KR102294320B1

KR102294320B1 - 방사성 폐기물용의 운반/보관 컨테이너를 건조하는 방법

Info

Publication number: KR102294320B1
Application number: KR1020140184481A
Authority: KR
Inventors: 아스트리드 주소피; 크리스토프 리르슐; 볼케르 엔데르
Original assignee: 게엔에스 게젤샤프트 퓌어 누클레아프-서비스 엠베하
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2021-08-25
Also published as: JP2015121535A; BR102014031737A2; EP2887359B1; EP2887359A1; CN104733065A; ZA201409474B; KR20150073114A; US20150176895A1; JP6483425B2; RU2014151712A

Abstract

본 발명에 따른 반응에 사용된 반응물, 특히 반응 물질로서 사용된 알콜이 컨테이너 내부로부터 제거될 수 있다. 동시에, 본 발명에 따른 방법은 간단하고 적은 노력 및 비용으로 효과적으로 수행될 수 있다. 고가의 추가 조치나 추가 구성요소를 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따른 방법이 수행된 후에, 컨테이너 내부의 임의의 존재하는 그리고 더 이상 골치아프지 않은 잔류 습기가 정확하고도 재현 가능하게 처리될 수 있다. 본 발명은 소비된 연료 요소용의 운반/보관 컨테이너의 컨테이너 내부로부터 화학적으로 결합된 물을 제거하기 위한, 효과적이지만 간단하고 저렴한 옵션을 제공한다.

Description

방사성 폐기물용의 운반/보관 컨테이너를 건조하는 방법{METHOD OF DRYING TRANSPORT/STORAGE CONTAINERS FOR RADIOACTIVE WASTE}

본 발명은 방사성 폐기물용의, 특히 소비된 연료 요소용의 운반/보관 컨테이너를 건조하는 방법에 관한 것으로서, 폐기물을 수용하는 컨테이너 내부는 건조, 특히 진공 건조가 실시된다. (여기서, 더 짧은 용어인 컨테이너가 운반/보관 컨테이너라는 용어를 대신하여 아래에서 또한 사용될 것이다.)

전술한 타입의 방법은 원칙적으로 실제로 공지되어 있다. 통례로, 컨테이너에는 소비된 연료 요소 둘레에 물이 채워지는데, 그 이유는 발생되는 임의의 중성자에 대한 효과적인 차폐 재료를 물이 제공하기 때문이다. 이 문맥에서 사용되는 물은 민물이라 명명된다. 특히 가압수형 원자로(PWR; pressurized-water reactor)에서, 물 또는 민물에는 일반적으로 보통 붕산 형태인 붕소 화합물이 보충된다. 천연 붕소의 약 20%가 열 중성자에 대해 높은 흡수율을 갖는 동위 원소 B-10으로 이루어진다.

또한, 추후의 사용을 위해서는 먼저 컨테이너를 배수하고 그 뒤에 여전히 남아 있는 임의의 물 또는 민물을 건조, 특히 진공 건조에 의해 컨테이너로부터 제거하는 것이 관습적이다. 이를 위해, 컨테이너의 내부는 부분적으로 탈기된다. 그럼에도 불구하고, 건조 후에 사실상 붕소 화합물 및/또는 붕산에 대해 화학적으로 결합된 물의 형태로 대체로 약간의 물이 여전히 컨테이너 내측에 남게 된다. 이렇게 결합된 물은 컨테이너 내에 잔류 물의 확인을 어렵게 만드는데, 이러한 확인은 잔류 물의 부식 영향의 관점에서 행해져야만 한다.

이와 달리, 본 발명의 목적은 이전 문단에서 설명된 문제를 피하고 컨테이너 내부로부터 잔류 물을 효과적으로 제거하도록 사용될 수 있는 전술한 종류의 방법을 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 방사성 폐기물용의, 특히 소비된 연료 요소용의 운반/보관 컨테이너를 건조시키는 방법으로서, 물 또는 잔류 물을 수용하는 컨테이너 내부에는 건조, 특히 진공 건조가 실시되고, 붕소 화합물에서 화학적으로 결합된 물이 릴리스되도록 컨테이너 내부에 존재하는 화학적으로 결합된 물을 갖는 적어도 하나의 붕소 화합물에 적어도 하나의 반응 물질이 추가되며, 이 방식으로 릴리스된 물은 컨테이너가 건조, 또는 특히 진공 건조될 때에 컨테이너 내부로부터 추출 또는 제거되는, 컨테이너의 건조 방법을 교시한다.

