KR20010108013A - 핵 발전소의 오염물질 제거방법 - Google Patents

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Abstract

저농도의 아연 이온을 물속에 도입시켜 금속 표면으로부터 산화물 층의 점착성을 저하시키는 것을 포함하는, 수냉식 핵 발전 반응기에서 산화물 층 보유 금속 부품의 오염물질을 제거하는 방법이 개시되어 있다.

Description

핵 발전소의 오염물질 제거방법{METHOD FOR NUCLEAR POWER PLANT DECONTAMINATION}
수냉식 핵 발전 반응기의 주된 문제점은 반응기 시스템의 구조상의 일부분에 방사성 물질이 축적된다는 점이다. 예컨대, 반응기 운전정지 동안 근로자들은 내벽 및 배관 표면으로부터 발산하는 방사선에 노출되고, 이러한 표면에 축적된 산화물막에 보유되는 방사성 물질이 방사선 노출의 주원인이 되고 있다.
비등수로(boiling water reactor)를 포함하는 핵 발전 반응기의 재순환 배관중의 방사성 코발트(60Co)의 축적은 특히 반응기 운전정지 동안 방사선 노출의 주원인이 되고 있다.60Co의 축적을 제한하는 방법을 개발하려는 관점에서,60Co의 축적비율 및 크기에 영향을 미치는 파라미터를 알아내려는 노력이 최근 수년 동안 수행되어왔다. 종래의 연구에서는, 재순환 배관내60Co 축적의 대부분이 스테인레스 강 표면에 산화물막이 형성되는 동안 산화물막내로 혼입되어 발생한다고 제시하였다.
미국 특허 제 4,950,449 호에는 수냉식 핵 발전 반응기의 방사성 물질의 침착을 제거하거나 감소시키고 입자간 응력 부식 크래킹을 감소시키기 위한 아연 이온의 용도가 기술되어 있다. 아연은 산화아연 페이스트, 슬러리 또는 수용액의 형태로 첨가될 수 있다.
미국 특허 제 4,756,874 호에는64Zn의65Zn 활성화 생성물의 존재를 증가시키지 않으면서 방사성 코발트의 축적을 감소시키기 위한,64Zn 동위원소 함량이 낮은 아연의 용도가 기술되어 있다. 이러한 형태의 아연은 아연 염 또는 산화아연의 형태로 반응기의 물속에 첨가될 수 있다.
미국 특허 제 4,759,900 호는 반응기의 물속에 산화아연을 연속적으로 주입시킴으로써 방사성 코발트의 침착을 저해시키는 방법에 관한 것이다. 산화아연은 페이스트, 슬러리 또는 수용액의 형태로 제조될 수 있다.
핵 발전 시스템에서 방사성 물질의 축적을 감소시킬 필요가 있다. 본 발명에서는 이러한 요구를 충족시키고자 한다.
발명의 요약
본 발명에 따라, 산화물 보유 표면을 전형적으로 1 내지 3,000ppb, 보다 통상적으로 10 내지 100ppb의 저농도의 아연 이온에, 450℉ 이상, 예컨대 455 내지 550℉의 온도에서 100시간 이상, 전형적으로는 300시간 이상에 걸쳐 노출시킴으로써 금속 표면에 존재하는 산화물막의 구조를 변경시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 노출로 인해 산화물막을 매우 점착성의 구조체에서 시스템의 순환수에 의해 제거될 수 있는 약간 점착성의 구조체로 변경시켜, 함유되어 있는 방사성 물질을 포함한 막의 적어도 일부분을 용이하게 제거할 수 있다. 이러한 방식에서, 산화물막의 구조를 변경시킴으로써, 본 발명은 반응기의 오염물질을 제거하는 방법을 제공하여 핵 발전 비등수로의 내벽 표면 및 재순환 배관상에60Co의 축적을 비롯한 방사성 물질의 축적을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따라 아연을 부동화 산화물막에 혼입시킬 수 있는데, 여기서 초기에 산화물막이 없는 스테인레스 강을, 아연 농도가 약 100시간 이상의 노출 시간 동안 500ppb 이하인 조건하에서 사용되는 고온, 전형적으로 300℉보다 높은 온도의 고순도 물(즉, 핵 발전 반응기 작동시 전형적으로 발견되는 일정한 품질의 물)에 둔다. 부동화막은 기재 금속(예: 스테인레스 강) 표면을 덮고 후속적인 부식/산화물 형성을 저해한다. 이러한 조건하에서는, 아연의 부재하에 동일한 조건하에서 형성된 비산화물 보유 산화물막보다 실질적으로 얇은, 즉 통상적으로 0.5㎛ 미만, 보다 통상적으로 0.2㎛ 미만의 산화물막이 생성된다. 전형적으로, 아연의 부재하에서 막의 두께는 약 1 내지 3㎛이다.
박막이 스테인레스 강 표면에 존재하지만,60Co 축적은 산화물막이 아연의 부재하에서 형성될 때보다 더 적은 것으로 나타난다. 아연이 존재하는 경우60Co 수준은 전형적으로 10μCi/㎠ 미만이고, 아연이 존재하지 않는 경우60Co 수준은 전형적으로 약 10 내지 500μCi/㎠이다. 더욱이, 점착성이 약해진 산화물 층은 배관내 순환수에 의해 제거될 수 있다.
