터의 배열 순서는 상기한 순서와 교차하여 배열될 수 있으며, 또는 적산계 앞, 뒤로 공기 필터가 배열될 수 있다.

본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하는 멀티 밸브부(예컨대, Multi Position Valve)를 포함한다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스가 포집부로 유입되기 전에 상기 대상 가스의 압력을 조절하기 위한 압력 조절기를 더 포함할 수 있다. 상기 중공사막 모듈 전에 압력 조절기를 포함한다면, 중공사막 모듈 전에 포함되는 압력 조절기는 제1 압력 조절기이며, 중공사막 모듈 후에 포함되는 압력 조절기를 제2 압력 조절기이다.

상기 제2 압력 조절기를 통과한 대상 가스는 상기 멀티 밸브부를 통하여 방사성 불활성 기체를 흡착하여 포집하는 포집부로 연통한다.

상기 멀티 밸브부는 각각의 포집 컬럼과 연결되어 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하기 위한 것이다. 구체적으로는, 상기 멀티 밸브부는 대상 가스가 유입되는 공기 유입 라인, 포집 컬럼의 유입구 및 유출구와 연결되어 공기를 통과시키거나 차단시키도록 작동하는 복수개의 밸브 및 포집 컬럼으로부터 배출된 공기를 외기로 배출하는 공기 배출 라인을 포함한다. 이때, 상기 공기 유입 라인은 펌프와 연결되어 있을 수 있으며, 상기 공기 유입 라인을 통해 유입된 공기는 후술할 제어부에 의해 제어되는 밸브 작동에 따라 각 포집 컬럼 내부로 유입된다.

포집 컬럼 내부로 유입된 공기가 흡착제를 통과한 후 유출구를 통해 배출되면, 멀티 밸브부의 공기 배출 라인을 통해 외기로 배출된다. 상기 멀티 밸브부에 포함되는 밸브의 수는 연결되는 포집 컬럼의 2배수 이상일 수 있다. 예를 들면, 사용되는 포집 컬럼이 7개인 경우에는 멀티 밸브부는 14개 이상의 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스는 상기 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제가 내부에 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 포함하는 포집부로 연통된다.

상기 포집부(100)는 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제(130)가 내부에 수용된 포집 컬럼(110)을 적어도 2개 포함한다.

상기 흡착제는 방사성 불활성 기체를 흡착시킬 수 있는 물질이면 되고, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 흡착제로는 당해 기술 분야에 잘 알려져 있는 다양한 흡착제들, 예를 들면 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나 및 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것일 수 있으며, 이 중에서도 제올라이트나 활성 알루미나 등과 같이 흡착 가스에 대한 선택성이 있는 흡착제를 사용할 경우 방사성 불활성 기체의 포집 효율을 향상시킬 수 있다는 점에서 보다 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 흡착제(130)는 상기 포집 컬럼(110)의 전체 부피를 기준으로 60부피% 이상, 바람직하게는 60 내지 80부피%, 바람직하게는 60 내지 75부피% 정도로 충진되어 있는 것이 바람직하다. 종래에 사용되는 장치의 경우, 액체 질소통으로부터 포집 컬럼을 분리하는 과정에서 발생하는 수분 및 가스를 제거하는 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위해 흡착제를 포집 컬럼 전체 부피의 50부피% 이하로 포함하고, 포집 컬럼 상부에는 흡착제가 포함되지 않도록 구성되어 있다. 그러나, 이와 같이 흡착제 양이 적을 경우, 크립톤 흡착 효율이 떨어진다는 문제점이 있다. 이에 비해, 본 발명은 종래와 같이 수분 및 가스 제거를 위한 공정이 요구되지 않기 때문에, 포집 컬럼 내의 흡착제 충진 부피를 크게 증가시킬 수 있다. 본 발명과 같이 흡착제를 포집 컬럼 전체 부피의 60부피% 이상으로 충진할 경우, 포집 컬럼 내부에서 공기와 흡착제의 접촉 시간 및 접촉 면적이 커져 방사성 크립톤의 포집 효율이 증가한다.