전술한 바와 같이, 소비된 연료 요소가 컨테이너 내에서 물에 의해 둘러싸이는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 이후에, 컨테이너 내부는 유리하게는 컨테이너가 다시 사용될 수 있도록 배수된다. 이를 위해, 컨테이너 내부의 임의의 물 또는 민물이 펌핑될 수 있다는 것이 권장된다. 그 후에, 컨테이너 내부에는 바람직하게는 건조 또는 진공 건조가 실시된다. 건조/진공 건조는 유리하게는 부압 또는 아대기압(subatmospheric pressure)을 인가시킴으로써, 그리고 사실상 그 대신에 최대 12 mbar, 바람직하게는 최대 10 mbar의 아대기압을 인가시킴으로써 수행된다. 이러한 아대기압은 컨테이너 내부에 인가된다. 아대기압은 유리하게는 특히 잔류 물이 6 mbar에서 응결하는 것을 방지하도록 10 mbar로 제한되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 이용함으로써, 건조 프로세스가 컨테이너 내부에 대해 수행될 때에 결합되지 않은 물 또는 민물이 제거될 뿐만 아니라, 결합된 물이 릴리스되고 배수되거나 제거될 수 있다는 지식을 기초로 한다. 이를 위해, 적어도 하나의 반응 물질이 컨테이너 내부로 도입된다. 반응 물질이 컨테이너 내측에서 붕소 화합물과 반응하고 이 반응이 붕소 화합물에 대해 결합된 물을 릴리스한다는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 이 릴리스된 물은 건조 또는 진공 건조 프로세스 중에 배수될 수 있다.

유리하게는, 화학적으로 결합된 물을 갖는 붕소 화합물은 붕산 또는 오르토붕산(H₃BO₃)이다. 붕소 화합물 또는 붕산은 임의의 발생하는 열 중성자에 대한 흡착제의 역할을 한다. 유리하게는, 컨테이너의 물/민물 중에 붕소 함량은 2000 내지 3600 ppm, 그 대신에 2200 내지 3400 ppm, 바람직하게는 2250 내지 3200 ppm, 예컨대 2400 ppm이다.

본 발명은 컨테이너 내의 아대기압을 10 mbar로 제한하는 것이 권장되기 때문에 건조/진공 건조 중에 붕산을 제거/기화시킬 수 없다는 발견을 기초로 한다. 본 발명에 따른 방법의 범위 내에서, 붕소 화합물과 반응 물질 간의 방법에서 릴리스된 물이 컨테이너 내부로부터 추출/기화된다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 화학적으로 결합된 물을 갖는 붕소 화합물과 반응 물질은 함께 반응 생성물로서 기화 가능한 붕소 생성물을 형성한다. 바람직하게는, 상기 기화 가능한 붕소 생성물 또는 반응 생성물은 건조 또는 진공 건조 프로세스 중에 컨테이너 내부로부터 제거 또는 추출된다. 바람직한 실시예에 따르면, 붕소 화합물로부터 릴리스된 물 뿐만 아니라 반응 생성물로서 형성된 붕소 생성물이 컨테이너 내부로부터 제거 또는 기화된다.

반응 물질로서 적어도 하나의 알콜이 도입되고, 반응 생성물로서 붕산 에스테르가 형성되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 알콜과 붕산의 반응은 반응 생성물로서 붕산 에스테르와 물을 형성한다. 또한, 기화 가능한 붕산 에스테르 뿐만 아니라 물이 건조 또는 진공 건조 중에 추출된다는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 동시에, 컨테이너 내측으로부터 물의 추출은 반응 평형(에스테르 형성)을 형성된 에스테르측으로 이동시키고 시약에 대한 에스테르의 가수 분해를 피하거나 희석시킨다.

물과 공비(azeotrope) 또는 비공비(zeotropic) 혼합물을 형성하는 알콜이 반응 물질로서 사용되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 보다 높은 비등점, 특히 알콜 및 물의 대응하는 공비/비공비 혼합물보다 대략 적어도 2℃, 바람직하게는 대략 적어도 3℃ 높은 비등점을 갖는 알콜이 반응 물질로서 사용된다. 알콜 및 물로부터의 대응하는 공비 혼합물보다 적어도 5℃, 매우 바람직하게는 적어도 8℃ 높은 비등점을 갖는 알콜을 반응 물질로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 릴리스된 물이 컨테이너 내부로부터 알콜과의 공비 혼합물로서 추출되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 그렇게 할 때에, 물은 반응 평형(에스테르 형성)으로부터 추출되고, 전술한 바와 같이 이러한 추출은 반응 평형을 형성된 에스테르측으로 이동시키고 에스테르 가수 분해가 회피되거나 희석된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예는 반응 물질로서 단쇄 알콜(short-chain alcohol)이 사용되고, 알콜은 바람직하게는 n ≥ 2의 탄소 원자수(Cn)를 갖는 것을 특징으로 한다. 동시에, n = 3 또는 n = 4의 탄소 원자수(Cn)를 갖는 알콜이 특히 바람직하다. 본 발명에 따라 매우 권장되는 방법의 실시예는 프로판올, 특히 n-프로판올(n = 3)이 반응 물질로서 사용된다는 점에서 구별된다. n-프로판올은 본 발명에 따른 방법의 범위 내에서 특히 양호하게 실행된다. 물과의 비공비 혼합물은 71.1 중량%의 n-프로판올 또는 대략 71.1 중량%의 n-프로판올으로 구성된다. 정상 조건 하에서, n-프로판올의 비등점은 97.2℃이고, 이에 따라 물과 n-프로판올로 이루어진 비공비 혼합물의 비등점(87.7 ℃)보다 대략 10℃ 높은 것이 유리하다. 컨테이너 내에 조성되는 조건 하에서 또는 진공 건조 또는 저압 건조의 조건 하에서 상당한 온도차가 또한 존재한다.

