KR20000015806A - 금속의 방사능 오염 제거 방법 - Google Patents

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던칸 릿치 코우츠
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Abstract

금속을 유기산과 산화제를 함유하는 방사능 오염 제거 시약 용액과 접촉시키는 단계, 상기 용액을 pH 4.5까지 올리면서 방사능 오염된 금속과 반응시키는 단계, 결과로서 얻어지는 용액을 방사능핵종과 함께 용해된 금속의 실질상 완전한 침전을 일으키도록 처리하는 단계 및 상기 용액으로부터 방사능 오염 물질을 함유하는 침전된 물질을 분리하는 단계로 이루어진 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.

Description

금속의 방사능 오염 제거 방법
방사능이 있는 금속 표면의 방사능 오염 제거를 위한 많은 방법이 공지되어 있다. 상기 공지된 방법의 일부는 유기산을 함유하는 수용액을 사용한다.
US-A-4508641에는 포름알데히드 및/또는 아세트알데히드 등의 적어도 하나의 환원제 존재 시 방사능 오염 제거제로서 포름산 및/또는 초산을 사용하는 방법을 제안한다. 환원제의 첨가는 철 이온을 용액 중에서 안정하게 유지시키고, 철 화합물은 단지 전체 공정의 두 번째 단계에서만 방사능 오염 제거 용액으로부터 분리된다.
US-A-5386078에는 방사능에 오염된 금속 물체의 방사능 오염 제거 방법이 기재되어 있고, 여기서 상기 물체는 포름산을 함유하는 수용액과 접촉된다. 포름산의 농도는 0.05 내지 5.0부피% 이다. 상기 용액과 금속 물체 사이의 접촉은 포름산이 거의 완전히 화학양론적으로 고갈될 때까지 유지된다. 상기 절차는 방사능에 오염된 금속 물체가 허용 가능한 문턱치 수준 이하로 잔여 방사능 수준을 가질 때까지 반복된다. 이어서 방사능 침전물이 수용액으로부터 금속 산화물 및 금속 수산화물을 침전시키는 것에 의해 형성된다.
GB-A-2284702에는 금속 물질의 방사능 오염 제거 방법이 기재되어 있고, 여기서 상기 물질은 유기산으로 이루어진 용액과 접촉되고 결과된 금속 유기 화합물은 산화되어 방사능 오염 물질과 결합된 침전물을 형성한다. 상기 유기산은 포름산, 초산, 트리플루오로초산, 구연산 또는 옥살산일 수 있다.
산화는 방사능 오염된 금속의 용해가 동역학 방법을 돕는 때와 동시에 일어날 수 있고, 예를 들면 과망간산 칼륨 또는 과산화수소 등의 과산화물의 화학 산화제의 사용 또는 전기화학적 방법에 의해 달성될 수 있다. 이러한 방법은 약한 유기산 용액을 이용하여 낮은 농도의 산화제의 존재 시 수행될 수 있다.
GB-A-2284720에 기재된 바와 같이, 유기산을 금속 물체와 완전히 반응되도록 한다.
본 발명은 유기산을 함유하는 수용액을 사용하여 방사능이 있는 금속 표면의 방사능 오염 제거 방법에 관한 것이다.
본 발명은 금속을 유기산과 산화제를 함유하는 방사능 오염 제거 시약 용액과 접촉시키는 단계, 상기 용액을 pH 4.5까지 올리면서 방사능 오염된 금속과 반응시키는 단계, 결과로서 얻어지는 용액을 방사능핵종과 함께 용해된 금속의 실질상 완전한 침전을 일으키도록 처리하는 단계 및 상기 용액으로부터 방사능 오염 물질을 함유하는 침전된 물질을 분리하는 단계로 이루어진 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법을 제공한다.
실질상 모든 용해된 금속을 침전하는 것에 의해서, 방사능핵종의 많은 부분이 또한 공침전(co-precipitation) 또는 흡착 또는 양자 모두에 의해서 고체상으로 들어갈 것이다. 흡착은 방사능 오염된 금속이 철 또는 강철인 경우 주로 수산화 제 2철의 형태인 침전된 금속에서 일어날 것이다.