도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 포집 컬럼(110)은, 상기 포집 컬럼 내로 공기를 유입시키는 유입구(120a), 상기 포집 컬럼으로부터 공기를 배출하는 유출구(120b), 상기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출될 수 있도록 하는 유입관(150) 및 상기 포집 컬럼의 상단부에 배치되고, 흡착제를 통과한 공기를 배출하기 위한 다수의 홀(hole)을 포함하는 상부 플레이트(160)를 포함한다.

상기 유입구(120a) 및 유출구(120b)는 멀티 밸브부와 연결되어 있다. 상기 유입구(120a)는 상기 멀티 밸브부를 통해 유입된 공기를 포집 컬럼(110) 내부로 공급하기 위한 것으로, 유입관(150)과 연결되어 있다. 상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스는 상기 멀티 밸브부를 통해 상기 포집부로 유입되고, 멀티 밸브부에 연결된 유입구를 거쳐서 유입관을 통해 포집 컬럼의 하단부로 배출되게 된다. 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출된 대상 가스는 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉하게 된다. 이 과정에서 대상 가스 내 존재하는 방사성 불활성 기체, 예를 들어 크립톤이 흡착제에 흡착되고, 흡착되지 않은 성분은 포집 컬럼의 상단부에 배치된 상부 플레이트의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구를 통해 빠져나가게 된다.

상기 상부 플레이트는 공기가 유출될 때 흡착제가 비산하여 함께 배출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 흡착제 크기보다 작은 크기의 공기 배출용 홀들이 형성되어 있어서, 상기 홀들을 통해 공기만 빠져나갈 수 있도록 구성되어 있다. 상기 상부 플레이트는 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 열전도율이 높은 금속 재질, 예를 들어 구리 등으로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 포집 컬럼은 그 내부에 교반 부재(140, 140')를 더 포함할 수 있다. 상기 교반 부재는 포집 컬럼 내부에 와류를 형성시켜 포집 컬럼 내부에서 공기의 체류 시간을 연장시킴으로써, 방사성 불활성 기체의 흡착 효율을 증개시는 역할을 수행하는 것으로, 상기 상부 플레이트와 포집 컬럼 하단부 사이에 구비되는 것이 바람직하며, 상기 유입관의 외측에 고정된 형태로 설치될 수 있다.

종래 장치의 경우, 수분 및 가스 제거를 용이하게 하기 위해, 교반 부재가 탈, 부착이 가능하도록 유입관에 끼워지는 형태로 구성되어 있었다. 그러나, 이 경우 교반 부재가 탈착될 때 흡착제가 함께 배출되는 것을 방지하기 위해, 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역이 분리되어 있어야 한다. 따라서 종래에는 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역을 분리하는 분리판을 포집 컬럼의 중앙부에 설치하고, 상기 분리판의 하부에만 흡착제를 충진하는 방식이 사용되었으며, 이로 인해 포집 컬럼에 충진되는 흡착제의 양이 제한되어 크립톤 흡착 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이 흡착제 충진 영역과 교반 부재 설치 영역이 분리되어 있어야 할 필요가 없이 교반 부재 설치 영역이 흡착제 충진 영역과 적어도 일부 중첩되도록 교반 부재가 포집 컬럼 내에 구비될 경우, 흡착제 충진 영역이 증가하여 크립톤 흡착 효율이 증가하며, 상기 교반 부재에 의해 공기뿐 아니라, 흡착제도 혼합되기 때문에 크립톤 흡착 효율을 더욱 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로는, 본 발명에 있어서, 상기 교반 부재는 상기 상부 플레이트와 포집 컬럼 하단부 사이에 구비될 수 있다.

상기 교반 부재는 포집 컬럼 내부에 와류를 형성할 수 있는 것이면 되고, 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 교반 부재는 상기 유입관의 외측을 따라 일정한 간격으로 설치되는 배플(baffle)(예컨대, 도 4의 140)이거나, 또는 유입관의 외측을 따라 설치되는 나선형 교반 부재(예컨대, 도 5의 140')일 수 있다.

