KR20050029889A - Surface treatment system for radioactive waste - Google Patents

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KR20050029889A
KR20050029889A KR1020030066151A KR20030066151A KR20050029889A KR 20050029889 A KR20050029889 A KR 20050029889A KR 1020030066151 A KR1020030066151 A KR 1020030066151A KR 20030066151 A KR20030066151 A KR 20030066151A KR 20050029889 A KR20050029889 A KR 20050029889A
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radioactive waste
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배상열
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아이시스(주)
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    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
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Abstract

A surface treatment system for radioactive waste is provided to enhance a cleaning effect and remove radioactive materials from the surface of the radioactive waste by using a reference electrode having a plurality of magnets to obtain effectively plasma of high density. A vacuum chamber(10) is provided to store radioactive waste therein and perform a surface treatment process for the radioactive waste. One or more reference electrode(30) is installed inside the vacuum chamber(10) and includes a plurality of magnets. One or more than one discharging electrodes(30) is opposite to the reference electrode(30) and provides a discharging path. A power source(40) is used for applying a predetermined voltage to generate and maintain the discharge between the reference electrode(30) and the discharging electrode(20).

Description

방사성 폐기물의 표면처리 장치{SURFACE TREATMENT SYSTEM FOR RADIOACTIVE WASTE}SURFACE TREATMENT SYSTEM FOR RADIOACTIVE WASTE

본 발명은 플라즈마를 사용하여 방사성 폐기물의 세정 또는 표면처리(이하 표면 처리는 표면세정을 포함하는 표면 개질에 관한 모든 처리를 포함하는 개념을 표시한다)를 하기 위한 방사성 폐기물의 표면처리장치에 관한 것이다. The present invention relates to a radioactive waste surface treatment apparatus for cleaning or surface treatment of radioactive waste using plasma (hereinafter surface treatment represents a concept including all treatments related to surface modification including surface cleaning). .

방사성 폐기물의 세정 또는 표면처리는 방사성 폐기물의 처리를 위한 공정에서, 중요한 처리의 하나로 인식되어 왔다. 세정과 처리는 표면의 오염된 물질을 제거할 수 있게 해준다.Cleaning or surface treatment of radioactive waste has been recognized as one of the important treatments in the process for the treatment of radioactive waste. Cleaning and treatment can remove contaminated material from the surface.

핵 폐기물은 핵무기 실험과 핵 발전소 운영의 결과 배출되는 폐기물로서, 방사능 물질로 되어 있어서 인간건강에 치명적이다. 핵붕괴시 발생하는 방사선으로는 높은 에너지를 지닌 α선,β선, γ선 등이 있다. 이들을 물질에 투사하는 경우에는 물질 속에 들어있는 전자를 깨뜨리고 나감으로서 전자가 부족하게 된다. 이러한 상태를 이온화하는 방사선이라고 하며, 인간이나 식물인 경우에는 생체 내의 분자가 변형되어 화학반응을 일으켜 여러 가지 부작용을 가져오게 된다. 방사성 물질이 체내의 특정부분에 축적되면 화상, 피부염, 통증, 암, 백혈병, 백내장, 정신장애, 탈모 등 다양한 질환을 일으키게 된다. 이러한 질환은 장기적으로 서서히 나타나며 유전적인 영향도 있을 수 있게 된다. Nuclear waste is a waste produced as a result of nuclear weapon testing and nuclear power plant operations, and it is fatal to human health because it is made of radioactive materials. Radiation generated during nuclear decay includes α-ray, β-ray and γ-ray with high energy. In the case of projecting them on matter, electrons are scarce by breaking out the electrons in the matter. This state is called ionizing radiation, and in the case of humans and plants, molecules in the living body are modified to cause chemical reactions, resulting in various side effects. Accumulation of radioactive material in certain parts of the body causes various diseases such as burns, dermatitis, pain, cancer, leukemia, cataracts, mental disorders, and hair loss. These diseases appear slowly over time and may have genetic effects.

