KR102640319B1 - 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치 - Google Patents
방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 고온, 고압의 심층처분환경에서 가스 및 핵종 함유 미세입자의 거동을 실험할 수 있는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 내부에 구비되어 심층처분 환경에 대응하는 복수의 모사층을 포함하며, 외부로부터 공급되는 가스와 액체의 흐름 경로를 형성하는 제1 반응부, 제1 반응부와는 별도로 구비되며, 복수의 모사층을 통과하는 가스로 인해 형성된 입자가 내부로 이동하여 포집되는 제2 반응부, 제1 반응부의 일측에 구비되어 제1 반응부 내부에서 형성되는 기포의 검출과 관련된 검출신호를 발생하는 검출부, 그리고 제1 반응부의 내부 고온, 고압의 환경을 설정하며, 검출부로부터 공급되는 검출신호를 분석하여 제1 반응부의 내부 환경 변화와 핵종을 함유한 미세입자 거동을 분석하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치에 관한 것이다.
고준위 방사성 폐기물을 사람의 접근과 방사성 핵종의 생태계 유입이 제한될 수 있도록 지하 깊은 곳의 안정한 지층 구조에 처분하여 인간 생활권으로 영구히 격리시키는 것을 방사성폐기물 심층처분방법이라고 한다. 방사성 폐기물 심층처분 방식은 지하 수백 미터의 균질한 암반에 처분 터널을 건설하고 처분공 굴착을 하고 난 이후에 1차적으로 방사성폐기물을 내포하는 금속의 처분용기를 공학적 방벽재인 벤토나이트 완충재와 함께 처분공에 거치한다. 이후 터널을 뒷채움재로 완전히 메워서 고준위 방사성 폐기물을 안전하게 처분한다. 이때 방사성물질의 외부 누출을 막고 장기간 격리시키기 위해 설치하는 처분용기(캐니스터)와 완충재(압축 벤토나이트) 등을 공학적 방벽이라 지칭하고, 처분 터널이 건설되는 균질한 암반이 포함된 자연환경을 천연방벽이라 지칭한다.
한편, 심층처분환경을 모사하기 위한 고온, 고압의 환경을 구현하여 세부적인 현상을 관찰, 연구하기 위한 실험장치가 필요하다. 예를 들어, 가스의 압력이 증가하여 완충재를 돌파하고 뒷채움재 및 자연 방벽내 균열을 통해 이동하는 현상을 모사하기 위한 실험장치가 요구되며, 이 과정에서 발생할 수 있는 핵종이 함유된 입자의 거동 또한 모사하는 실험장치가 요구된다. 또한 상기에서 언급한 현상 중 가스의 압력이 증가하여 완충재를 돌파하고 물이 가득찬 터널 내에서 기포 형태로 이동을 하는 현상을 모사하기 위한 실험장치가 요구되며, 이 과정에서 핵종을 함유한 미세입자가 기포에 부착하여 거동하는 현상을 모사하기 위한 실험장치가 요구되고 있다.
관련 선행문헌으로 일본공개특허 2015-141192는 "지중 격리 부재의 매설 환경장의 거동 평가를 수행하기 위한 매설 환경 부재 모형을 수용하는 용기"을 개시한다.
본 발명의 일 실시예는 고온, 고압의 심층처분환경에서 가스 및 핵종 함유 미세입자의 거동을 실험할 수 있는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 내부에 구비되어 심층처분 환경에 대응하는 복수의 모사층을 포함하며, 외부로부터 공급되는 가스와 액체의 흐름 경로를 형성하는 제1 반응부, 제1 반응부와는 별도로 구비되며, 복수의 모사층을 통과하는 가스로 인해 형성된 입자가 내부로 이동하여 포집되는 제2 반응부, 제1 반응부의 일측에 구비되어 제1 반응부 내부에서 형성되는 기포의 검출과 관련된 검출신호를 발생하는 검출부, 그리고 제1 반응부의 내부 고온, 고압의 환경을 설정하며, 검출부로부터 공급되는 검출신호를 분석하여 제1 반응부의 내부 환경 변화와 핵종을 함유한 미세입자 거동을 분석하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는 핵종을 함유한 미세입자가 기포에 부착하여 거동하는 현상을 모사여 고준위 방사성 폐기물 처분장의 장기적인 안정성을 평가하고, 다양한 실험적 연구를 통해 안정성을 위한 데이터를 수득, 해석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 도시한 도면이다.