또한, 본 발명의 포집 컬럼은 하단부가 평평하게 형성된 것일 수도 있고, 하단부에 경사면이 형성된 것(예컨대, 도 6의 하단부)일 수도 있다. 하단부에 경사면이 형성될 경우, 하단부가 평평한 경우에 비해 공기의 체류 시간이 길어져 크립톤 흡착 효율이 증가되는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 대부분의 기체는 압력이 낮을수록, 온도가 높을수록 흡착량이 줄어들게 된다. 이에 종래에는 크립톤의 흡착 효율을 높이기 위해서 포집기를 액체 질소통에 넣어 초저온으로 유지할 수 있도록 하였다. 그러나, 본 발명자들의 연구에 따르면, 포집기가 초저온 상태에 배치되더라도 포집기 내부로 유입된 외기의 온도에 의해 포집기 내부의 온도가 증가하게 되고, 그로 인해 흡착 효율 향상이 제한적인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 포집부로 유입되는 공기로 인해 포집 컬럼 내부의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해서, 본 발명의 포집 컬럼은 포집 컬럼 하단부에 하부 플레이트(180)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 하부 플레이트는 유입된 공기로 인해 포집 컬럼 내부의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 유입관의 공기 배출구 상단에 배치될 수 있다.

상기 하부 플레이트는, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 유로(182)가 형성되어 있다. 상기 하부 플레이트는 구리와 같이 열 전도율이 높은 금속 재질로 이루어진다. 구체적으로는, 상기 하부 플레이트는 구형의 구리를 압착하여 제조될 수 있으며 상기 압착 과정에서 크랙이 형성되면서 내부에 유로가 형성될 수 있다.

상기와 같이 열 전도율이 높은 금속 재질의 하부 플레이트(180)가 구비될 경우, 유입관의 공기 배출구 상단에 위치할 경우, 유입관에서 배출된 공기가 하부 플레이트를 통과한 후에 흡착제와 접촉된다. 한편, 하부 플레이트는 포집 컬럼과 연결되어 있으므로, 포집 컬럼과 동일한 온도로 유지되며, 공기가 하부 플레이트를 통과하는 과정에서 열 전달을 통해 포집 컬럼과 유사한 온도로 유지되게 된다. 따라서, 유입 공기에 의해 포집 컬럼 내부의 온도가 증가하는 것을 억제할 수 있어, 온도 상승으로 인한 흡착 효율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 포집부는 상기와 같이 구성된 포집 컬럼을 적어도 2개, 예를 들어 7개 내지 14개 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 포집부에 포함되는 포집 컬럼의 개수는 공기의 포집 주기, 포집 컬럼의 수거 주기에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

일반적으로 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 분석실과 떨어진 원격지에 설치되며, 군사 지역과 같이 출입이 통제되는 구역에 설치되는 경우가 많다. 따라서, 방사성 불활성 기체의 포집 장치에 의해 채취된 시료를 매일 수거하는 것은 현실적으로 어렵다. 그러나, 본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 복수개의 포집 컬럼을 구비하고, 멀티 밸브부 및 제어부를 통해 자동적으로 공기가 공급되는 포집 컬럼이 변경되기 때문에 매일 방문하지 않더라도, 각 포집 주기별로 채취된 시료들을 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치에 있어서, 상기 포집부는 0℃ 이상, 바람직하게는 0℃ 내지 30℃, 더 바람직하게는 0℃ 내지 10℃의 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 일반적으로 기체의 흡착 효율은 온도가 올라갈수록 떨어지기 때문에, 방사성 크립톤 분석에 필요한 크립톤 최소 회수량을 확보하기 위해 종래에는 77K 수준의 초저온에서 공기 포집을 실시하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 본 발명자의 연구에 따르면, 본 발명에 따른 포집 컬럼을 이용하여 방사성 불활성 기체를 포집할 경우, 포집 컬럼의 온도를 0℃(273K) 이상으로 유지하는 경우에도 방사성 불활성 기체, 예를 들어 방사성 크립톤 분석을 위해 요구되는 최소 크립톤 회수량 이상의 크립톤 회수량을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

도 8은 본 발명의 포집 컬럼을 이용하여 각각 초저온(77K), 저온(273K) 및 상온(298K) 조건에서 포집한 크립톤 회수량을 비교한 그래프가 나타나있다. 이때, 24시간 동안 총 10m³ 부피의 공기를 포집한 후 크립톤 회수량을 측정하였다. 측정 결과, 상온 조건에서 포집된 크립톤의 양은 0.21 cm³, 저온 조건에서 포집된 크립톤의 양은 1.5cm³, 초저온 조건에서 포집된 크립톤 양은 4.6 cm³이었다.

