KR19990040499A - 초임계유체를 이용한 원자력 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치 - Google Patents

Abstract

액체 또는 초임계유체 CO2를 이용한 원자력 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치가 개시된다. 초임계유체 CO2 는 침투성이 뛰어나서 구조가 복잡하고 입구가 좁아 제염의 어려움이 있는 장비나 부품에 매우 쉽게 침투하여 제염할 수 있고, 또한 압력에 따라 용해도가 급격히 변하여 용해된 제염물질을 쉽게 추출할 수 있다. 이를 위하여 오염물이 넣어진 반응로 내의 오염물에 소정의 온도와 압력이 인가된 CO2를 부가하고, CO2 의 침투력을 이용하여 오염원이 오염물로부터 분리한후, 또한 반응을 보다 촉진시키기 위하여 반응로의 내부를 회전시켜 CO2에 의하여 상기 오염물로부터 분리된 오염원을 외부로 배출한후에 압력을 낮추어 기화시키면 CO2 와 오염원을 분리되어 CO2 는 회수하여 재사용하며 오염원은 전량을 제거할 수 있다.

Description

초임계유체를 이용한 원자력 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치

본 발명은 원자력 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치에 관한 것으로, 특히 초임계유체인 CO2를 채용하여 원자력 오염물을 제염하는 제염방법 및 이를 이용한 제염장치에 관한 것이다.

원자력 발전소에서는 기계의 가동에 따라 방사성 오염이 발생한다. 이때의 오염이란 방사성 물질이 있어서는 안되는 구역 또는 영역(복도, 사무실 바닥, 옷, 집기, 부품등)에 존재하는 상태를 의미한다. 이러한 오염은 발전소등의 각종 설비의 부품교환등의 작업을 수행할 때 발생하며, 이러한 오염된 영역상에 존재하는 원치않는 방사성물질을 제거하는 작업을 제염이라고 한다.

원자력 분야에서 제염의 주된 대상 물질은 원자력발전소 1차 계통내에서 생성되는데, 핵연료에서 방출된 핵분열생성물 및 중성자 조사에 의해 생성된 방사성 핵종과 계통내 부식생성물과 불순물이 중성자 조사에 의해 방사화되어 생성된 방사성 핵종이 주된 제염 대상 물질이다. 이렇게 발생한 방사성 물질은 정상상태에서는 발전소 1차 계통내에 흘러다니거나 관 또는 부품의 내벽에 붙어있다가 누출수나 정기 보수시에 공기 노출에 의해 외부로 유출되어 주위 환경을 오염시킨다. 일반적으로 주된 제염 대상 핵종은 Cs-137, Cs-134, I-131, I-132, Zr-95, Nb-95, Co-58, Co-60, Mn-54, Ce-144, Mo-99 등의 핵종과 물 또는 공기중의 삼중수소(H-3) 등이다.

이와 같은 방사성 물질에 의하여 오염되어 제염이 필요한 대상물은 방호복, 방호모자 등의 의류, 방호마스크, 작업화, 시료병, 호스 등의 플라스틱 및 고무류, 그리고 오염된 장비, 부품, 공구류와 1차 계통 배관 내부의 방사화된 부식 침전물등이다.

상기와 같은 오염물질들에 대한 처리로서 방호복 및 모자등의 의류는 일정 수준 이상의 방사선이 검출되면 폐기 처분하고, 그외 방사선의 오염정도가 낮은 의류는 일반세탁기와 세탁 세제를 사용하여 제염하고 있다. 통상, 한 발전소당 대략 2개의 대형 세탁기로 제염하는데 1대의 세탁기로 1회 세탁에 약 800리터의 폐수를 발생하며, 하루 평균 수톤(대략 5∼10톤)의 방사성 폐수가 발생한다. 특히, 정비기간에는 평소의 10배 이상의 오염된 세탁물이 발생하며 이에 비례하는 세탁 폐수가 더 발생한다. 이 폐수는 방사성물질을 적게 함유하고 있어, 이온교환수지와 필터를 사용하여 폐수 중의 방사성물질을 걸러내어, 자연 환경에 영향을 안 미치는, 법률로 규정된 일정 방사능 수준 이하로 만든 다음, 발전소의 외부로 방류한다.