도 2는 제1 반응부로 가스와 액체가 공급되어 기포가 발생되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제1 반응부와 제2 반응부의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 제1 반응부로 가스와 액체가 공급되어 기포가 발생되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제1 반응부와 제2 반응부의 내부 구조를 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 도시한 도면이며, 도 2는 제1 반응부로 가스와 액체가 공급되어 기포가 발생되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고 도 3은 제1 반응부와 제2 반응부의 내부 구조와 연결관계를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 제1 반응부(100), 제2 반응부(200), 검출부(500), 제어부(600)를 포함하며, 고온고압의 심층처분 환경에서 가스 및 핵종을 함유한 미세입자가 기포에 부착하여 거동하는 현상을 모사 실험할 수 있다. 즉, 고온고압 조건으로 모사된 심층처분 환경에서 제1 반응부(100)에 가스를 주입하여 형성되는 기포를 촬영하여 평균 입자 크기에 대한 분석이 가능하며, 제어부(600)는 검출부(500)로부터 검출된 기포의 평균 입자 크기와 기포에 의해 운송된 입자량의 상관관계 분석을 통하여 가스에 의한 핵종 함유 미세입자 거동에 대한 반정량 데이터를 수득할 수 있다.
제1 반응부(100)는 내부에 구비되어 심층처분 환경에 대응하는 복수의 모사층을 포함하며, 외부로부터 공급되는 가스와 액체의 흐름 경로를 형성할 수 있다. 제1 반응부(100)는 부식 및 고압의 심층처분 환경을 모사할 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 반응부(100)는 합금, SUS재질, 하스텔로이(Hastelloy)재질 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 제1 반응부(100)는 본체부(110), 액체 주입구(102), 가시창(150), 바스켓부(140), 상부 커버(120), 그리고 하부 커버(130)를 포함할 수 있다.
본체부(110)는 가스 기포가 중앙으로 포집되도록 미리 설정된 각도로 굴곡되는 아치형의 상부를 갖는다. 본체부(110)에는 온도를 조절할 수 있는 히터가 장착될 수 있다.
액체 주입구(102)는 본체부(110)의 일측에 구비되어 본체부(110) 내부에 액체를 주입하는 경로를 형성한다. 액체 주입구(102)는 외부에서 액체 펌프를 이용하여 본체부(110) 내부에 액체를 주입 및 가압할 수 있는 통로를 포함한다.
가시창(150)은 본체부(110)의 측면에 구비되어 본체부(110) 내부에서 발생하는 기포를 관찰하는 기능을 한다. 가시창(150)은 강화유리, 석영, 사파이어 등의 재질 중 적어도 1종 이상을 포함하여 형성할 수 있다. 가시창(150)을 통해 본체부(110) 내부의 가스 기포 발생 및 현상을 관찰할 수 있다. 가시창(150)은 본체부(110)의 외주면을 따라 180도 간격으로 2개가 구비될 수 있다. 그리고 검출부(500)는 가시창(150)에 설치될 수 있다. 가시창(150)은 180도 각도를 이루어 장착되므로 한쪽에서는 영상 촬영을 위한 카메라가 설치되고 반대쪽에서는 내부에 빛을 주사하기 위한 용도로 활용할 수 있다. 카메라를 통해 바스켓부(140) 내에 구비된 복수의 모사층의 매질을 통과한 가스가 기포형태로 올라오는 과정을 촬영할 수 있다. 고온, 고압 조건에서 제1 반응부(100) 내부로 가스를 주입하여 형성되는 기포를 가시창(150)을 통해 검출부(500)로 촬영하여 기포의 평균 입자 크기에 대한 분석이 가능하다. 그리고 기포의 평균 입자 크기와 기포에 의해 운송된 입자량의 상관관계 분석을 통하여 가스에 의한 핵종 함유 미세입자 거동에 대한 반정량 데이터를 수득할 수 있다.