도 8을 통해, 상온 및 저온 조건에서 포집할 경우, 크립톤 회수량이 초저온 조건에 포집한 경우보다 줄어들었으나, 방사성 크립톤 분석을 위해 필요한 크립톤 최소 회수량인 0.11cm³을 초과하는 양이 회수되었음을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명의 포집 컬럼을 구비한 포집 장치를 사용하여 공기 중의 방사성 크립톤 감시 효과를 충분히 달성할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 8을 통해, 저온 조건에서 포집을 수행할 경우, 상온 조건에서 수행하는 경우에 비해 약 7배 가량 향상된 크립톤 회수량을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 포집부는 상기 포집부로 유입되는 대상 가스의 온도를 낮추기 위한 열 교환기를 더 포함할 수 있다. 상기 포집기 내 열 교환기는 필수적으로 요구되는 것은 아니며, 열 교환기 없이 포집 컬럼을 상온 환경에 배치하여도 무방하다. 다만, 열 교환기를 설치하여 포집 컬럼의 온도를 낮출 경우, 방사성 불활성 기체의 흡착 효율이 증가하여 방사성 불활성 기체의 회수량에 도달하는 시간이 빨라지며, 이로 인해 포집 주기를 더욱 단축할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 멀티 밸브부로부터 상기 대상 가스가 연통되는 포집 컬럼을 일정한 주기로 교체하도록 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는 예컨대 상기 멀티 밸브부 및 공기의 유량을 조절하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부는 상기 멀티 밸브부로 유입되는 가스의 유량을 조절하는 유량 조절기(예컨대, Mass Flow Controller) 및 상기 유량 제어기 및 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터(PC)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는 일정한 주기로 대상 가스가 연통, 예컨대 유입 및 유출되는 포집 컬럼이 달라지도록 상기 멀티 밸브부를 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부는 첫번째 포집 주기 동안 제1포집 컬럼으로만 공기가 유입, 유출될 수 있도록 제1포집 컬럼에 연결된 밸브들만 열려있고, 나머지 포집 컬럼과 연결된 밸브들은 닫혀있도록 멀티 밸브부를 제어한다. 그런 다음 첫번째 포집 주기가 완료되고 두번째 포집 주기가 시작되면, 제1포집 컬럼과 연결된 밸브들을 닫고, 제2포집 컬럼과 연결된 밸브들이 열리도록 멀티 밸브부를 제어함으로써, 제2포집 컬럼으로 공기들이 유입될 수 있도록 한다. 상기와 같은 동작을 반복함으로써, 각각의 포집 주기에 포집되는 공기들이 서로 다른 포집 컬럼에 포집될 수 있게 된다.

이때, 상기 포집 주기는 72시간 이하, 바람직하게는 12시간 내지 24시간일 수 있다. 포집 주기가 72시간을 초과하는 경우에는 즉각적이고 정밀한 핵 활동 감시 효과가 어렵고, 포집 주기가 너무 짧아지면 방사성 크립톤 검출을 위한 최소 크립톤 회수량 확보가 어려워지는 문제점이 나타날 수 있다.

또한, 상기 제어부는 각 포집 컬럼에 유입되는 공기 유량이 일정하게 유지되도록 함으로써, 각 포집 컬럼에서 일정한 포집량이 달성될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제어부는 하나의 포집 주기 동안 5m³이상, 10m³ 이상, 바람직하게는 10m³ 내지 20m³의 공기가 포집 컬럼 내에 유입될 수 있도록 공기 유량을 제어한다. 상기 범위를 만족할 때, 방사성 크립톤 검출을 위한 최소 크립톤 회수량 확보에 유리하다.

또한, 상기 제어부는 공기의 유량이 펌프의 펌핑 용량보다 작은 유량이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 상기 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 제어 소프트웨어에 의해 작동하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 멀티 밸브부 및 제어부는 이들의 제어 소프트웨어에 의해 작동하여서 공기의 연통 및 멀티 밸브부의 동작은 자동으로 제어되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 상기 멀티 밸브부 및 제어부의 제어 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터와 유선으로 또는 무선으로 연결되어 사용될 수 있다.