그러나, 세탁비누로 인하여 이온교환수지와 필터의 효율이 떨어지고, 따라서 이들을 자주 교환하여야 한다. 따라서, 처분하여야할 필터와 이온수지교환 폐기물의 발생이 늘고, 이에 따른 비용도 많이 들고 있다.

또한, 앞서에서 언급한 바와같이 방호마스크, 작업화, 시료병, 호스 등의 플라스틱 및 고무류도 의류와 마찬가지로 물과 세탁비누로 세탁하여 다시 사용하고 있다. 특히 방호 마스크는 삼중수소의 농도가 높은 캐나다 중수형 원자로(Canadian Deuterium Uranium; CANDU)형 원자력 발전소에서 주로 사용되는데, 삼중수소는 물 또는 증기의 형태로 존재하고 있으므로, 제염방법으로 물세탁을 하였을 때에는 그 효율이 매우 떨어져, 재사용을 위해서 더욱 많은 세탁수를 사용하므로 폐수의 발생이 더욱 많아진다.

제염대상인 장비, 부품으로는 펌프실(pump seal), 밸브, 에어라인, 배관 프랜지, 압력계, 유량계, 볼트, 너트 등이 발생하며, 1차 계통내에서 작업중에 오염되는 공구류도 제염대상이 된다. 수리 또는 교체를 위해 제염할 때, 방사능 농도가 높은 경우에는 고압 수증기, 고압수 등을 사용하여 표면을 씻어내고, 이후에 초음파 세정기를 통하여 세척하고, 다시 물로 세척하여 제염하고 있다. 방사능이 낮을 경우에는 초음파세정기로 제염작업을 시작한다. 그러나, 초음파세정기로 표면에 붙은 오염원의 제거에는 한계가 있어, 현장에서 큰 효과를 보지 못하고 있고, 특별한 경우에는 작업자가 직접 브러쉬와 물로 내부 표면의 오염을 제거하기도 한다. 이들 제염에도 많은 오염 폐수가 발생한다.

1차 계통내에 발생하는 부식생성물은 원자로내에서 방사화되어 다시 계통 내부의 배관 표면에 달라붙어 1차 계통을 오염시킨다. 오염된 1차 계통 배관들은 1차 계통이 분리되어있기 때문에 원자력 발전소의 운전시에는 문제가 없다.

그러나, 배관이 노후되어 교체할 시기에는 반드시 제염작업을 거쳐야한다. 이들 제염에는 화학적 세정방법, 즉, 옥살산, 질산, EDTA 등을 사용하여 표면의 산화층을 녹여 제염하고 있다. 만약, 제염 대상 부위가 작을 경우에는 발생되는 폐수의 양이 적어 큰 문제가 없지만, 증기발생기 교체와 같은 대형 구조물의 제염에는 발생되는 폐액의 양이 엄청나게 많을 것으로 예상된다. 아울러, 이 폐액은 산이기 때문에 폐액의 처리에도 많은 애로사항이 예상된다. 현재 노후된 원자력발전소에서 증기발생기 교체 작업이 전 세계적으로 이루어지고 있고, 우리나라도 고리 1 호기에서 증기발생기 교체작업을 시작하였다. 따라서, 증기발생기 배관의 제염작업에 기존의 화학적 방법보다 폐수를 적게 발생시키고, 제염 효율을 높이는 방안이 시급히 요구되고 있다.

상기에서 기술한 바와 같이, 전 세계적으로 개발된 원자력 분야에서의 제염방법은 크게 화학적 제염방법과 기계적 제염방법으로 구분할 수 있다.