바스켓부(140)는 본체부(110)의 내측 하부에 구비되어 복수의 모사층의 개별 저장을 지지한다. 바스켓부(140)는 길이방향을 따라 복수의 저장공간을 갖고 복수의 모사층이 개별로 삽입되어 저장되는 저장 트레이를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 모사층은 심층처분환경의 처분장에서 존재하는 다양한 방벽을 구현하기 위해 5개의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 모사층은 저장 트레이의 중간 부분에 저장되는 완충재층, 뒷채움재층, 암석층을 포함하는 시편층을 포함할 수 있다. 그리고 저장 트레이의 상부와 하부에 각각 구비되는 보강층을 더 포함할 수 있다. 보강층은 시편층의 유실 및 무너짐을 방지하는 금속 필터를 포함할 수 있다. 즉, 바스켓부(140)는 제1 반응부(100)의 하부에서 완충재, 뒷채움재, 암석으로 구성된 시편층 및 이들 시편층의 유실 및 무너짐을 방지하도록 금속 필터를 포함하는 보강층을 삽입할 수 있는 트레이 구조로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 모사층이 구비되는 저장 트레이의 상부와 하부에는 내부 물질의 유출 및 유실을 줄이기 위한 금속 필터가 설치되며, 내부의 5개 층에는 방사성 폐기물 처분장 구성요소인 완충재, 뒷채움재, 암석 등의 자연방벽에 해당되는 물질을 시편층으로 조형하여 설치할 수 있다.
제1 반응부(100) 하부에 설치된 바스켓부(140)에 심층처분장을 구성하는 물질과 동일한 완충재, 뒷채움재 및 암석 층을 설치하여 가스를 투과시킴으로써 실제 심층처분장에서 내부의 가스 발생에 의한 방벽 투과 현상을 관찰, 연구 가능하다. 그리고 바스켓부(140) 하부에 핵종을 도포 또는 매립함으로써 핵종이 가스 투과 과정에서 발생할 수 있는 현상을 관찰, 연구할 수 있다.
한편, 바스켓부(140)는 고압으로 형성되는 내부 압력에 의해 중앙으로의 흐름이 이루어져지 않을 가능성을 고려하여 조형하는 모사층의 측면에는 홈을 파고 오링을 장착하여 실링부(160)를 형성할 수 있다. 필요에 따라 본체부(110)의 하부에도 오링으로 실링부(160)를 형성할 수 있다. 즉, 실링부(160)를 통해 모사층의 측면과 본체부(110)의 하부를 실링 처리할 수 있다. 기체가 측면 이동 경로로 우회하지 않고 모사층의 매질체를 통과하도록 내부에서 외부로 기체가 누출될 수 있는 부분에 실링부(160)를 형성할 수 있다. 내부에 장착되는 시편층의 하부에는 핵종을 도포 혹은 매립할 수 있다.
상부 커버(120)는 본체부(110)의 상부에 구비되어 본체부(110)의 상부를 개폐하며, 본체부(110)의 상부에서 가스 및 기포가 이동 가능한 경로를 형성한다. 상부 커버(120)의 하부 구조는 가스 기포가 내부에서 상승 후 정중앙으로 모여 제2 반응부(200)로 이동할 수 있도록 아치형의 구조로 이루어질 수 있다. 아치형 굴곡의 각도는 5도 이상으로 설계 요소에 따라 설정이 가능하다. 즉, 제1 반응부(100)의 상부 커버(120)는 내면의 형상에서 중심을 향해 5도 이상의 굴곡을 형성하여 기포가 가운데로 모이도록 구비될 수 있다.
하부 커버(130)는 본체부(110)의 하부에 구비되어 본체부(110)의 하부를 개폐하며, 본체부(110)의 하부에서 배출 기능을 갖는다.