에탄올 및 특히 메탄올은 본 발명에 따른 방법에서의 반응 물질로서는 덜 적합하다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 알콜 또는 권장된 n-프로판올은, 분열된 반응수를 포함하는 잔류 습기가 바람직하게는 최대 하한 압력이 10 mbar인 소정의 건조/진공 건조 조건 하에서 컨테이너 내부로부터 제거될 수 있다고 가정하면 과잉 추가된다. 요구되는 과잉 알콜 또는 n-프로판올은 붕소 화합물 또는 붕산의 농도 및 물이 컨테이너 내부로부터 배수된 후 그리고 건조/진공 건조 전에 컨테이너 내에 남아 있는 물의 양에 따라 좌우된다.

알콜, 특히 n-프로판올이 건조 또는 진공 건조 과정에서 컨테이너 내부로부터 추출 또는 기화되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 붕소 화합물로부터 분열된 반응수가 반응 평형으로부터 먼저 제거되고 알콜 또는 n-프로판올이 나중에 추출 또는 기화되는 것이 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 실시예는 화학적으로 결합된 물을 함유하는 붕소 화합물, 특히 붕산의, 반응 물질에 의한 전환 (반응)은 산성 촉매가 없이 또는 본질적으로 산성 촉매가 없이 수행되는 것을 특징으로 한다. 이는 촉매로서 산이 없이, 특히 황산이 없이 수행한다는 점에서 유리하다. 본 발명은 컨테이너의 장기간의 내부식성과 관련하여 그러한 산성 촉매의 부정적인 부식 영향을 피할 수 있다는 지식을 기초로 한다.

본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 이용함으로써, 잔여 물 및 불리하거나 골치아픈 잔류 습기가 소비된 연료 요소용의 운반/보관 컨테이너의 내부로부터 효과적으로 그리고 기능상 안전한 방식으로 제거될 수 있다는 발견을 기초로 한다. 동시에, 본 발명에 따른 반응에 사용된 반응물, 특히 반응 물질로서 사용된 알콜이 컨테이너 내부로부터 제거될 수 있도록 방법이 수행될 수 있다는 것이 특히 유리하다. 동시에, 본 발명에 따른 방법은 간단하고 적은 노력 및 비용으로 효과적으로 수행될 수 있다. 고가의 추가 조치나 추가 구성요소를 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따른 방법이 수행된 후에, 컨테이너 내부의 임의의 존재하는 그리고 더 이상 골치아프지 않은 잔류 습기가 정확하고도 재현 가능하게 처리될 수 있다. 본 발명은 소비된 연료 요소용의 운반/보관 컨테이너의 컨테이너 내부로부터 화학적으로 결합된 물을 제거하기 위한, 효과적이지만 간단하고 저렴한 옵션을 제공한다.

Claims

방사성 폐기물용의 운반/보관 컨테이너를 건조시키는 방법으로서,
물을 수용하는 컨테이너 내부에는 건조 또는 진공 건조가 실시되고,
붕소 화합물에서 화학적으로 결합된 물이 릴리스되도록 컨테이너 내부에 존재하는 화학적으로 결합된 물을 갖는 적어도 하나의 붕소 화합물에 n-프로판올(n = 3)이 추가되며,
이 방식으로 릴리스된 물은 컨테이너가 건조 또는 진공 건조될 때에 컨테이너 내부로부터 추출 또는 제거되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
제1항에 있어서,
상기 건조 또는 진공 건조는 최대 12 mbar의 아대기압(subatmospheric pressure)에서 수행되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화학적으로 결합된 물을 갖는 붕소 화합물은 붕산 또는 오르토붕산(H₃BO₃)인 것인 컨테이너의 건조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화학적으로 결합된 물을 갖는 붕소 화합물과 상기 n-프로판올(n = 3)은 함께 반응 생성물로서 기화 가능한 붕소 생성물을 형성하고,
상기 기화 가능한 붕소 생성물 또는 반응 생성물은 건조 또는 진공 건조에 의해 컨테이너 내부로부터 제거 또는 추출되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
반응 생성물로서 붕산 에스테르가 형성되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
제5항에 있어서,
알콜 및 물로부터의 관련 공비 혼합물보다 높은 비등점을 갖는 알콜이 반응 물질로서 사용되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
제1항에 있어서,
상기 n-프로판올(n = 3)은 컨테이너의 건조 또는 진공 건조에 의해 컨테이너 내부로부터 추출 또는 기화되는 것인 컨테이너의 건조 방법.
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