일 측면에서, 본 발명은 대상 가스를 중공사막 모듈에 통과시켜서 여과하는 단계; 상기 중공사막 모듈로 여과된 대상 가스를 멀티 밸브부에 의하여 연통을 조절하는 단계; 상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스를 흡착제가 수용된 제1 포집 컬럼에 통과시켜서 방사성 불활성 기체를 포집시키는 단계; 및 상기 멀티 밸브부와 연통되는 제1 포집 컬럼을 일정한 주기로 제2 포집 컬럼으로 변경되도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계;를 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 방법을 보다 자세히 설명한다.

먼저, 펌프를 작동 시켜서 대상 가스가 방사성 불활성 기체의 장치 내로 유입되도록 한다. 유입된 대상 가스를 중공사막 모듈에 통과시켜서 물 및 이산화탄소가 건조 기체와 함께 배출되도록 여과한다. 상기 중공사막 모듈로 여과된 대상 가스를 멀티 밸브부에 의하여 연통을 조절하여서 멀티 밸브부를 통과하여 대상 가스를 흡착하는 흡착제가 수용된 제1 포집 컬럼에 유입되도록 한다. 이때 제어부는 포집 컬럼과 연결된 밸브들 중 하나의 포집 컬럼(제1 포집 컬럽)과 연결된 밸브들만 열리도록 하고, 나머지 포집 컬럼과 연결된 밸브들은 닫혀 있도록 멀티 밸브부를 제어한다. 제1 포집 컬럼의 유입구를 통과한 후 유입관을 통해 포집 컬럼의 하부로 배출되는 대상 가스는 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉한다. 한편, 포집 컬럼이 하부 플레이트를 구비한 경우라면 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 하부 플레이트를 통과한 후 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉한다.

흡착제는 대상 가스 중에 존재하는 방사성 불활성 기체를 흡착하여 포집하고, 흡착제에 흡착되지 않은 성분들은 포집 컬럼의 상단부에 배치된 상부 플레이트의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구를 통해 멀티 밸브부로 빠져나가게 된다. 이 상태를 첫번째 포집 주기 동안 유지시킨다.

첫번째 포집 주기가 완료되면, 제어부에서 멀티 밸브부에 신호를 보내 제1포집 컬럼과 연결된 밸브들을 닫고, 제2포집 컬럼과 연결된 밸브들이 오픈되도록 제어한다. 이에 따라, 공기 유입 라인을 통해 멀티 밸브부로 유입된 공기는 밸브가 열려 있는 제2포집 컬럼의 유입구로 공급되게 된다. 제2포집 컬럼의 유입구로 공급된 공기는 유입관을 통해 포집 컬럼의 하부로 배출되고, 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다. 한편, 포집 컬럼이 하부 플레이트를 구비한 경우라면, 포집 컬럼의 하단부로 배출된 공기는 하부 플레이트를 통과한 후, 포집 컬럼 내에서 상부로 이동하면서 흡착제와 접촉된다.

흡착제는 공기 중에 존재하는 방사성 불활성 기체를 흡착하여 포집하고, 흡착제에 흡착되지 않은 성분들은 포집 컬럼의 상단부에 배치된 상부 플레이트의 홀을 통해 빠져나간 후 유출구를 통해 멀티 밸브부로 빠져나가게 된다. 이 상태를 두번째 포집 주기 동안 유지시킨다.

상기와 같은 작동을 크립톤 포집 장치에 포함된 모든 포집 컬럼이 공기 포집이 완료될 때까지 여러 회 반복한다.

한편, 상기 포집 주기는 흡착제의 양, 흡착 효율 등을 고려하여 적절하게 설정할 수 있으며, 72시간 이하, 바람직하게는 12시간 내지 24시간일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 장치 내로 유입된 대상 가스가 중공사막 모듈로 유입되기 전에, 먼저 전처리 여과부를 통해 먼지와 같은 부피가 큰 불순물을 제거할 수 있으며, 적산계를 통해 유입된 공기의 양을 기록할 수 있고, 적산계를 통과한 대상 가스로부터 제1 공기 필터를 통해 초미세먼지를 제거할 수 있다.