일반적으로 원자력발전소는 인류와 지구환경에 극심한 피해를 가져다 줄 수 있는 위험을 내포하고 있지만, 세계적으로 원자력발전소는 점차 늘어가고 있으며 원자력이 전체 에너지원 중에서 차지하는 비율도 높아져 가고 있다. 이러한 추세로 나간다면 원자력발전소에서 나오는 핵 폐기물의 양도 당연히 증가될 것이다. 재 처리 공장을 통해 사용된 핵연료를 재 처리한다고 하더라도 여기에서 또한 고도의 방사능을 포함한 폐기물이 나오기 때문에 대기 중 농도에 영향을 미칠 것이 우려되고 있다. In general, nuclear power plants pose risks that can cause severe damage to humankind and the global environment. However, the number of nuclear power plants in the world is increasing, and the share of nuclear power among all energy sources is increasing. Toward this trend, the amount of nuclear waste from nuclear power plants will naturally increase. Reprocessing of spent fuel through reprocessing plants is also concerned with the impact on atmospheric concentrations, as this also results in highly radioactive waste.

방사성 물질은 화학변화에 의해 없어지지 않기 때문에 원자핵 붕괴로 인해 자연적으로 소멸되기를 기다릴 수밖에 없으며, 따라서 일단 방출되면 장기적인 오염이 불가피하다. Because radioactive materials are not lost by chemical change, they have to wait for their natural disappearance due to nuclear decay, so long-term contamination is inevitable once released.

핵 폐기물은 자연적으로 분해 되는 데 수십만년 또는 수백만년이 걸리기 때문에 이를 안전하게, 영구적으로 처리하는 방법을 모색하는 것이 커다란 과제로서 제기되고 있다. 현재로서 대부분의 국가들이 추진하고 있는 방식은 밀봉하여 땅속 깊이 매장하는 것이지만, 이들이 자연분해될 때까지 땅속에서 안전하게 남아있게 된다는 보장이 없기 때문에 이 문제를 둘러싸고 끊임없이 논란이 일고 있다. Nuclear waste takes hundreds of thousands or millions of years to decompose naturally, so finding a safe and permanent way to deal with it is a major challenge. Currently, the way most countries are pushing is to seal and bury them deep in the ground, but there is a constant debate about this issue because there is no guarantee that they will remain safe in the ground until they break down.

현재 핵 폐기물은 군사적 폐기물보다 민간 원자로에서 발생하는 양이 훨씬 많으며 누적되는 총량도 빠른 속도로 늘어나고 있다. 이미 선진국가에서 만든 폐기물 저장소 중 낡은 것은 방사능이 유출되고 있는 것으로 확인되었으며, 핵무기나 핵발전소의 불완전한 설비는 앞으로 방사성 폐기물이 점증하게될 잠재적인 문제를 안고 있다. 최근에 화석연료의 사용에 따른 온실효과기체의 방출을 억제하기 위해 대체 에너지로서 핵발전소를 확대하려는 움직임이 있으나, 이를 확정 짓기전에 먼저 해결되어야 할 것은 원자로에서 발생하는 폐기물의 처리 문제이다. Nuclear waste now generates far more from civilian reactors than military waste, and the cumulative total is growing rapidly. The oldest waste receptacles made in developed countries have been identified as leaking radiation, and incomplete installations of nuclear weapons and nuclear power plants have the potential problem of increasing radioactive waste in the future. In recent years, there has been a move to expand nuclear power plants as alternative energy to suppress the release of greenhouse gases due to the use of fossil fuels, but the first thing to be solved before it is confirmed is the disposal of waste from the reactor.

원자력발전소의 운전원이나 보수요원들이 사용했던 작업복등의 고체 폐기물은 청정쓰레기 자동분류 설비를 도입하여 압축이 가능한 잡고체 폐기물은 수집하여 고압 압축하여 철제드럼에 넣어 핵 폐기물 저장고에 넣어 보관한다. 이를 해결하고자 여러국가의 기관들에서 수행되고 있는 플라즈마 응용 연구로는Solid wastes, such as work clothes, used by the operators of nuclear power plants or maintenance workers, are introduced into the automatic waste sorting facility, and collectable compact wastes are collected by high-pressure compression into iron drums and stored in nuclear waste storage rooms. In order to solve this problem, researches on plasma applications are being conducted