본 발명의 한 양태에 있어서, 산화물 층을 보유하는 금속 부품을 아연 이온 수용액에 노출시켜 금속 표면으로부터 산화물 층의 점착성을 저하시키는 것을 포함하는, 산화물 층을 보유하는 금속 부품의 오염물질을 제거하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 저농도의 아연 이온을 핵 발전 반응기의 물속에 도입시켜 금속 표면으로부터 산화물 층의 점착성을 저하시키는 것을 포함하는, 수냉식 핵 발전 반응기에서의 산화물 층 보유 금속 부품의 오염물질을 제거하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 초기에 산화물 표면 층이 없는 금속 표면을 저농도, 예컨대 1 내지 300ppb의 아연이 존재하는 승온, 전형적으로 230 내지 300℃의 물속에 300시간 이상 동안 침지시키는 것을 포함하는, 금속 표면의 부동화 방법이 제공된다. 본 발명에 따라, 부동화막에 소량의 아연을 혼입하면60Co을 포함한 방사성 물질의 축적이 제한되는 것으로 밝혀졌다.
아연은 염의 형태, 예컨대 크롬산아연 또는 산화아연의 형태로 첨가될 수 있다. 또한, 미국 특허 제 4,756,874 호(본원에 참고로 인용됨)에 기술된 바와 같이64Zn 함량을 제거하거나 감소시키기 위해 처리된 아연을 사용할 수 있다. 산화아연을 핵 발전 반응기의 물에 용해되는 임의의 형태, 예컨대 슬러리, 페이스트 또는 예비성형된 용액의 형태로 첨가시킬 수 있다. 페이스트는 전형적으로 산화아연의 농도가 약 25 내지 약 95중량%이고, 슬러리는 산화아연 농도가 약 0.1 내지 20중량%일 것이다. 산화아연이 도입되는 방식의 예는 상기 인용된 미국 특허 제 4,756,874 호에 제시되어 있다.
본 발명의 방법과 관련된 이점은 먼저 산화물막을 제거하지 않고서 존재하는 비등수로의 재순환 배관 및 다른 부품에 바로 적용시킬 수 있다는 점이다. 또한, 산화물이 없는 금속 부품에 적용시킨 다음 핵 발전 반응기에 도입시킬 수 있다. 본 발명자들은 산화물막의 특성이 본 발명 방법의 조건하에 두는 경우 변경됨을 밝혀냈다. 막의 적어도 일부는 매우 점착성의 구조체에서 약간 점착성의 구조체로 변경됨과 동시에 박리된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 적용하면60Co 축적이 저해될 뿐만 아니라60Co 수준이 감소되는 것을 비롯하여 오염물질이 제거된다.
본 발명은 핵 발전소 시스템의 오염물질을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 핵 발전 반응기의 내벽 및 배관 표면에 존재하는 산화물막의 특성을 변경시켜60Co와 같은 방사성 물질을 용이하게 제거하기 위한 소량의 아연의 용도에 관한 것이다.
하기 실시예는 본 발명을 예시한다.
작은 스테인레스 강 오토클레이브에 시험편을 넣어 고온의 물에서 산화물막을 형성시켰다. 이러한 시험에 사용된 오토클레이브를 물에 아연이 존재하지 않은 유사한 조건하에서 시험한 부식 시험편에 대해 미리 사용하였다. 이러한 조건하에서, 장시간(수많은 시간) 노출시켰더니 내부 표면에는 매우 점착성이어서 와이핑에 의해 제거될 수 없는 중질의 흑색 산화 코팅물이 존재하였다.
시험편 제거동안 운전을 정지하는 도중, 본 발명 방법에 따라 처리된 오토클레이브 내부 표면의 색상이 더욱 엷어짐을 주목하였다. 어두운 청동색 산화물 내부 막을 남겨두고서, 표면을 와이핑하여 어두운 외부 표면 산화물중 일부를 제거하였다. 오토클레이브를 아연을 함유한 고온의 물로 약 2,000시간 동안 작동시켰다. 아연을 함유하는 물을 이용한 초기 노출 동안, 아연이 소모됨을 또한 주목하였다. 오토클레이브로부터 물중 아연의 농도는 유입구 농도보다 현저하게 작았는데, 이는 스테인레스 강 표면에서 흡수되었음을 나타낸다.
따라서, 이미 존재하는 산화물막의 존재하에서도 아연을 산화물막내로 혼입시킬 수 있다. 이로써, 이미 존재하는 막으로부터 물질을 박리시키고, 금속 표면상의60Co 축적 감소율을 또한 향상시킬 수 있다.
본 발명은 가장 실용적이며 바람직한 양태와 연관된 것을 기술하였지만, 본 발명이 개시된 양태로 한정되지 않고, 오히려 첨부된 청구의 범위의 취지 및 범주내에서 다양한 개질 및 유사한 배열이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (14)