화학적 제염방법은 화학 용매를 사용하여 방사성 물질을 용해시켜 오염영역에서 제거하는 방법으로 수산화나트륨 등의 염기와 옥살산, 질산, 시트르산, EDTA, 등의 산을 사용하여 표면의 산화층을 녹여 제염한다. 그러나, 화학적 제염방법의 주요 문제점은 주로 관내부의 방사성 부식생성물을 제거하기위해 산 또는 염기를 이용하는데, 사용 용액의 농도가 지나치면 부식생성물 뿐만 아니라 관 또는 부품 자체를 부식시킬 가능성이 있으며, 제염에 많은 수용액을 사용할수 밖에 없고, 제염후 다시 산화막을 형성할 때 부분적으로 고농도로 오염된 용액으로부터 쉽게 다시 오염이 될 수 있는 단점이 있다. 무엇보다도 현재 가장 큰 문제점은 많은 방사성 폐액을 발생시키는 것이고, 이 폐액은 순도가 높은 산 또는 염기이기 때문에 그 처리에도 많은 어려움이 있다.

기계적 제염방법은 브러쉬와 스크렙퍼 등을 사용하여 직접 배관 내부 표면을 닦아내는 방법, 고압수, 수증기 혼합 고압수, 드라이 아이스 등을 분사하여 표면에 충격을 가하여 표면의 오염층을 벗겨내는 방법, 제거용이한 코팅을 표면에 입힌 후 오염층과 함께 제거하는 방법, 그리고 내부에 산 또는 염기 용매를 채우고 초음파 세정을 하거나, 전하연마(electropolishing)를 하여 표면을 제거하는 방법등이 있다. 그러나, 이러한 기계적인 제염방법의 단점은 개인이 직접 오염된 구역에서 작업을 하여 방사선에 노출될 위험성이 높고, 물과 스팀을 사용하는 경우에는 많은 폐액이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 원자력 발전소에서 발생되는 방사능 오염물의 제염시에 발생하는 폐기물의 양을 최소화할 수 있는 방사능 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 원자력 발전소에서 발생되는 방사능 오염물을 초임계 유체인 CO2를 사용하여 폐출배수를 전혀 발생하지 않으며 오염물질도 간단히 추출할 수 있는 방사능 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 방사능 오염물의 제염방법은,

반응로 내의 오염물에 CO2를 소정 온도와 압력으로 인가하는 단계; 및

CO2 에 의하여 오염원을 분리하는 단계; 및

반응로의 내부를 회전시켜 CO2에 의하여 오염물로부터 분리된 오염원을 외부로 배출하는 단계를 포함한다.

또한, 반응로 내에 CO2를 부가하기 전에 반응로의 내부를 진공상태로 유지하여 오염물에 포함되는 누출수를 증발시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방사능 오염물의 제염장치는 입구관 및 출구관을 구비하고 내부에 회전가능한 회전망을 포함하여 방사성 물질에 의하여 오염된 오염물을 제염하기 위한 반응로;

반응로에 CO2를 공급하기 위한 공급 CO2 저장조;

공급 CO2 저장조로부터 CO2 를 반응로의 입구관을 통하여 공급하기 위한 제 1 부스터;

반응로의 배출구에 접속되며, 반응로에서 배출되는 CO2 및 입자 오염원을 일시적으로 저장하기 위한 배출 CO2 저장조;

배출 CO2 저장조에서 배출된 물질로부터 CO2 와 입자오염원을 분리하기 위한 분리기; 및

분리기에 의하여 회수된 CO2 를 반응로의 입구관을 통하여 공급하기 위한 제 2 부스터를 포함한다.

도 1 은 본 발명에서 CO2를 사용하여 적용가능한 압력과 온도 범위를 도시한 도이다.

도 2a 및 도 2b 는 본 발명에 따른 제염방법 및 제염장치에 적용되는 반응로의 측면과 평면을 도시한 도이다.