본 발명에 따른 방법에서, 용액의 pH는 방사능 오염 제거 공정 동안 특히 pH가 4.5 이상 되지 않도록, 바람직하게는 3 이하로 조심스럽게 조절된다. 그 결과, 원하지 않는 부산물(연속적인 공정 단계를 방해할 수 있는 가용성의 수산화물 또는 혼합된 3원 착물 등)의 형성을 감소시킨다. 빠르면서 조절 가능한 방사능 오염 제거 반응은 실질상 미반응 산의 축적에 의해 촉진된다. 낮은 pH에서 방사능 오염된 기질을 제거하고 용액을 평형에 이르게 하는 것은 용액 중 어떤 금속 이온에 결합되지 않은 총 유기산의 분율을 크게 한다. 상기 US-A-5386078에서 사용된 접근 방법과는 반대로, 방사능 오염 제거는 산이 소모되거나 또는 화학양론적 고갈과는 매우 멀리 떨어진 지점에서 종료된다. 일반적으로, 용액과 방사능 오염된 금속 사이의 반응은 금속 이온이 그들의 용해 한계에 도달하는 pH에서 일어난다. 이러한 것은 pH 3의 영역에서 특히 철 또는 납 등의 금속을 사용하는 경우에서 빈번하게 찾을 수 있다. 다른 금속에 대하여, 적절한 종료점은 pH 4.5 이상에서 있을 수 있다.
유기산이 많은 분율로 잔존하는 경우의 추가적 장점은 용액 중의 금속 이온의 어떤 예기치 못한 증가로 복잡하게 되고(complex) 따라서 상기 금속 이온이 산화제의 파괴를 촉진하는 것을 막을 수 있다.
바람직하게는 용액과 금속 사이의 반응은 pH 2.8 및 3.0 사이에서 멈춘다.
바람직하게는 반응은 용액으로부터 금속을 분리하는 것에 의해 멈춘다.
유기산은 예를 들면 포름산, 초산, 트리플루오로초산, 구연산 또는 옥살산 는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직한 산은 포름산이다. 바람직하게는, 유기산은 초기 농도를 7%까지 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 2.5% 내지 5.0%의 농도이다. 이것은 전형적으로 수용액 중에서 존재한다. 용액은 또 다른 용매를 포함 할 수 있다.
산화제는 금속과 함께 반응이 시작될 때부터 용액 중에 존재할 수 있지만, 반응 공정 동안 계속해서 또는 증가해서 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 산화제는 예를 들면 과망간산 칼륨 또는 과산화수소 등의 과산화물일 수 있다. 바람직한 산화제는 과산화수소이다. 바람직하게는, 산화제는 상기 용액 중에 1%까지의 농도로 존재하는 것이고, 보다 바람직하게는 약 0.5%의 농도로 존재하는 것이다.
용액과 금속 사이의 반응이 멈추도록 한 후에, 실질상 모든 용해 금속의 침전은 어떤 적합한 방법에 의해 달성된다. 예를 들면, 광산이 첨가되어 금속을 침전시키고 유기산을 재생시킨다. 대안으로, pH는 어떤 적절한 수단에 의해 올라갈 수 있다. 예를 들면, 과산화수소는 용액에 첨가되어 나머지 잔존하는 유기산을 소실시킨다.
본 발명의 방법에서는 전형적으로 낮은 pH에서 다가전해질 금속 수산화물 면상 침전물을 생성한다. 상기 면상 침전물은 pH를 올리는 동안 용액과 금속 사이의 반응이 멈춘 후에 생성된다. 대안으로, 상기 면상 침전물은 적어도 용액과 금속 기질 사이의 반응 동안 형성되기 시작할 수 있다. 상대적으로 낮은 pH로부터 최종 pH까지의 용액 중에 존재하는 적어도 일부 면상 침전물을 갖는 것에 의해, 용액으로부터 표면 흡착 및/또는 공침전에 의해 일부 방사능핵종을 제거할 수 있다. 다른 방사능핵종은 다른 pH에서 별도로 흡착되고/또는 공침전된다. 예로서, 루테늄은 거의 pH 4.7에서 그것의 최대 제거 비율에 도달하고 망간은 거의 pH 7.5에서 그것의 최대 제거 비율에 도달한다.