제2 반응부(200)는 제1 반응부(100)와는 별도로 구비되며, 복수의 모사층을 통과하는 가스로 인해 형성된 입자가 내부로 이동하여 포집될 수 있다. 제2 반응부(200)는 고압의 환경을 모사할 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 제2 반응부(200)는 바스켓부(140) 내에 구비된 복수의 모사층을 통과하는 가스로 인해 형성된 입자가 이동하여 포집될 수 있는 구조이며 고압의 환경을 모사할 수 있는 재질로 설계될 수 있다. 제2 반응부(200)의 하부에는 제1 반응부(100)와 연결되는 파이프가 설치되며, 제2 반응부(200)의 상부에는 가스의 배출을 위한 배출부가 설치될 수 있다. 제2 반응부(200)는 고온고압을 견딜 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 반응부(200)는 합금, SUS재질, 하스텔로이(Hastelloy)재질 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 제1 반응부(100)와 제2 반응부(200) 모두 고온고압을 견딜 수 있는 재질로 형성될 수 있으며 운전가능한 최대 온도는 100도, 그리고 130바 이상의 압력을 설정하여 심층처분환경에서 형성될 수 있는 최대 조건을 반영하여 형성될 수 있다. 제1 반응부(100)와 제2 반응부(200)는 내부의 용적을 동일하게 설계하여 기포가 제1 반응부(100)를 통해 상부의 제2 반응부(200)로 이동하는데 작용할 수 있는 압력 방해 요인을 감소시킬 수 있다. 그리고 제2 반응부(200)를 제1 반응부(100)보다 상부에 위치시켜 부력에 의한 기포의 이동을 유도하고, 1cm 이하의 파이프를 사용하여 기포가 단열대의 구멍(Aperture) 크기의 공간을 통과하면서 실제 심층처분장 내 환경과 유사한 단열대를 통한 이동을 모사할 수 있다.
검출부(500)는 제1 반응부(100)의 일측에 구비되어 제1 반응부(100) 내부에서 형성되는 기포의 검출과 관련된 검출신호를 발생할 수 있다. 검출부(500)는 제1 반응부(100) 내부에서 형성되는 기포를 촬영할 수 있으며, 고해상도의 실시간 동영상 촬영, 기록이 가능한 카메라를 포함할 수 있다.
제어부(600)는 제1 반응부(100)의 내부 고온, 고압의 환경을 설정하며, 검출부(500)로부터 공급되는 검출신호를 분석하여 제1 반응부(100)의 내부 환경 변화와 핵종을 함유한 미세입자 거동을 분석할 수 있다. 제어부(600)는 고온, 고압의 환경을 설정할 수 있는 펌프 및 히터와 온도, 압력을 모니터링할 수 있는 장치를 포함할 수 있다. 제어부(600)는 모니터링을 위한 데이터 기록장치로서 제1 반응부(100), 제2 반응부(200)와 연결하여 온도, 압력을 기록하고 검출부(500)와 연결하여 동영상을 기록할 수 있는 장치를 포함한다. 제어부(600)는 기포의 평균 입자 크기에 대한 분석, 기포의 평균 입자 크기와 기포에 의해 운송된 입자량의 상관관계 분석을 통하여 가스에 의한 핵종 함유 미세입자 거동을 분석할 수 있다. 제어부(600)는 미리 설정된 제어조건에 따라 심층처분 환경 모사조건에서 사용후핵연료에 포함된 방사성 핵종의 거동을 정량적으로 분석 제어하도록 기포의 검출과 관련된 검출부(500)의 검출신호 분석 및 관련 제어동작을 구현할 수 있다. 제어부(600)는 온도와 압력을 전송할 수 있는 데이터 라인 및 데이터 기록장치, 검출부(500)로부터 전송받은 영상을 기록, 저장할 수 있다. 제어부(600)는 정보 처리 장치의 프로세서에 의하여 연산, 처리 등이 되는 것으로, 컴퓨터에서 특정한 기능을 수행하는 프로그램의 논리적인 일부분을 뜻하며, 소프트웨어, 하드웨어 등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 정보 처리 장치는 제어패널, 노트북, 퍼스널 컴퓨터(personal computer), 핸드헬드 컴퓨터(handheld computer), PDA(personal digital assistant), 휴대폰, 스마트 기기, 태블릿(tablet) 등의 제어 컴퓨터를 포함할 수 있다. 