도 3 은 도 2 의 반응로를 포함하는 본 발명에 따른 원자력 오염물의 제염장를 도시한 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 ... 반응로 20 ... 회전망 30 ... 외벽

40 ... 회전축 50 ... 구동부 60 ... 입구관

70 ... 출구관 80 ... 공급 CO2 저장조

90 ... 제 1 부스터 100 ... 계면 활성재 저장조

110 ... 배출 CO2 저장조 120 ... 분리기

130 ... 폐기물수거 저장조 140 ... 액체질소트랩

150 ... 진공펌프 160 ... 얼음물 트랩

170 ... 필터 180 ... 제 2 부스터

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 초임계유체를 이용한 방사능 오염물의 제염방법 및 제염장치에 대하여 설명한다.

본 발명은 초임계유체로서 CO2를 사용한다. CO2에서 초임계상태란 일반적으로 임계점(31.1℃, 73.8bar)이상의 온도와 압력에서 액체와 기체의 특성을 동시에 갖는 유체상태를 말한다. 이 상태에서 유체는 기체의 침투성과 액체의 고밀도를 갖추어 기체와 액체의 장점을 동시에 지닌다. 초임계유체 CO2 는 표면 장력이 거의 존재하지 않으므로, 일반 액체로서는 침투가 불가능한 좁고 긴 구멍이나 틈, 세공 등에 쉽게 침투할 수 있고, 기체로서 갖기 불가능한 고밀도를 갖춰 특정 물질(유기물질)에 있어 높은 용해도를 갖는다.

상기와 같이 기체와 액체의 장점을 동시에 가지므로 제염과 같이 오염된 물질을 제거하는데 우수한 용매가 될 수 있다. 또한, 초임계 조건에서 온도와 압력의 변화에 따라 밀도와 용질의 용해도가 급격히 변화하는 성질을 이용하면, 원하는 용질을 CO2 용매에 녹인후, 감압하여 밀도를 낮추어 용질을 쉽게 다시 추출할 수 있다. 따라서, 물을 사용할 때와 같이 추가로 생성되는 폐기물이 더 이상 발생되지 않는다.

CO2 에 잘 녹는 용질은 실리콘, 휘발유, 절연유, 유지, 왁스같은 유기물이고, 염입자, 흙과 같은 무기염은 효과적이지 못하다. CO2 는 금속과는 거의 반응을 일으키지 않는다. 또한, CO2 를 기본 용매로 하여, 다른 용매를 소량 추가하면 CO2 에 녹지않는 물질도 반응을 일으켜 녹일 수 있다. 그러나, 플라스틱과 오링(O-ring)과는 종류에 따라 반응을 일으킬 수 있어 사용에 주의가 요구된다.

본 발명에서 사용되는 CO2 는 가장 많이 사용되는 초임계유체이다. 그 주된 이유는 초임계 조건이 상온 근처의 낮은 온도에서 얻어지므로 취급하기가 매우 쉽다는 점과 유기물에 대한 용해도가 높다는 장점 때문이다. 다만, 압력이 73.8bar 이상의 고압으로 유지되어야하는 점은 있으나, 점차 고압 기술이 발달하여 150bar 이하의 압력을 내는 고압장비는 크기에 따른 경제적인 부담이 예상되지만 어느 정도 쉽게 얻을 수 있다. 또한, CO2 는 무독성에, 비가연성이며, 쉽고 싼 가격에 구할 수 있으며, 아울러 환경 친화적인 장점을 가지고 있다.

상기와 같은 CO2 를 이용하여 제염하려는 원자력발전소에서 발생되는 오염물에 포함되는 제염대상 핵종은 다음의 표 1 과 같다.