plasma torch를 사용하여 저준위 방사성 폐기물, TRU핵종, 토양을 제염하는 연구와 plasma arc torch를 이용하여 중저준위 방사성 폐기물의 부피를 감용하는 연구가 이루어지고 있다. 그 외의 분야에서 연구되고 있거나 혹은 실제 현장에서 사용되고 있는 기술로는 plasma torch를 사용한 다양한 폐기물의 thermal destruction과 플라즈마에서 발생하는 고온 분위기를 이용하는 thermal treatment가 있으며, micro-wave plasma torch를 이용하여 oil surface cleaning과 작업장의 제염에 사용하고 closed-loop plasma cleaning system을 이용하여 U, Pu, Hg 등을 함유한 유해물의 제염에 응용하고 있다. Research has been conducted to decontaminate low-level radioactive waste, TRU nuclides and soils using plasma torch and to reduce the volume of low- and mid-level radioactive waste using plasma arc torch. Techniques that are being studied in other fields or used in actual field include thermal destruction of various wastes using plasma torch and thermal treatment using high temperature atmosphere generated from plasma, and oil surface cleaning using micro-wave plasma torch. It is used for decontamination at work and workplaces, and is applied to decontamination of harmful substances containing U, Pu, Hg, etc. by using closed-loop plasma cleaning system.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 다수의 마그넷(magnet)을 사용하여 높은 플라즈마 밀도를 얻고 이를 통하여 효율적으로 방사성 폐기물중 구조물 등의 금속 물질 표면을 세정 또는 표면 처리를 하는 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve such a conventional problem, the object is to obtain a high plasma density by using a plurality of magnets (magnet) through which the cleaning or surface treatment of the surface of metal materials such as structures in radioactive waste efficiently It is to provide a device to.

또한, 본 발명의 다른 한 측면에 의하면, 본 발명은 마그넷(magnet)을 이용한 방전 장치에서 아크등의 문제를 해결하고 안정된 방전을 얻기 위해 펄스형 전원을 인가하여 방사성 폐기물의 표면을 처리할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, according to another aspect of the present invention, the present invention is capable of treating the surface of radioactive waste by applying a pulsed power source to solve the problem of arc lamps and to obtain a stable discharge in a discharge device using a magnet (magnet) It is for providing a device.

나아가서, 본 발명의 또 다른 한 측면에 의하면, 본 발명은 방사성 폐기물의 종류, 방전 전극과 방사성 폐기물간의 거리에 크게 영향을 받지 않고, 아크에 의한 방사성 폐기물의 손상이나 오염도 없으며, 작업자가 직접 작업함으로써 발생되는 작업자의 방사성 노출 위험, 방사성 폐기물 처리 비용 증가등의 문제점들도 극복할 수 있는 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물의 표면처리 장치를 제공을 하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에서 제시한 방법에 의하면 방사성 폐기물의 방사성 물질 제거에 안정되고 탁월한 효과를 보이는 플라즈마를 안정되게 유지 할 수 있어, 뛰어난 표면 처리 효과를 얻을 수 있다.Furthermore, according to another aspect of the present invention, the present invention is not significantly affected by the type of radioactive waste, the distance between the discharge electrode and the radioactive waste, there is no damage or contamination of the radioactive waste by the arc, It is to provide a surface treatment apparatus for radioactive waste using plasma that can overcome the problems such as the risk of radioactive exposure of workers, the increase in the cost of radioactive waste treatment. In particular, according to the method proposed in the present invention, it is possible to stably maintain a plasma which has a stable and excellent effect on the removal of radioactive material from radioactive waste, thereby obtaining an excellent surface treatment effect.

상기 기술적 과제들을 이루기 위한 본 발명의 표면 처리 장치는, 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물의 표면 세정 또는 표면 처리를 위한 장치이며, 상기 방사성 폐기물을 내부에 인입하여 상기 표면 처리를 수행하기 위한 친공 챔버; 상기 챔버내에 장착되며, 플라즈마 밀도를 증가시키기 위한 다수의 마그넷(magnet)을 가지는 적어도 하나의 장치; 방전 전극으로부터의 방전 경로를 제공하는 기준 전극; 및 상기 방전 전극과 상기 기준 전극사이에 방전을 발생 및 유지시키기 위하여 전압을 인가하기 위한 전원을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a surface treatment apparatus comprising: an apparatus for surface cleaning or surface treatment of radioactive waste using plasma, and including: a friendly chamber for introducing the radioactive waste into the inside to perform the surface treatment; At least one device mounted in the chamber and having a plurality of magnets for increasing plasma density; A reference electrode providing a discharge path from the discharge electrode; And a power source for applying a voltage to generate and maintain a discharge between the discharge electrode and the reference electrode.