그리고 제어부(600)는 심층처분 환경 모사조건에서 사용후핵연료에 포함된 방사성 핵종의 거동을 정량적으로 분석 제어하고 기포의 검출과 관련된 데이터를 저장하는 메모리를 별도로 구비할 수 있다. 메모리는 심층처분 환경 모사조건에서 사용후핵연료에 포함된 방사성 핵종의 거동을 정량적으로 분석 제어 및 기포의 검출과 관련된 프로그램 제어 및 정보 처리, 관련 데이터와 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리는 고속 랜덤 액세스 메모리(high-speed random access memory), 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치, 기타 비휘발성 고체 상태 메모리 장치(non-volatile solid-state memory device) 등의 비휘발성 메모리 등 다양한 종류의 메모리를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 다중 모니터링 시스템으로 구현 가능하며, 심층처분 환경 모사조건 관련 데이터를 기록하거나 저장하는 메모리부를 포함하여 제어부(600)에서 분석된 데이터를 그래프로 구현하는 프로그램을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 제1 반응부(100) 내부로 공급되는 가스를 고압으로 주입하도록 가스 부스터 및 가스 주입 압력을 조절하는 레귤레이터를 포함하는 가스 공급부(300), 그리고 제1 반응부(100) 내부로 공급되는 액체를 고압으로 주입하도록 액체 펌프 및 압력 조절기를 포함하는 액체 공급부(400)를 더 포함할 수 있다. 심층처분장 환경을 모사한 실험을 위해 가용한 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 수소, 이산화탄소, 메탄 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 주입 가능한 압력은 처분장 환경에서 진화모델을 고려하여 1bar~100bar의 범위로 설정 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치는 고온, 고압 심층처분환경을 모사하여 가스의 거동을 관찰함으로써 실제 처분환경에서 발생할 수 있는 가스 거동을 실험할 수 있다. 그리고 가스가 완충재 및 암석을 투과하는 과정에서 발생할 수 있는 침식 현상에 의해 형성되는 입자와 그 입자에 부착되어 이동하는 핵종의 거동을 관찰할 수 있다. 따라서, 실제 처분장의 장기 진화모델에 맞는 실험적 데이터를 수득하여 처분장 안정성 평가에 대한 불확실성을 해소할 수 있다.
고준위 방사성 폐기물 처분장에서는 다양한 기작에 의해서 가스가 발생할 수 있다. 첫째로 금속에 부식에 의해서 가스가 발생할 수 있으며, 핵 연료봉을 포함하고 있는 철제 용기 및 사용후핵연료가 보관되는 처분용기인 캐니스터의 부식에 의해 가스가 발생할 수 있다. 부식은 산소가 존재하는 환경하에서는 호기성 부식이 발생하며 처분장이 장기간 진화과정을 거치면서 무산소 환경이 형성되어 장기적으로는 혐기성 부식이 발생하게 된다. 두 번째로는 다양한 유기물질이 처분장 내에 존재할 수 있으며 이러한 유기물질의 미생물학적인 분해에 의해서 가스가 발생할 수 있다. 유기물질에 의해 발생하는 가스는 주로 이산화탄소와 메탄이며, 메탄은 혐기성 조건과 질산염(nitrate)과 황산염(sulfate)이 없는 조건하에서만 생성된다. 마지막으로 방사 분해에 의해서 가스가 발생할 수 있다. 물과 수용액은 방사 분해될 수 있으며 물의 방사분해는 수소를 생성한다. 유기물 또한 방사 분해가 가능하며 유기 화합물이 존재하는 경우 방사성 분해에 의해 다양한 가스 생성을 야기할 수 있다. 이 중 탄소 14(14C)를 포함하고 있는 유기물의 방사성 분해는 14C를 포함한 가스를 형성할 수 있으며, 다양한 경로로 유출이 가능하다.