  1. 저농도의 아연 이온을 물속에 도입시켜 금속 표면으로부터 산화물 층의 점착성을 저하시키는 것을 포함하는, 수냉식 핵 발전 반응기에서의 산화물 층 보유 금속 부품의 오염물질 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    아연 이온이 30ppb 이상의 농도로 도입되는 오염물질 제거방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    아연 이온 농도가 1 내지 500ppb인 오염물질 제거방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    수온이 약 450℉ 이상인 오염물질 제거방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    수온이 약 455 내지 550℉인 오염물질 제거방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    산화물 층을 보유하는 금속 표면이 100시간 이상 동안 아연 이온에 노출되는 오염물질 제거방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    노출 시간이 약 2,000 시간인 오염물질 제거방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    아연 이온이 실질적으로64Zn을 갖지 않는 오염물질 제거방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    아연 이온이 산화아연을 물속에 용해시킴으로써 첨가되는 오염물질 제거방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    아연 이온이 수성 페이스트, 수성 슬러리 또는 수용액으로서 첨가되는 오염물질 제거방법.
  11. 초기 산화물 표면 층 부재 금속 표면을 저농도의 아연 존재하에 승온의 물속에 100시간 이상 동안 침지시키는 것을 포함하는
    금속 표면의 부동화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    수온이 약 450℉ 이상인 금속 표면의 부동화 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    아연의 농도가 1 내지 300ppb인 금속 표면의 부동화 방법.
  14. 산화물 층 보유 금속 부품을 아연 이온 수용액에 노출시켜 금속 표면으로부터 산화물 층의 점착성을 저하시키는 것을 포함하는, 산화물 층 보유 금속 부품의 오염물질 제거방법.
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