< 표 1 > 제염 대상 주요 핵종과 계통수 내와 건조시 화학적 형태 및 본 발명에 따른 제염방안

핵종	화학적 특성	제염방안
H-3	수용액은 물건조후 : 기름 흡착	진공건조,기름과 함께 CO2 추출
Cs-134, Cs-137	수용액 : 양이온건조후 : 수산화염, 산화물	기계적 방법,기름과 함께 CO2 추출
I-131, I-132	수용액 : 음이온건조후 : 염, 기름흡착
Cr-51, Mo-99	수용액 : 음이온, 입자건조후 : 산화물, 염입자	기계적 방법,배관 제염시 화학적 방법과 동시 사용
Co-58, Co-60, Ce-144Mn-54, Zn-65	수용액 : 양이온, 입자건조후 : 산화물, 염입자
Zr-95, Nb-95	수용액 : 입자건조후 : 산화물 입자

< 표 1> 에 기재된 것처럼, H-3 (삼중수소)은 CANDU형 원자로에서의 주된 방사선원으로서 물의 형태로 존재한다. 따라서, 진공 건조 방법으로 대부분을 제염할 수 있다. 또한, 기름에 스며든 H-3 은 CO2 에 의하여 제거된다. Cs 와 I 는 핵연료에서 누출되어 나타나며, 1차 계통수에는 이온형태로 녹아있고, 윤활유에 침투하여 소량 녹아들기도 한다. 이들 이온은 건조되면 수산화염, 또는 산화물 입자로 존재하게 되고, 이들은 후에 보다 상세히 기술할 본 발명에 따른 액체 또는 초임계 유체 CO2 를 이용한 제염방법에 의하여 제염할 수 있다. 또한, 그 외의 금속성의 핵종은 1차 계통수에서 이온 또는 입자로 되어있으므로, 건조시키면 대부분 산화물 또는 염으로 변화하게 된다. 이들 금속 핵종도 액체 또는 초임계 유체 CO2 를 사용하여 제염할 수 있다.

본 발명에서 CO2를 사용하여 오염물질을 화학적 또는 기계적으로 제거할 때 CO2에 적용되는 압력과 온도의 범위를 도 1 에 도시하였다. 도 1 에 도시된 것처럼, 빗금친 영역이 본 발명이 적용되는 범위로서, 온도는 0℃ 이상 100℃(Tmax) 이하이고, 압력은 73.8bar 에서 200bar(Pmax) 이하로서, 초임계상태 뿐만 아니라 액체 상태도 포함한다. 액체상태일때는 액화압력 이상으로 유지되어야 한다.

본 발명에 적용되는 제염의 대상은 방사성 물질에 의해 오염된 의류, 플라스틱 및 고무류, 그리고 밸브를 포함한 기기 부품, 그리고 배관내부가 된다. 의류, 플라스틱과 고무류는 작업 중에 윤활유 계통의 기름에 접촉하거나, 누출수에 접촉되어 오염된다. 작업 조건에 따라 오염원인 방사성 핵종의 종류가 변할수 있지만 대략 <표 1>의 방사선원을 포함한다.

의류와 플라스틱에 묻은 누출수의 경우 진공건조로 수분을 제거하고, 기름과 기름에 함유된 오염물질은 초임계 CO2 에 의해 화학적 또는 세탁물의 회전에 의한 기계적 방법에 의해 제거한다. 기계적 방법은 최근에 개발중인 초임계 또는 액체 CO2 용매의 계면활성재를 사용하면 더 큰 효과를 볼 수 있다. 단, 플라스틱 및 고무류의 경우 CO2 와 반응할 수 있으므로 사용하는 방법에 신중을 기한다. 오염된 기기 부품, 부속, 공구 등도 의류와 동일한 방법을 사용한다. 그러나, 고압에 견디지 못하는 부품의 경우에는 적용이 곤란한다.

상기에서 기술된 본 발명의 제염방법이 적용되는 일예를 도 2 내지 도 3 의 일 실시예를 참고하여 설명한다.