바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치에서의 상기 전압은 펄스 형태의 전압이다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치에서의 상기 전압은 극성이 교번하는 펄스 형태의 전압이다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치에서의 상기 전압은 극성이 교번하는 펄스 형태의 전압이며 음의 주기 동안의 전압 크기가 양의 주기 동안의 전압 크기 이상인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 상기 양의 주기 동안의 전압의 크기는 0~500V이다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치는 상기 진공 챔버 내에 반응 개스를 주입하기 위한 개스 주입부를 더 포함하며, 상기 반응 개스는 불활성 개스 및/또는 산소를 포함 한다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 기준 전극은 다수의 마그넷(magnet)을 내장한 판(plate)형 전극이다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 기준 전극은 다수의 마그넷(magnet)을 내장한 둥근(round)형 전극이다. 바람직하게는 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 기준 전극은 다수의 마그넷(magnet)을 내장한 2각(angle)형 이상의 전극이다. Preferably the voltage in the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is a voltage in the form of a pulse. Preferably the voltage in the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is a voltage in the form of pulses of alternating polarity. Preferably, the voltage in the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is characterized in that the voltage in the form of pulses with alternating polarity and the voltage magnitude during the negative period is equal to or greater than the voltage magnitude during the positive period. Preferably, the magnitude of the voltage during the positive period of the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is 0 to 500V. Preferably the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention further comprises a gas injection unit for injecting the reaction gas into the vacuum chamber, wherein the reaction gas includes an inert gas and / or oxygen. Preferably, the reference electrode of the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is a plate-type electrode incorporating a plurality of magnets. Preferably, the reference electrode of the radioactive waste surface treatment apparatus of the present invention is a round electrode having a plurality of magnets embedded therein. Preferably, the reference electrode of the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention is an electrode of two or more angles having a plurality of magnets embedded therein.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.

도 1에서는 본 발명의 플라즈마 표면 처리 장치의 한 바람직한 실시 형태의 개략도를 나타낸다. 1 shows a schematic view of one preferred embodiment of the plasma surface treatment apparatus of the present invention.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 한 실시 형태는 진공 챔버(10), 방전 전극(20), 기준 전극(30), 전원(40) 및 개스 공급부(50)로 구성된다. As shown in FIG. 1, one embodiment of the surface treatment apparatus of the radioactive waste of the present invention includes a vacuum chamber 10, a discharge electrode 20, a reference electrode 30, a power supply 40, and a gas supply unit 50. do.

진공 챔버(10)는 방전 전극(20), 기준 전극(30)을 외부에서 감싸며 피처리물인 방사성 폐기물(60)을 그 내부에 인입하여 공정을 수행하는 동안 외부와의 차단을 하고 저압을 유지하기 위한 것이다. 여기서, 위의 기준 전극(30)은 흔히 그러하듯이 진공 챔버(10)의 내벽이 그 기능을 대신 할 수도 있으며, 또는 별도의 기준 적극판(32)을 설치할 수 있다. 진공 챔버(10)는 접지(ground)되는 것이 바람직하나 필요에 따라서는 그렇지 않을 수도 있다. The vacuum chamber 10 surrounds the discharge electrode 20 and the reference electrode 30 from the outside and draws the radioactive waste 60 to be processed into the inside to block the outside and maintain a low pressure during the process. It is for. Here, the inner wall of the vacuum chamber 10 may replace the function as the reference electrode 30, as usual, or a separate reference electrode plate 32 may be provided. The vacuum chamber 10 is preferably grounded but may not be as desired.