3이 넘지 않는 pH에서 용액과 금속 사이의 반응을 멈추게 하는 것에 의해, 금속 이온에 대하여 단지 약 20%의 화학양론적 용량의 유기산만 이용된다. 유기산은 5중량/부피%이하, 전형적으로는 2.5중량/부피%의 낮은 초기 산 농도가 바람직하기 때문에, 산의 소모는 전체의 공정의 내용에서 비용이 많이 들지 않는다. 포름산을 사용하는 경우, 어떤 액체 유출도 생겨나지 않고 단지 생성된 폐기물은 관련된 방사능핵종과 함께 금속 수산화물 고체이다. 따라서, 단지 산의 20%의 화학양론적 용량의 이용과 관련되는 어떠한 과중한 비용 부담도 없다.
산화제를 용액과 금속 사이의 반응 동안에 첨가하는 경우, 상기 산화제를 낮은 농도로 첨가하는 것이 바람직하다. 과산화수소의 수용액을 첨가하는 경우, 농도는 전형적으로 1부피%까지이고, 바람직하게는 약 0.5부피%이다. 경합 반응(competing reactions)은 용액에서 일어난다. 한편, 포르밀 라디칼은 포름산과 과산화수소 사이의 상호 작용에 의해 형성된다. 이어서, 포르밀 라디칼은 초기 반응에 의해 금속을 부식하여 포름산 제2철을 형성한다. 한편, 포름산은 과산화수소와 반응하여 이산화탄소와 물을 형성하고 따라서 금속 용해 및 착물화(complexation)에 이용할 수 없다. 산화제가 너무 빠른 속도로 첨가되는 경우, 이산화 탄소를 형성하는 포름산 파괴가 지배적이고 산이 완전히 손실되기 전에는 금속 표면 용해 (및 그러므로 방사능 오염 제거)가 거의 달성되지 않는다. 상기로부터 결과되는 무효한 방사능 오염 제거에 덧붙여, 용액 중 금속 이온의 낮은 농도는 상대적으로 방사능핵종의 흡착을 무효하게 한다. 수산화 제 2철 침전물 1.0×10-2moldm-3은 거의 pH 7.5에서 실질상 완전한 망간 흡착에 도달하고 거의 pH 4.7에서 실질상 완전한 루테늄 흡착에 도달한다. 수산화 제 2철의 농도를 1×10-4moldm-3으로 낮추는 것은 pH 9.1에서 망간으로부터의 흡착 비율을 80%로 감소시키고 pH 5.0에서 루테늄으로부터의 흡착 비율을 35%로 낮춘다. 일부 방사능핵종, 예를 들면 세슘은 수산화 제 2철 용액으로부터 제거되는 것이 특히 효과적이지 않다. 세슘의 제거 효율은 운반 이온(carrier ion), 예를 들면 칼슘의 첨가에 의해 증가될 수 있다. 칼슘이 용액에 첨가되는 바람직한 형태는 옥살산 칼슘이다. 이러한 물질은 옥살산이 산화제에 의해 소실되고, 처음에는 포름산을 형성한 다음 이산화탄소 및 물을 형성하기 때문에 용액의 화학적 복잡성(complexity)을 증가시키지 않는다. 칼슘은 수산화물 등의 여과에 의해 제거된다.
침전 후, 침전물과 관련된 방사능 오염 물질은 용액으로부터 분리되고 폐기되기 위해 캡슐로 봉해질 수 있다. 새로운 유기산은 용액에 첨가되고 다시 공급된 용액은 추가로 금속 물질의 방사능 오염을 제거하기 위해 재사용 될 수 있다.
비록 철이 상기에 언급되어 있지만, 본 발명은 예를 들면 납과 알루미늄을 포함하는 다른 금속 기질에도 적용될 수 있다.
실시예 1
이 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은 방사능 오염된 철 또는 강철의 전처리로서 사용된다. 실제로, 이러한 처리는 보다 적극적인 방사능 오염 제거 방법에 의해 수행된다.
플라즈마 상태인 20개의 쿠폰을 방사능 오염된 슬러그 버킷(bucket)으로부터 절단하였다. 평균 쿠폰 크기는 70㎝×60㎝×0.3㎝이고 평균 잘량은 200g이었다. 방사능 오염된 수준은 오염되지 않은 면에서 수 백counts/min(cpm) 이고 오염된 면에서는 3,000 내지 18,000cpm이었다.