도 2a 및 2b 는 본 발명에 따른 제염방법이 적용되는 반응로의 측면과 평면을 도시한 도이다. 도 2a 및 도 2b 에 도시된 반응로(10)는 일반적인 세탁기의 형태이며, 반응로(10)의 내벽(30)과 그 내부의 중앙에는 회전망(20)이 설치되어 있으며 모두 금속으로 만들어진다. 회전망(20)은 금속망으로 금속판에 구멍을 내어 만들 수 있다. 회전망(20)의 중앙 하단에는 회전망을 회전시키기 위한 회전축(40)과 연결되며 회전축(40)은 회전축(40)에 구동력을 인가하여 소정 속도, 예를 들어 100 ∼ 300 rpm 정도의 회전속도를 갖도록 하는 구동부(50)에 연결된다. 또한, 반응로(10)에는 상하로 두 개의 관(60, 70)을 연결하여 유체의 공급 및 배출통로로 사용한다. 이때 출구관(70)의 내경은 입구관(60)의 내경과 같거나 1.5배 사이가 되도록 하며, 입구관(60)이 위에, 출구관이 아래에 오도록 설정한다.

상기와 같은 구성의 반응로(10)의 내부에 오염된 의류, 플라스틱 또는 고무류의 오염물을 넣은후에 입구관(60)을 통하여 액체 또는 초임계상태의 CO2를 공급한다. CO2 가 공급되면 구동부(50)에서는 반응로(10)내의 반응을 촉진시키기 위하여 회전축(40)을 100 ∼ 300 rpm 정도의 회전속도를 갖도록 회전시켜서 그 회전력을 회전망(20)에 공급한다.

그러면, 앞에서 기술한 것처럼, <액체 또는> 초임계유체 CO2 는 표면 장력이 거의 존재하지 않으므로, 일반 액체로서는 침투가 불가능한 좁고 긴 구멍이나 틈, 세공 등에 쉽게 침투하여 할 수 있고, 기체로서 갖기 불가능한 고밀도를 갖춰 특정 물질(유기물질)에 있어 높은 용해도를 갖는다. 따라서, CO2 는 오염물에 작용하여 기름과 같은 유기물질을 녹여내어 오염물질을 제거한다. 아울러 액체 CO2를 용매로 사용할 수 있다. 또한, 녹지않은 입자성 오염원은 오염물로 부터 분리되며 상기 회전망(20)의 회전에 의한 발생하는 원심력에 의하여 제염대상의 물체(의류, 고무류, 플라스틱)에서 분리된다. 이때 입자성 오염원을 오염물로 부터 제거를 보다 용이하게 하기 위하여 CO2 에 계면활성재 등을 포함하여 효율을 높일 수 있다.

도 3 은 도 2 의 반응로를 포함하는 본 발명에 따른 원자력 오염물의 제염장를 도시한 것이다.

도 3 에 도시된 본 발명에 따른 원자력 오염물의 제염장치는 제염에 사용될 CO2 가 저장되어 있는 공급 CO2 저장조(80), 공급 CO2 저장조(80)로부터 CO2 의 압력을 높여서 반응로(10)의 입구관을 통하여 공급하기 위한 제 1 부스터(90), 제 1 부스터(90)와 반응로(10)의 입구관(60)사이에 연결되어 입자성 오염원을 오염물로부터 제거를 보다 용이하게 하기 위하여 사용되는 계면활성재가 저장되는 계면활성재 저장조(100), 반응로(10)의 출구관(70)에 접속되어 배출되는 CO2 및 오염원등을 일시저장하기 위한 배출 CO2 저장조(110), 배출 CO2 저장조(110)에 접속되며 반응로(10)에서 배출된 물질들 중에서 CO2 와 오염원등을 물리/화학적인 특성에 따라 분리하기 위한 분리기(120), 분리기(120)에서 분리된 CO2 를 재사용하는 경우 이를 압력을 높여서 다시 반응로(10)의 입구관(60)에 공급하기 위한 제 2 부스터(180), 분리기(120)내 폐기물을 수거하는 페기물수거 저장조(130), 반응로(10)에서의 진공처리에 의하여 증발되어 출구관으로부터 배출되는 누출수를 수거하기 위한 액체질소 트랩(140) 및 액체질소 트랩(140)에서 모여진 누출수에 포함될 수 있는 Cs과 같은 수용성 방사성 핵종을 수거하는 얼음물 트랩(160)과 기타 입자성 방사성물질이 외부로 배출되지 않도록 필터(170)를 포함한다. 이때, 각 구성요소들간에는 밸브등을 설치하여 CO2, 누출수등 관을 통하여 이동하는 물질들의 이동경로 또는 양등을 제어한다.