방사성 폐기물 처분장의 폐쇄 이후 진화 과정에서 가스가 지속적으로 발생할 수 있으며 발생된 가스의 분압이 주변에서 가해지는 정수압을 초과하게 되면 캐니스터 내부에 자유 기체상(기포)이 형성된다. 발생된 가스의 압력이 벤토나이트 완충재의 제한 압력을 초과하지 않는 이상 캐니스터에서의 가스 방출은 일어나지 않는다. 가스 압력이 완충재의 제한 압력을 초과하면 가스 기포가 완충재를 통과할 수 있다. 이렇게 캐니스터 내에 자유 가스가 있으면 핵종 방출에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
처분장 폐쇄 이후 내부에서 발생하는 가스의 양이 적거나 발생 속도가 낮으면 가스가 지하수에 용해되어 확산의 형태로 외부로 운반되게 된다. 또한 가스 발생 속도가 지하수의 가스 용해 가능량을 초과하게 되면 폐연료봉 삽입부 부근에 자유 가스상이 형성되고 가스 압력이 발생한다. 가스 압력이 증가하고 완충재와 외부에서 가해지는 압력을 초과하게 되면 흐름 통로가 형성되고 완충재를 돌파하는 가스의 흐름이 발생할 수 있다.
완충재를 돌파한 가스는 완충재를 통해 위쪽으로 이동하여 뒷채움재를 통과하거나 완충재와 뒷채움재의 경계를 따라 이동할 수 있다. 가스의 이동은 주로 부력에 의해 발생하며 완충재와 뒷채움재 및 자연방벽의 경계면을 따라 이동하거나 단열대를 통해 자유롭게 이동하여 평균 지하수 유속보다 빠르게 이동할 수 있다. 평균 지하수 유속보다 빠르게 이동하면서 핵종을 수송하게 되면 방사성 핵종의 이동성이 크게 증가할 수 있다. 또한 콜로이드는 가스와 물 계면(기포의 표면)에 우선적으로 부착되기 때문에 이동성 기포와 함께 방사성 핵종이 이송될 수 있다. 지하수에 용해된 핵종이 단열대를 통과할 때 기포에 의해 앞으로 밀려나가게 되면 국지적인 평균 지하수 유속보다 빠르게 이동할 수 있다.
상기에서 언급한 현상들은 고준위 방사성 폐기물 처분장의 장기적인 안정성을 평가하는데 있어 매우 중요한 기작이며, 다양한 실험적 연구를 통해 안정성을 위한 데이터를 수득, 해석하는 것이 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치를 이용하여 고온고압 환경 가스 및 핵종 함유 미세입자 거동을 실험하는 방법은 3가지 방법으로 구현할 수 있다.
첫 번째 실험방법은 내부에 충진된 액체가 없는 상태에서 가압을 하는 방식이며, 구체적으로는 가스 봄베의 압력을 레귤레이터를 통해 조절하거나 가스 부스터를 사용하여 원하는 압력으로 설정(1bar~100bar)한 후 제1 반응부(100) 하단(바스켓부(140) 하부)으로 가스를 주입하는 방법이다. 주입된 가스는 바스켓부(140) 내에 설치된 시편층을 통과하여 내부로 투과하게 되며 이 과정에서 형성되는 미세입자는 반응기 내부에서 부유하게 된다.
두 번째 실험방법은 내부에 액체가 충진되어 특정 압력으로 설정된 후 하단을 통해 가스가 주입되는 방법이다. 구체적으로는 액체 펌프 및 압력 조절기를 사용하여 제1 반응부(100) 내부의 압력을 설정(1bar~100bar)하고 제1 반응부(100) 하단(바스켓부(140) 하부)으로 가스를 주입하는 방법이다. 이때 내부 설정 액체 압력과 외부 가스 주입 압력을 동일하게 하여 바스켓부(140) 내부의 시편층에서의 반응을 유도한다.