쿠폰을 5% 포름산 수용액과 접촉시키고 0.5부피% 과산화수소를 매 15분 마다 첨가하였다. 용액의 부피는 약 1리터이고 상기 용액을 응축기에 고정된 유리 반응 용기에 위치시켜 자동온도조절이 가능한 전열기에서 80℃로 가열하였다. 상기 쿠폰을 각 10분 동안 용액으로 하고 각 쿠폰에 대한 중량 손실과 방사능 제거율을 기록하였다. 이 결과를 표 1에 나타내었다.
쿠폰 12 및 쿠폰 13사이에서 용액의 pH는 약 2.8로 측정되었다. 쿠폰 20의 제거 후에 pH는 3으로 측정되었다. 첫 번째 쿠폰을 도입하기 전에, pH는 약 1이었다. 방사능 제거율은 1.2 내지 2로 다양하였지만 pH 증가에 따라 어떤 특별한 하락을 나타내지는 않았다. pH 2.8에서는, 다소 갈색 현탁액의 수산화 제 2철이 분명하였다. pH 3까지 중 제 2철의 면상 침전물(a heavy ferric floc)이 침전되었다. 쿠폰으로부터 제거된 철은 즉각적으로 용액 중에서 수산화물을 형성하고 표면을 피복하기 때문에 상기 침전물은 방사능 오염된 제 2철 면상 침전물로 쿠폰을 피복하는 효과를 갖는다.
표 1
쿠폰 중량 방사능 오염 DF 중량 손실(g)
전(g) 후(g) 전 후
A 면(cpm) B 면(cpm) A 면(cpm) B 면(cpm)
1 200.69 200.21 500 5000 0 2500 2.00 0.48
2 159.81 159.64 500 2500 0 1200 2.08 0.17
3 195.09 195.05 600 4000 0 2200 1.82 0.04
4 187.78 187.57 100 6000 0 2800 2.14 0.21
5 192.06 191.99 200 4000 0 2500 1.60 0.07
6 220.30 220.23 100 4000 0 2200 1.82 0.07
7 227.50 227.29 100 4000 0 2500 1.60 0.21
8 148.54 148.32 100 3000 0 2000 1.50 0.22
9 180.90 180.79 100 4000 0 1600 2.50 0.11
10 211.19 211.08 100 12000 0 8000 1.50 0.16
11 195.97 195.81 100 18000 0 900 2.00 0.16
12 197.12 196.91 100 14000 0 900 1.56 0.21
(pH2.8)
13 143.21 143.17 0 5000 0 3500 1.43 0.04
14 155.82 155.45 0 4000 0 3000 1.33 0.37
15 171.01 170.95 100 4000 0 1800 2.22 0.06
16 147.64 147.48 0 8000 0 3000 2.67 0.06
17 225.17 225.14 0 2000 0 1200 1.67 0.03
18 228.15 228.12 0 6000 0 5000 1.20 0.03
19 227.88 227.85 0 5000 0 2500 2.00 0.03
20(pH3) 234.09 234.10 0 3500 100 1800 1.67 +0.01
pH 3에서, 방사능 오염 제거를 멈추고 과량의 과산화수소를 상기 용액에 첨가하여 잔존하는 포름산을 소실시키고 상기 용액의 pH를 7까지 올렸다. 방사능핵종과 중금속을 수산화물로서 공침전하거나 또는 수산화물 표면으로 흡착하였다. 상기 면상 침전물에 의한 방사능핵종 제거 효율을 pH 3과 pH 7에서 비교하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.
따라서, 용액에서 방사능 오염 제거를 위하여 pH 3에서 방사능핵종의 흡착을 이용하는 것이 이익이 있다.
침전물의 여과 제거 후에, 새로운 포름산을 첨가하여, 방사능 오염 제거 공정 동안에 소모된 산을 대신하였다. 이어서 다시 공급된 용액을 다른 성분의 방사능 오염 제거를 위해 재사용 한다. 상기 방법은 산에서의 방사능핵종의 수준이 과량이 될 때까지 반복할 수 있고, 과량이 되는 점에서 과량의 과산화수소를 첨가하여 pH를 7까지 올리고 여기서 중금속과 방사능 핵종이 거의 100% 흡착 및 제거에 도달한다. 물이 잔존하고 이것은 포름산의 다음 배치(batch)를 구성하기 위해 사용된다.