또한, 상기 전처리 여과부 및/또는 제1 공기 필터를 통해 먼지와 같은 불순물이 제거된 대상 가스를 컴프레서에 의해 상기 중공사막 모듈의 작동 압력보다 1 내지 5 bar, 구체적으로는 1 내지 4 bar 더 높은 공기압을 갖도록 압축하는 단계를 포함할 수 있으며, 압축된 대상 가스를 열 교환기를 통과시켜서 온도를 낮추는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공기압의 조절 및/또는 온도의 조절에 의해 생성되는 수분을 예를 들어 수분 배출기에 의해 배출시키는 단계를 더 포함하여서, 적어도 일부의 수분이 제거된 대상 가스를 상기 중공사막 모듈에 통과시킬 수 있다. 한편, 열 교환기 후 제2 공기 필터를 더 통과시켜서 초미세먼지를 다시 한 번 여과하는 단계를 더 포함할 수 있고, 대상 가스를 압력 조절기를 통과시켜서 중공사막 모듈에 유입되기 전에 중공사막 모듈의 작동 압력으로 압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스의 압력을 조절하여서 멀티 밸브부로 연통되도록 하는 압력 조절 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 방법에 있어서, 상기 대상 가스의 연통, 예를 들어 상기 멀티 밸브부 및 제어부의 작동은 자동 제어 소프트웨어에 의해 조절되어서, 포집 컬럼 당 포집 주기가 72시간 이하, 구체적으로 12 내지 24시간이 되도록 멀티 밸브부의 동작을 제어하도록 할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치를 이용하여 방사성 불활성 기체를 포집하는 경우, 수분 및 가스 제거나, 소다석회 칼럼과 실리카겔 컬럼 속의 소다석회와 실리카겔의 교체 등을 위한 수작업이 요구되지 않아서 공정이 단순할 뿐 아니라, 포집 주기 별로 각기 다른 포집 컬럼에 공기 포집이 자동으로 이루어지는 자동 포집 시스템 구현이 가능하다는 장점이 있다.

일 측면에서, 본 발명은 본 발명에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 장치 및 포집 방법에 따라 포집된 방사성 불활성 기체를 분석하는 단계를 포함하는 핵 활동 감시 방법을 제공한다.

본 발명의 방사성 불활성 기체의 포집 장치는 종래 장치에 비해 크립톤 흡착 효율이 우수하여 포집 주기를 단축할 수 있으며, 포집 주기 별로 각기 다른 포집 컬럼에 시료가 저장되어 방사성 원소의 희석이 최소화되기 때문에, 즉각적이고, 정밀한 핵 활동 감시가 이루어질 수 있다.

100 : 포집부
110 : 포집 컬럼
120a: 유입구
120b : 유출구
130 : 흡착제
140, 140' : 교반 부재
150 : 유입관
160 : 상부 플레이트
170 : 압력 게이지
180 : 하부 플레이트

Claims (24)