도 1에 나타낸 바와 같이 방전 전극(20)과 기준 전극(30) 사이의 방전으로 인하여 플라즈마가 형성된다. 공정의 초기에 방사성 폐기물(60)을 인입한 후 소정의 진공시스템(진공 펌프, 밸브 및 압력계등, 도시하지 않음)을 사용하여 시스템 내부의 불필요한 개스를 배출하고 진공 챔버(10) 내부를 기저 압력(base pressure)까지 배기한 후 공정에 필요한 반응 개스 및 캐리어 개스(일반적으로 불활성 개스)를 챔버내에 주입하여 방전에 필요한 압력(보통 수mTorr~수십Torr)이 되도록 조정한다. As shown in FIG. 1, plasma is formed due to the discharge between the discharge electrode 20 and the reference electrode 30. After introducing the radioactive waste 60 at the beginning of the process, a predetermined vacuum system (vacuum pumps, valves and manometers, etc., not shown) is used to drain out the unnecessary gas inside the system and the base pressure inside the vacuum chamber 10. After exhausting to (base pressure), a reaction gas and a carrier gas (generally inert gas) necessary for the process are injected into the chamber and adjusted to a pressure required for discharge (typically several mTorr to several tens Torr).

상기 방전 전극(20)은 도 1에 나타낸 바와 같이 진공 챔버(10) 내부에 설치되는데, 전원(40)과 연결되어 플라즈마를 발생시키기 위한 전력이 공급된다. 전원(40)은 직류, 교류 또는 펄스(pulse) 형태의 전원이 사용될 수 있는데, 직류를 사용할 경우에는 방전 전극(20)에는 음극이 연결된다. The discharge electrode 20 is installed in the vacuum chamber 10 as shown in FIG. 1, and is connected to the power source 40 to supply power for generating plasma. The power source 40 may be a direct current, alternating current, or a pulse (power) type power source. In the case of using direct current, a negative electrode is connected to the discharge electrode 20.

기준 전극(30)은 방전 전극(20)과의 사이에서 방전 전류의 경로(path)를 제공하기 위한 전극이다. 기준 전극을 따로 두지 않고 진공 챔버(10)의 내벽이 그 역할을 하게 하는 경우도 가능하며, 기준 전극(30)이 접지(ground) 전극이 되는 것이 일반적이다. 본 발명에서는 추가로 별도의 기준 전극판(32)을 설치하였다.The reference electrode 30 is an electrode for providing a path of the discharge current between the discharge electrode 20 and the discharge electrode 20. It is also possible to have the inner wall of the vacuum chamber 10 play a role without having the reference electrode set aside, and it is common that the reference electrode 30 becomes a ground electrode. In the present invention, a separate reference electrode plate 32 is further provided.

가스 공급부(50)는 외부로부터 진공 챔버(10) 내부로 반응 개스(산소등) 및/또는 캐리어 개스(불활성 개스, 아르곤 등)를 주입하기 위한 부분으로서, 유량을 제어하기 위한 매스 플로우 컨트롤러(mass flow controller:MFC)나 밸브등으로 구성될 수 있다. The gas supply unit 50 is a portion for injecting reaction gas (oxygen, etc.) and / or carrier gas (inert gas, argon, etc.) into the vacuum chamber 10 from the outside, and a mass flow controller (mass) for controlling the flow rate It can consist of a flow controller (MFC) or a valve.

도 1에서는 방전 전극(20)과 기준 전극(30)의 사이에 방전을 일으켜 플라즈마를 생성하고 방전 전극(20)과 연결된 방사성 폐기물(60)에 전압을 인가함으로써 방사성 폐기물의 표면으로 부터 전체로 번져가면서 전체적으로 균일한 전류 밀도를 형성하고 마그넷(magnet)가 부착된 기준 전극판(32)에 의하여 높은 전류 밀도를 가지고 표면 처리를 수행하는 경우를 예시하였으나, 본 발명이 반드시 이와 같은 경우에 제한되는 것은 아니다. In FIG. 1, a discharge is generated between the discharge electrode 20 and the reference electrode 30 to generate a plasma, and apply a voltage to the radioactive waste 60 connected to the discharge electrode 20, thereby spreading entirely from the surface of the radioactive waste. While forming a uniform current density as a whole and the surface treatment is performed with a high current density by the reference electrode plate 32 is attached to a magnet (magnet), the present invention is not necessarily limited in this case no.

그 뿐만 아니라 다수의 마그넷(magnet)가 부착된 기준 전극을 채용하고 다수의 피코팅물을 처리하는 구성도 가능하며, 방전 전극의 개수와 방사성 폐기물의 개수에 따라 본 발명의 범위가 결정되는 것은 아니다. In addition, it is also possible to adopt a reference electrode with a plurality of magnets (magnet) attached to the configuration and to process a plurality of coatings, the scope of the present invention is not determined by the number of discharge electrodes and the number of radioactive waste. .