표 2
방사능 핵종 pH 3에서의 % 흡착 pH 7에서의 %흡착 총 %흡착
Na22 38 48 100(86)
Co60 10 43 60(53)
Cs137 0 51 90(51)
Eu152 36 43 100(79)
Eu154 36 22 100(58)
Th234 33 70 100(103)
An241 0 24 100(24)
이 실시예에서 산화 유기산 방법은 실질적으로 어떠한 액체 유출도 생성하지 않는다. 단지 생성된 폐기물은 방사능핵종에 오염된 금속 수산화물로 이루어진 고체이다. 상기 고체는 방사능을 가진 폐기물의 오랜 기간 처리를 위해 적합한 시멘트 폴에서 쉽게 안정화 될 수 있다.
실시예 2
납 시료를 6㎜의 두께의 방사능에 오염된 납 시트를 쿠폰(110㎜×80㎜)으로 절개하여 얻었다. 방사능 검출기는 βγ 방사능 오염을 300 내지 2000counts/sec (cps)로 나타내었다.
사용된 장치는 전열기 위에 세워진 반응 플라스크, 온도를 제어하기 위한 온도계에 연결되어 있는 플라스크 뚜껑으로 이루어져있다. 또한, 두 개의 응축기가 증기 손실을 감소하고 뚜껑은 또한 액체 시료의 제거와 pH의 측정을 위한 표본점을 포함한다.
세 개의 납 쿠폰을 2.5% 포름산과 0.5% 과산화수소를 함유하는 수용액 1리터를 함유하는 반응 플라스크로 위치시켰다. 상기 용액의 온도는 80℃이었다. 납 쿠폰을 30분 후에 제거하여 쿠폰에서의 활성과 용액의 pH 모두를 관찰하였다.
용액이 3에 도달하였을 경우, 쿠폰을 제거하고 과산화수소를 전체 주기를 통해 계속해서 첨가하여 pH를 7까지 올렸다. 시료를 pH 3, 4, 5 및 7에서의 용액으로부터 취하고 상기 시료를 분석하여 납의 농도를 결정하였다. 이 결과를 표 3과 4에 나타내었다. 표 3은 pH가 3까지 되는 동안 포름산/과산화수소에 30분 동안 노출한 결과로서 각 쿠폰에 대한 활성에서의 감소를 나타낸다. 표 4는 어떻게 결과 용액 중 납의 농도가 용액으로부터 수산화 납의 침전에 기인하여 극적으로 pH 4이상으로 떨어지는지를 나타낸다.
표 3
시간(분) 쿠폰 1A 면 쿠폰 1B 면 쿠폰 2A 면 쿠폰 2B 면 쿠폰 3A 면 쿠폰 3B 면
0 1496 890 1131 845 1067 737
30 76 42 53 50 80 70
모든 결과는 cps단위의 총 β이다.
30분 후의 용액의 pH = 3.
표 4
pH 납의 농도(㎎/㎖)
3 11±0.1
4 12±0.1
5 0.6±0.1
7 0.7±0.1
실시예 3
영국의 헌터스톤 "A" 발전소에서 사용되는 카트리지 냉각 못(Cartridge Cooling Pond)(CCP) 대형 용기는 주로 Sr90으로 방사능 오염되고, 상기 Sr90은 규산염 피복에 위치하고 또한 혼합된 규산염/알루미늄 수산화물 층 아래에 위치한다. 방사능 오염된 대형 용기를 시료로서 본 발명의 실시예에서 사용하였다. 이들은 거의 12sq ㎝의 "계란 상자(egg box)" 단편(sections)과 거의 5㎝ 길이의 채널 단편으로 이루어진다. 이들은 이어서 보다 작은 단편으로 절단되었다. 초기 실험은 방사능 수준이 4mSv βγ 및 0.4mSvγ으로 나타내었다.
금속의 표면은 암갈색 피복을 갖고 이것은 적당하게 얇은 조각으로 떨어져 나가서 달걀 상자 단편의 경우에는 매우 부식된 표면을 드러내고 채널 단편에서는 움푹 패였지만 상대적으로 깨끗한 표면을 드러내었다. 암갈색 피복은 규산 나트륨이 부식을 억제하기 위해 못의 물에 첨가된 후에 형성된 규산염 층이지만 부식은 많은 활성을 갖고 피복된 층에 가두어진다. 이러한 피복층 아래에서 규산염 및 알루미늄 부식 생성물은 또한 Sr90으로 방사능 오염된다.