상기와 같은 구성을 가지는 원자력 오염물의 제염장치의 동작에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

방사선 오염물을 제염하기 위하여 반응로(10)에 제염대상의 물체가 채워지면 공급 CO2 저장조(80)의 CO2 를 제 1 부스터(90)를 이용하여 반응로(10)의 입구관을 통하여 반응로(10)에 공급한다. 이때, 제염효과를 보다 높이기 위하여 계면활성재 저장조(100)에 저장되어 있는 계면활성재를 공급되는 CO2 에 부가하여 공급할 수 있다. 반응로(10)는 도 2에서 기술한 바와 같이 동작을 한다. 그러면, 제염대상의 물체에 가해진 액체 또는 초임계상태의 CO2 에 의하여 제염대상의 물체에서 기름때 또는 입자성 오염물이 분리되어 출구관(70)으로 배출된다.

제염대상의 물체가 삼중수소등과 같이 물의 형태로 존재하는 원자력 발전소에서는 먼저, 반응로(10)에 진공건조 시스템을 동작시켜 제염대상의 물체에 묻은 누출수를 먼저 제거하는 것이 바람직하다. 이때 진공도는 0.1torr 이하로 유지하게 하며, 펌프의 용량은 반응로가 비었을 때, 목표한 진공도를 3분 이내로 도달하도록 설정한다. 이렇게 제거된 누출수는 출구관(70)을 통하여 액체질소 트랩(140)에 전달된다. 액체질소 트랩(140)에서는 기체상태의 누출수를 전량 수거하여 고체상태로 변환키고, 또한 배출가스도 다시 트랩을 통과시키고, 배출가스에 포함된 Cs은 얼음물 트랩(160)으로 제거하고, 필터(160)를 사용하여 기타 입자성 방사성 물질이 외부로 배출되지 않도록 한다.

그리고, 앞서의 제염대상의 물체에서 기름때 또는 입자성 오염물이 출구관(70)으로 배출되어 일단 배출 CO2 저장조(110)에 저장된다. 일정량이상이 저장되면 분리기(120)로 배출한다. 분리기(120)에서는 배출된 물질에서 CO2 와 방사성 오염원을 분리한다. 이때 오염원의 분리는 초임계유체인 CO2 의 성질인 압력에 따라 용해도가 급속히 변화하며 이에 따라 용해된 제염 물질을 쉽게 추출할 수 있다. 즉, 압력을 낮춰 기화시키면 오염원을 고스란히 모을 수 있다. 이렇게 분리된 CO2 는 제 2 부스터(180)를 통하여 가압되어 다시 반응로(10)에 공급되고 나머지 분리된 방사성 오염원은 주기적으로 폐기물 회수 저장조(130)에 저장하여 제거한다.

이와 같이 반응로(10)에 깨끗한 CO2 를 채우고 반응을 일으킨후, 더러워진 CO2 를 배출하는 것을 한 주기로 하고, 이 한 주기는 10 분에서 15 분으로 설정한다. 주기 내의 CO2 의 유입은 지속적으로 하는 방법을 사용할 수 있고 이 경우 CO2 의 유입량은 한 주기내에 반응로 부피의 2 배에서 5 배의 양이 유입되도록 한다. 또한, 배출 CO2 저장조(110)의 용량은 한 주기의 CO2 부피의 1/5배에서 1 배로 한다. 그리고 저장조의 온도는 반응로와 같거나 낮게 유지한다.