도 2는 본 발명의 바람직한 한 실시 형태에 따르는 기준 전극판의 구성을 나타낸 개략도이다. 본 발명은 마그넷(magnet;36)이 부착된 판(plate;34)을 기준 전극판(32)으로 사용하는 것을 그 주된 특징의 하나로 하고 있으며, 이를 사용함으로써 방사성 폐기물의 표면에 도달하는 이온의 양을 증대시켜 효율적인 방사성 폐기물의 표면에 있는 방사성 물질(코발트, 세슘)을 제거하게 한다. 이렇게 방사성 폐기물에서 플라즈마에 의해 떨어져 나간 방사성 물질들은 배기 라인에 설치되는 별도의 집진장치에 의해 필터링될 수 있다. 2 is a schematic view showing the configuration of a reference electrode plate according to a preferred embodiment of the present invention. The present invention makes use of a plate (34) with a magnet (36) attached as a reference electrode plate (32) as one of its main features, and the amount of ions reaching the surface of the radioactive waste by using the same. To increase the removal of radioactive material (cobalt, cesium) from the surface of the efficient radioactive waste. The radioactive materials separated by the plasma from the radioactive waste can be filtered by a separate dust collector installed in the exhaust line.

도 2에 나타낸 바와 같이 이와 같은 판(plate)형 기준 전극판(32)은 예를 들어 마그넷(magnet)이 부착된 전극으로써 구현 할 수 있다. 마그넷(magnet) 부착형 기준 전극판(32)은 제조가 용이하며 이를 통하여 장비의 제조 및 유지비용을 현저히 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 도 3도에서는 본 발명의 판(plate)형 전극을 다수의 마그넷(magnet;36)을 가지는 둥근(round) 판(34a)형 기준 전극판(32a)으로써 구현한 경우를 나타낸다. As shown in FIG. 2, the plate-type reference electrode plate 32 may be implemented as, for example, an electrode to which a magnet is attached. Magnet attached reference electrode plate 32 is easy to manufacture, through which has the advantage of significantly reducing the manufacturing and maintenance costs of the equipment. 3 illustrates a case in which the plate-shaped electrode of the present invention is implemented as a round plate 34a type reference electrode plate 32a having a plurality of magnets 36.

도 4는 본 발명의 마그넷(magnet) 부착형 전극에서 발생하는 플라즈마를 나타내는 도면이다. 위와 같이 마그넷(magnet) 부착형 전극을 이용하는 경우에 방전 전극(20)이 도체 부분의 근처에 생성되는 쉬스(sheath;70)로 말미암아 전자의 운동이 가능한 방향으로 제한되게 되며 전자(2)는 많은 충돌을 하여 보다 많은 중성 입자들을 이온화시킴으로써 높은 플라즈마 밀도를 얻을 수 있게 한다. 4 is a view showing a plasma generated in the magnet attached electrode of the present invention. In the case of using a magnet-attached electrode as described above, the discharge electrode 20 is limited to the direction in which the movement of the electrons is possible due to the sheath 70 generated near the conductor portion. By colliding and ionizing more neutral particles, a higher plasma density can be obtained.

상술한 바와 같이 본 발명의 방사성 폐기물의 표면 처리 장치는 마그넷(magnet)을 이용하여 높은 플라즈마 밀도를 얻고 이를 통하여 방사성 폐기물의 표면으로 입사하는 이온의 수를 증대시켜 방사성 폐기물 표면의 방사성 물질의 처리 효과를 증대시킨다. As described above, the radioactive waste surface treatment apparatus of the present invention obtains a high plasma density by using a magnet, thereby increasing the number of ions incident on the surface of the radioactive waste, thereby treating the radioactive material on the surface of the radioactive waste. To increase.

기준 전극판(32,32a)으로는 도 2 및 도 3에 도시한 판형 및 둥근형 전극뿐만 아니라 2개 이상의 각으로 이루어진 판형등의 많은 다른 변형 전극이 사용될 수 있음이 자명하며 다수의 마그넷(magnet)을 사용하여 플라즈마 처리의 효과를 높이자 하는 한 모두 본 발명의 범위에 있다고 보는 것이 당업계의 통상의 지식을 가진 자로서는 당연한 일이다. As the reference electrode plates 32 and 32a, it is obvious that many other deformation electrodes, such as the plate-shaped and round-shaped electrodes shown in FIGS. 2 and 3, as well as a plate made of two or more angles, can be used. As long as it is intended to enhance the effect of the plasma treatment using the present invention, it is a matter of course for those skilled in the art to see that it is within the scope of the present invention.