시료에서의 활성을 결정하는데 사용된 장치는 보다 높은 수준의 방사능 오염에 대해서는 일렉트라/BP4(Electra/BP4)이고, 활성이 일렉트라/BP4에 대한 바탕 수준 이하로 떨어진 경우는 프리스킹 프로브(Frisking probes)를 사용하였다. 프리스킹 프로브를 사용하여 검출할 수 있는 최소 수준의 활성은 0.25DWL(daily working limit)이고 이것은 1.25Bq/㎠와 동등하다. 상기 수준은 자유 방출을 위해 요구되는 0.4Bq/g 이상이다.
다음 실험예를 실시예 2에 기재된 바와 같이 실질상 방사능 오염 제거 절차를 사용하는 각 경우에서 80℃의 온도 조작으로 수행하였다.
실험예 1
이 실험을 주로 규산염 층으로 피복된 한쪽 면을 갖는 달걀 상자 단편에서 수행하였다. 4시간 후에 규산염 층은 여전히 존재하였다. 모든 다른 면의 방사능 오염 물질을 처음 1시간 내에 제거하였다. 잔존하는 방사능 오염 물질은 10,000cps(일렉트라/BP4)의 정도로 있다.
실험예 2
이 실험을 규산염 층을 제거하기 위해 긁어낸 1/4부분의 채널 단편에서 수행하였다. 부식 층의 많은 부분이 잔존하였다. 규산염 층을 긁어내기 전에, 방사능 오염은 약 70,000cps(일렉트라/BP4) 이상이었다. 규산염 층을 긁어낸 후에, 시료는 22,000cps(일렉트라/BP4)이었다. 본 발명의 방법에 의한 방사능 제거 방법을 적용하고 1시간 후에, 시료를 세척한 후에 명백히 깨끗해 졌다. 계속적인 관찰은 방사능 오염 수준이 이용 가능한 장치의 검출 한계 이하임을 나타내었다.
실험예 3
이 실험을 1/4부분의 채널 단편에서 수행하였다. 초기 베타/감마 표시도수(reading)는 다시 70,000cps(일렉트라/BP4) 이상이었다. 본 발명의 방법을 적용하고 1시간 후, 표면은 명백히 깨끗해 졌고, 방사능 오염 물질은 부식 핏과 두꺼운 규산염 층이 존재하는 부분에 잔존하였다. 추가로 2시간 후에 처리 용액에서 이때까지 떨어져 나간 두꺼운 규산염 층에 의해 점유되는 영역에서의 일부 잔존하는 것을 제외하고 모든 가시적인 방사능 오염을 제거하였다. 높은 바탕 방사능에 기인하여 상기 단계 동안 어떠한 방사능 오염 수준이 없지만 이것은 6,000cps(일렉트라/BP4) 보다 매우 아래일 것 같지는 않다. 상기 용액을 여과한 다음, 1시간 후에 상기 용액에서의 방사능 오염 물질의 수준은 200cps(일렉트라/BP4)이다. 용액 중에서 추가로 1시간 후에 방사능 오염 물질의 수준은 이용할 수 있는 장치의 검출 한계 이하로 감소하였다. 용액 중의 총 시간은 5시간에 이른다.
실험예 4
이 실험을 벗겨진 규산염 층이 존재하는 달걀 상자 단편에서 수행하였다. 시료를 물병으로 세척하는 것에 의해, 층 아래 있는 부식 방사능 오염 물질을 남기면서 전체 규산염을 제거하였다. 세척 후의 방사능 오염 물질의 수준은 30,000cps(일렉트라/BP4)이었다. 용액에서 1시간 후에 상기 시료는 물분사에 의해 제거되지 않은 규산염 층의 여러 개의 점들을 제외하고는 가시적으로 깨끗해 졌다. 방사능 오염 수준은 5,000cps(일렉트라/BP4) 이었다. 용액과 반응 할 수 있는 규산염과 부식 생성물의 입자를 제거하기 위해 여과한 후, 용액에서 1시간 후의 방사능 오염 수준은 1,000cps(일렉트라/BP4) 이었다. 규산염은 부식되어 패인 곳에서 볼 수 있었다. 상기 시료를 또 다른 1 시간 동안 용액에 넣은 후 방사능 오염 물질의 수준은 200cps(일렉트라/BP4)이었다. 용액에서 추가로 1시간 후의 방사능 오염 물질의 수준은 이용 가능한 장치로 검출할 수 있는 한계 이하였다. 용액에서 있는 총 시간은 4시간이었다.