1. 대상 가스로부터 불순물을 제거하기 위한 중공사막 모듈;
   상기 중공사막 모듈을 통과한 대상 가스에 대하여 복수의 경로로의 연통을 조절하는 멀티 밸브부;
   상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스 중의 방사성 불활성 기체를 흡착하는 흡착제가 내부에 수용된 포집 컬럼을 적어도 2개 포함하는 포집부; 및
   상기 멀티 밸브부로부터 상기 대상 가스가 연통되는 포집 컬럼을 일정한 주기로 교체하도록 상기 멀티 밸브부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 포집 컬럼은,
   상기 포집 컬럼 내로 공기를 유입시키는 유입구;
   상기 포집 컬럼으로부터 공기를 배출하는 유출구;
   상기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출될 수 있도록 하는 유입관;
   상기 포집 컬럼의 상단부에 배치되고, 흡착제를 통과한 공기를 배출하기 위한 다수의 홀(hole)을 포함하는 상부 플레이트(plate); 및
   상기 유입관의 공기 배출구 상단에 배치되고, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 유로가 형성되어 있는 하부 플레이트;를 포함하고,
   상기 포집 컬럼은 0℃ 이상의 온도를 유지하도록 구성되는 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 대상 가스는 크립톤, 제논, 라돈 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 방사성 불활성 기체를 포함하는 공기인 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공사막 모듈은 폴리설폰산계, 폴리에틸렌계, 셀룰로오스계, 폴리아크릴로니트릴계, 프롤리메틸메타크릴레이트계, 폴리비닐알콜계, 폴리에스테르계 및 이들 고분자의 단량체 간의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 소재의 중공사막을 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공사막 모듈은 상온에서 1 내지 9 bar의 막간 압력에서 작동하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 대상 가스의 상기 중공사막 모듈에의 통과 전에 상기 대상 가스의 압축을 위한 컴프레서를 더 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 주기는 72시간 이하인 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡착제는 활성탄, 제올라이트, 활성 알루미나 및 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   대상 가스로부터 부피가 큰 불순물 제거를 위한 전처리 필터부; 유입되는 대상 가스 양의 측정을 위한 적산계; 컴프레서를 통과한 대상 가스의 온도를 조절하기 위한 열 교환기; 상기 컴프레서를 통과한 대상 가스의 공기압의 조절을 위한 압력 조절기; 및 상기 대상 가스가 상기 컴프레서 및 상기 열 교환기 중 적어도 하나를 통과하면서 생성되는 수분을 장치 외부로 배출하기 위한 수분 배출기;로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 주기는 12 내지 24시간인 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 하나의 포집 주기 동안 5 m³ 이상의 공기가 포집 컬럼 내에 유입될 수 있도록 공기 유량을 제어하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 제어 소프트웨어에 의해 작동하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 장치.
13. 대상 가스를 중공사막 모듈에 통과시켜서 여과하는 단계;
    상기 중공사막 모듈로 여과된 대상 가스를 멀티 밸브부에 의하여 복수의 경로로 연통을 조절하는 단계;
    상기 멀티 밸브부를 통과한 대상 가스를 흡착제가 수용된 제1 포집 컬럼에 통과시켜서 방사성 불활성 기체를 포집시키는 단계; 및
    상기 멀티 밸브부와 연통되는 제1 포집 컬럼을 일정한 주기로 제2 포집 컬럼으로 변경되도록 상기 멀티 밸브부를 제어하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 포집 컬럼 및 제2 포집 컬럼은 각각
    상기 포집 컬럼 내로 공기를 유입시키는 유입구;
    상기 포집 컬럼으로부터 공기를 배출하는 유출구;
    상기 유입구를 통해 유입된 공기가 상기 포집 컬럼의 하단부로 배출될 수 있도록 하는 유입관;
    상기 포집 컬럼의 상단부에 배치되고, 흡착제를 통과한 공기를 배출하기 위한 다수의 홀(hole)을 포함하는 상부 플레이트(plate); 및
    상기 유입관의 공기 배출구 상단에 배치되고, 그 내부에 공기가 통과할 수 있는 유로가 형성되어 있는 하부 플레이트;를 포함하고,
    상기 포집 컬럼은 0℃ 이상의 온도를 유지하도록 구성되는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 대상 가스는 크립톤, 제논, 라돈 및 아르곤으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 기체를 포함하는 공기인 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
15. 청구항 13에 있어서,
    상기 중공사막 모듈은 폴리설폰산계 중공사막을 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 중공사막 모듈은 상온에서 1 내지 9 bar의 막간 압력에서 작동하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
17. 청구항 13에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에 대상 가스를 통과시키기 전에 상기 대상 가스의 공기압을 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 공기압의 조절은 상기 대상 가스가 상기 중공사막 모듈의 작동 압력 기준으로 1 내지 5 bar 더 높은 공기압을 갖도록 수행하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
19. 청구항 13에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에 대상 가스를 통과시키기 전에 상기 대상 가스의 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
20. 청구항 17 또는 19에 있어서,
    상기 공기압의 조절 또는 온도 조절에 의해 생성되는 수분을 배출시키는 단계를 더 포함하여,
    적어도 일부의 수분이 제거된 대상 가스를 상기 중공사막 모듈에 통과시키는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
21. 청구항 13에 있어서,
    대상 가스의 연통은 자동 제어 소프트웨어에 의해 조절하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
22. 청구항 13에 있어서,
    상기 주기는 72시간 이하인 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
23. 청구항 13에 있어서,
    상기 대상 가스를 상기 중공사막 모듈에의 통과 전에 부피가 큰 불순물 제거를 위한 전처리 여과 단계를 더 포함하는 것인 방사성 불활성 기체의 포집 방법.
24. 청구항 13에 따른 방사성 불활성 기체의 포집 방법에 따라 포집된 방사성 불활성 기체를 분석하는 단계를 포함하는 핵 활동 감시 방법.

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