상기에서 기술된 바와 같이 액체 또는 초임계유체 CO2를 사용하여 제염함으로써, 기존의 화학적 또는 기계적 세탁에 비하여 배출 폐수가 전혀 발생하지 않으며, 오염물질도 간단히 추출할 수 있어 원자력발전소의 폐기물 발생을 혁신적으로 줄일 수 있다. 아울러, 기존의 방법과 달리 별도의 건조시설이 필요하지 않고, 사용하는 CO2 를 재사용할 수 있어 매우 경제적이며 환경보호의 관점에서 매우 큰 장점을 가진다.

본 발명에 따른 초임계유체를 이용한 원자력 오염물의 제염방법 및 이를 이용한 제염장치에 대한 다양한 다른 수정 및 변경이 본 발명의 범위와 정신을 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 비록 본 발명이 특정한 바람직한 실시예와 관련하여 기술되었지만, 청구범위에 기재된 것과 같은 발명이 그와 같은 특정 실시예로 부당하게 한정되지는 않는다는 점을 이해하여야 한다. 다음의 청구범위는 본 발명의 범위를 정의하는 것이며 이러한 청구범위의 범위내에서의 구조와 방법 및 그 균등물을 포함한다.

Claims (13)

1. 원자력 발전소에서 발생되는 방사능 오염물의 제염방법에 있어서, 상기 방법이

   반응로 내의 상기 오염물에 CO2를 소정 온도와 압력으로 인가하는 단계; 및

   상기 CO2 에 의하여 오염원을 분리하는 단계; 및

   상기 반응로의 내부를 회전시켜 상기 CO2에 의하여 상기 오염물로부터 분리된 오염원을 외부로 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 및 압력의 인가는 상기 CO2가 초임계상태가 되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 CO2 는 액체상태이며, 상기 CO2 에 인가되는 압력은 액화압력이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염물에 CO2 를 부가하기전에 상기 반응로의 내부를 진공상태로 유지하여 상기 오염물에 포함되는 누출수를 증발시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 누출수의 증발단계에서 증발된 누출수를 액체질소 트랩을 이용하여 수거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물의 제염방법.
6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 오염물에 CO2를 부가할 때 상기 오염물에 포함되는 입자성 오염물의 제거를 위하여 계면활성재를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 배출단계에서 상기 오염원과 상기 CO2는 각각 분리되며, 상기 CO2는 회수되어 재사용되는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 배출단계에서는 상기 배출되는 물질에 대하여 압력을 낮추어 배출하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염방법.
9. 입구관 및 출구관을 구비하고 내부에 회전가능한 회전망을 포함하여 방사성 물질에 의하여 오염된 오염물을 제염하기 위한 반응로;

   상기 반응로에 CO2를 공급하기 위한 공급 CO2 저장조;

   상기 공급 CO2 저장조로부터 CO2 를 반응로의 입구관을 통하여 공급하기 위한 제 1 부스터;

   상기 반응로의 배출구에 접속되며, 상기 반응로에서 배출되는 CO2 및 입자 오염원을 일시적으로 저장하기 위한 배출 CO2 저장조;

   상기 배출 CO2 저장조에서 배출된 물질로부터 CO2 와 입자오염원을 분리하기 위한 분리기; 및

   상기 분리기에 의하여 회수된 CO2 를 상기 반응로의 입구관을 통하여 공급하기 위한 제 2 부스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 반응로내에 공급되는 상기 CO2 에는 상기 CO2 가 초임계상태가 되도록 온도와 압력이 인가되는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 반응로내에 공급되는 상기 CO2 에는 상기 CO2 가 액체상태일 경우 압력이 액화압력이상으로 유지되는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염장치
12. 제 10 항 또는 제 11항 에 있어서, 상기 반응로와 상기 제 1 부스터 사이에 접속되어, 상기 오염물에 부착된 입자오염원의 분리를 위하여 상기 반응로에 계면활성재를 공급하기 위한 계면활성재 공급조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염장치.
13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 반응로의 출구관에 접속되며, 상기 반응로를 진공상태로 유지할 때 발생되는 누출수를 수거하기 위한 질소트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원자력 오염물의 제염장치.