실험예 5
상기 실험예에서 사용된 용액을 총 11시간(총 처리 시간 중 2시간은 다른 용액으로 수행하였다) 동안 방사능에 오염된 물품과 접하게 하였다. 상기 용액을 굵은 입자를 제거하기 위해 여과하고, 분석을 위해 시험한 다음 30% 과산화수소 200mls/litre를 첨가하여 소실시켰다. 이어서 상기 용액을 11미크론의 여과 종이로 여과하여 여과액을 분석하여 다음 결과를 얻었다.
활성 제거(Bq/㎖) 파괴 전 파괴 및 여과 후
총 알파 65.9+/-3.53 2.70+/-0.742
총 베타 2410+/-52.4 568+/-26.0
감마 스캔 -Cr137 162+/-5.35 138+/-4.88
-Zr95 2.00+/-1.02 0
다음 실험예 6 내지 14는 대안적인 방사능 오염 제거제의 사용을 설명하고 비교예를 나타낸다.
실험예 6
80℃에서 0.01M HCl을 포함하는 용액은 알루미늄 쿠폰에 대해 아무런 효과도 갖지 않았다.
실험예 7
80℃에서 0.01M HCl과 0.5% H2O2의 혼합액을 알루미늄 채널 단편에 사용하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간 중량(g) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4))
0 시간 197.878 67,000
1 시간 197.576 56,000
2 시간 197.436 53,000
3 시간 197.507 52,000
상기 결과는 빈약한 것으로 여겨진다. 계산한 결과 최대 알루미늄 로딩 (loading) 0.5g/ℓ, pH 6 및 효과적으로 소모된 용액을 얻었다.
실험예 8
HCl의 농도를 0.1M로 증가한 것을 제외하고 실험예 7을 반복하였다. 초기에 H2O2를 첨가하지 않았을 경우에는 아무런 가시적인 반응이 없었다. 이어서 5% H2O2를 첨가하여 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) pH H2O2농도(㎎/ℓ) 중량(g) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4)) 설명
0 197.507 52,000
0.5 5 195.477 26,000
1.0 2.5 3 195.304 26,000
1.5 3.5 0 195.203 26,000 회색 산화물층 형성
0.5% H2O2첨가
2.0 3.5 0 195.204 25,000 0.5% H2O2첨가
2.5 4.0 0 194.879 23,000 0.5% H2O2첨가
알루미늄을 3g/ℓ 미만으로 사용하여, 용액을 소모시켰다. 이 용액을 23% NaOH 30㎖로 pH를 6으로 하였다. 이어서 상기 용액을 5 미크론 필터로 여과하였다. 갈색의 젤라틴 침전물을 필터에 보유하였다. 이것은 규산염층과 유사하다. 진한 염산 8.4㎖을 상기 용액에 첨가하여 용액을 0.1M로 만들었다. 이 결과 흰색 침전을 형성하였다. 상기 용액을 처리하여 새로운 용액으로 만들었다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) pH H2O2농도(㎎/ℓ) 중량(g) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4)) 설명
0 0.0 194.879 23,000
0.5 193.861 15,500
1.0 4.0 0 193.733 14,600 8.4㎖ HCl, 15㎖ H2O2첨가
1.5 3.5 1 191.648 8,350 8.4㎖ HCl, 15㎖ H2O2첨가
1.5 1.5 1000 8.4㎖ HCl 첨가
1.5 0.0
2.6 4.0 0 189.924 3,750 15.4㎖ HCl 첨가
2.6 0.5
3.6 3.5 0 187.888 1,700
실험예 9
알루미늄 채널의 새로운 단편을 실온(22℃)에서 5% HCl 및 0.5% H2O2의 2리터용액에 침지하였다. 상기 단편을 용액 중에 위치시켜 모든 방사능 오염된 표면을 수직으로 하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) H2O2농도(㎎/ℓ) 중량(g) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4)) 설명
0 209.999 50,000
0.5 3 206.870 6,3000 0.5% H2O2첨가
1.0 5 204.743 5,2000 0.5% H2O2첨가
1.5 203.098 4,900 실험 중지
실험예 10
알루미늄 채널의 새로운 단편을 80℃에서 1리터의 0.1M HNO3에 침지하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) pH 중량(g) 베타감마활성(cps(일렉트라/BP4)) 설명
0 0.0 192.498 60,000
0.5 0.0 191.264 21,800 0.5% H2O2첨가
1.0 190.723 21,800 0.5% H2O2첨가
1.5 1.0 190.324 14,700 5M HNO320㎖첨가(0.1M)
2.0 3.4 190.029 8,800
2.5 0.0 189.546 3,750
3.0 0.5 189.948 2,200
3.5 2.0 188.948 1,600
실험예 11
실험예 9로부터 채널 단편을 22℃에서 1N NaOH에 침지하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) 중량(g) 베타감마활성(cps(일렉트라/BP4))
0 203.098 4,900
0.5 201.285 4,060
1.0 200.547 3,900
실험예 12
실험예 11로부터 채널 단편을 도금되어 있는 어떤 물질을 세척하여 제거 한 후에, 22℃에서 10% 초산 500㎖에 침지하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4))
0 3,900
0.75 50
상기 액체는 pH 3을 갖고 흐렸다.