세 번째 실험방법은 내부에 액체가 충진되어 특정 압력으로 설정된 후 하단을 통해 가스를 내부 압력보다 높은 압력으로 주입하는 방법이다. 구체적으로는 액체 펌프 및 압력 조절기를 사용하여 제1 반응부(100) 내부의 압력을 설정 (1bar~100bar)하고 제1 반응부(100) 하단(바스켓부(140) 하부)으로 가스를 주입하는 방법이다. 이때 내부 설정 액체 압력보다 외부 가스 주입 압력을 높게 설정하여 가스가 시편 층을 투과해 내부 액체로 이동하면서 가스 기포를 형성하도록 유도하는 방법이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 ; 제1 반응부 110 ; 본체부
120 ; 상부 커버 130 ; 하부 커버
140 ; 바스켓부 150 ; 가시창
160 ; 실링부 200 ; 제2 반응부
300 ; 가스 공급부 400 ; 액체 공급부
500 ; 검출부 600 ; 제어부
120 ; 상부 커버 130 ; 하부 커버
140 ; 바스켓부 150 ; 가시창
160 ; 실링부 200 ; 제2 반응부
300 ; 가스 공급부 400 ; 액체 공급부
500 ; 검출부 600 ; 제어부
Claims (12)
- 내부에 구비되어 심층처분 환경에 대응하는 복수의 모사층을 포함하며, 외부로부터 공급되는 가스와 액체의 흐름 경로를 형성하는 제1 반응부,
상기 제1 반응부와는 별도로 구비되며, 상기 복수의 모사층을 통과하는 가스로 인해 형성된 입자가 내부로 이동하여 포집되는 제2 반응부,
상기 제1 반응부의 일측에 구비되어 상기 제1 반응부 내부에서 형성되는 기포의 검출과 관련된 검출신호를 발생하는 검출부, 그리고
상기 제1 반응부의 내부 고온, 고압의 환경을 설정하며, 상기 검출부로부터 공급되는 검출신호를 분석하여 상기 제1 반응부의 내부 환경 변화와 핵종을 함유한 미세입자 거동을 분석하는 제어부
를 포함하며,
상기 제어부는 상기 기포의 평균 입자 크기에 대한 분석, 상기 기포의 평균 입자 크기와 상기 기포에 의해 운송된 입자량의 상관관계 분석을 통하여 가스에 의한 핵종 함유 미세입자 거동을 분석하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제1항에서,
상기 제1 반응부는 부식 및 고압의 심층처분 환경을 모사할 수 있는 재질로 형성되는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제2항에서,
상기 제1 반응부는 합금, SUS재질, 하스텔로이(Hastelloy)재질 중 1종 이상을 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제1항에서,
상기 제1 반응부는
가스 기포가 중앙으로 포집되도록 미리 설정된 각도로 굴곡되는 아치형의 상부를 갖는 본체부,
상기 본체부의 일측에 구비되어 상기 본체부 내부에 액체를 주입하는 경로를 형성하는 액체 주입구,
상기 본체부의 측면에 구비되어 상기 본체부 내부에서 발생하는 기포를 관찰하는 가시창,
상기 본체부의 내측 하부에 구비되어 상기 복수의 모사층의 개별 저장을 지지하는 바스켓부,
상기 본체부의 상부에 구비되어 가스 및 기포가 이동 가능한 경로를 형성하는 상부 커버, 그리고
상기 본체부의 하부에 구비되어 배출 기능을 갖는 하부 커버
를 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제4항에서,
상기 바스켓부는
길이방향을 따라 복수의 저장공간을 갖고 상기 복수의 모사층이 개별로 삽입되어 저장되는 저장 트레이를 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제5항에서,
상기 복수의 모사층은
상기 저장 트레이의 중간 부분에 저장되는 완충재층, 뒷채움재층, 암석층을 포함하는 시편층을 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제6항에서,
상기 저장 트레이의 상부와 하부에 각각 구비되는 보강층을 더 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제7항에서,
상기 보강층은 상기 시편층의 유실 및 무너짐을 방지하는 금속 필터를 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제1항에서,
상기 제2 반응부는 고압의 환경을 모사할 수 있는 재질로 형성되는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제1항에서,
상기 제1 반응부 내부로 공급되는 가스를 고압으로 주입하도록 가스 부스터 및 가스 주입 압력을 조절하는 레귤레이터를 포함하는 가스 공급부를 더 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 제10항에서,
상기 제1 반응부 내부로 공급되는 액체를 고압으로 주입하도록 액체 펌프 및 압력 조절기를 포함하는 액체 공급부를 더 포함하는 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치. - 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210167188A KR102640319B1 (ko) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 방사성폐기물의 심층처분 가스 거동 모사장치 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2015141192A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 一般財団法人電力中央研究所 | 地中隔離部材の埋設環境場の挙動評価を行うための埋設環境部材模型を収容する容器 |
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|---|---|---|---|---|
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