실험예 13
알루미늄 채널의 많은 단편을 22℃에서 0.5% H2O2와 함께 있는 10% 초산에 침지하였다. 상기 용액을 압축 공기를 공급하여 살포하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) 베타 감마 활성(cps(일렉트라/BP4))
0 70,000@10㎝
1.0 70,000@5㎝
실험예 14
실험예 13으로부터의 채널 단편 이외에 앞의 실험예로부터의 또다른 큰 단편을 80℃에서 2.5% 포름산 및 0.5% H2O2의 4리터의 용액을 갖는 비커에 위치시켰다. 24시간 후 활성이 70,000cps(일렉트라/BP4)이상으로부터 150 내지 200cps(일렉트라/BP4)로 떨어졌다. 많은 구멍은 비커의 바닥에서 볼 수 있는 금속 그레인으로 보였다. 금속 표면은 암회색 피복을 갖고, 이것은 0.5% H2O2로 제거되었다. 상기 피복은 산화 알루미늄으로 추정된다.
실험예 15
실험예 8과 9로부터의 채널 단편을 2.5% 포름산과 0.5% H2O22리터 용액에 침지하였다. 다음 결과를 얻었다.
시간(hours) 중량(g) 중량(g) pH
0 188.948 187.888
2.4 179.712 175.801 3.55
총 중량 손실 21.323g은 알루미늄 로딩 10.661g/ℓ로 얻어졌다. 이것은 이론적 로딩 10.81g/ℓ와 대조된다. 이 실험예의 마지막 생성물은 실험예 14에서와 동일하게 볼수 있다. 마지막에서 0.5% H2O2의 첨가는 용액과 금속표면을 맑게 해준다.

Claims (14)

  1. 금속을 유기산과 산화제를 함유하는 방사능 오염 제거 시약 용액과 접촉시키는 단계, 상기 용액을 pH 4.5까지 올리면서 방사능 오염된 금속과 반응시키는 단계, 결과로서 얻어지는 용액을 방사능핵종과 함께 용해된 금속의 실질상 완전한 침전을 일으키도록 처리하는 단계 및 상기 용액으로부터 방사능 오염 물질을 함유하는 침전된 물질을 분리하는 단계로 이루어진 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 용액은 pH 3까지에서 금속과 반응하도록 하는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유기산은 포름산, 아세트산, 트리플루오로산, 구연산 또는 옥살산 또는 그의 혼합물인 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소인 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 실질상 완전한 침전은 용액의 pH를 7이상으로 올리는 것에 의해 달성되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  6. 제 5항에 있어서, pH는 과산화수소의 첨가에 의해 올라가는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 실질상 완전한 침전은 광산의 첨가에 의해 달성되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 침전 후에 침전물은 용액으로부터 분리되어 폐기를 위해 캘슐화 되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 침전물의 분리 후에 신선한 유기산이 용액에 첨가된 다음 추가로 방사능 오염된 물질을 처리하기 위해 사용되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나에 있어서, 유기산은 초기 농도가 7.5%까지 사용되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 유기산은 초기 농도가 2.5% 내지 5%로 사용되는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 산화제는 반응 공정 동안 계속해서 또는 증가해서 첨가하는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 산화제는 상기 용액의 최대 1%를 형성하는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 산화제는 상기 용액의 최대 0.5%를 형성하는 방사능 오염된 금속의 방사능 오염 제거 방법.
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