또한 마그넷(magnet)의 모양은 원형 또는 사각형이나 기타 어떤 형태라도 가능하며, 마그넷(magnet)의 크기가 모두 일치할 필요도 없다. Also, the shape of the magnet can be round or square or any other shape, and the magnet size does not have to match.

상술한 바와 같이, 마그넷(magnet) 부착형 전극을 사용하는 경우에는 마그넷(magnet)으로 인한 자장형성으로 플라즈마 밀도가 상당히 높아지게 되며, 사용하는 방사성 폐기물 물질이나 반응 가스에 의한 방전 전극(20) 또는 기준 전극판(32)의 표면 오염이 존재할 경우, 국부적인 아크(arc)로 전이(transition) 현상이 발생하게 된다. As described above, in the case of using a magnet-attached electrode, the plasma density is considerably increased due to the magnetic field formation due to the magnet, and the discharge electrode 20 or the reference by the radioactive waste material or the reactive gas used is used. If surface contamination of the electrode plate 32 is present, a transition phenomenon occurs to a local arc.

이와 같이 아크(arc)가 발생할 경우, 아크 발생위치로 전류가 집중되며, 높은 전류 밀도에 의한 주울(joule) 열에 의해 전극 표면 물질의 용융(melting)현상이 일어나고 이로 인한 방전의 불안정이 공정 조건을 변화시켜 공정 자체의 질이 저하할 수 있는 우려가 있다. In this case, when the arc occurs, current is concentrated to the arc generating position, and melting of electrode surface material occurs due to joule heat caused by high current density. There is a fear that the quality of the process itself may be degraded by changing.

본 발명에서는 이를 극복하기 위하여, 방전 전극(20)에 양방향 펄스 전압을 인가하는 것을 다른 한 측면으로 하는데, 이와 같은 양방향 펄스 전압의 한 예를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸바와 같이 예시된 양방향 펄스 전원은 양의 주기와 음의 주기가 교번(alternating)하는 형태의 파장을 가지며, 음의 주기 동안의 펄스 전압의 최하단부가 양의 주기 동안의 펄스 전압의 최상단부에 비하여 전압의 절대값이 더욱 큰 형태이다. 음의 주기 동안 주로 플라즈마가 발생되며, 발생된 플라즈마에 의한 전하가 전극 표면의 오염물 상에 누적되기 시작한다. 오염물이 유기물이나 유전체일 경우 누적된 전하는 흘러가지 못하고 축적되며, 이와 같은 누적 전하가 쌓이면 도 5에 나타낸 바와 같이 아크 발생이 개시된다. 아크 방전의 개시에 따라 도 5에 나타낸 바와 같이 전류가 증가하게 된다. 그러나, 방전 전극의 전압이 펄스형이기 때문에 어느 정도의 시간이 경과하면 방전 전압이 공급되지 않게 되므로 이와 같은 아크는 지속되지 못하며, 그에 따라서 전극 물질의 용융 등 손상이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이후 방전 전극에 인가되는 전압의 극성이 바뀜에 따라 오염 물질 상에 누적되어 있던 전하는 반대 전하의 인입으로 재결합 소멸된다. 이와 같은 과정에 의하여 양방향 펄스 전압의 인가는 아크에 의한 손상이나 미립자의 발생을 방지할 수 있고 방전을 안정시키는 역할을 하게 된다. 양의 주기 동안의 펄스 전압의 크기는 일반적으로 0~500V 정도를 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, in order to overcome this problem, the application of the bidirectional pulse voltage to the discharge electrode 20 is another aspect. An example of such a bidirectional pulse voltage is illustrated in FIG. 5. As illustrated in FIG. 5, the illustrated bidirectional pulse power source has a wavelength in the form of alternating between a positive period and a negative period, and the lowermost part of the pulse voltage during the negative period is the highest of the pulse voltage during the positive period. The absolute value of the voltage is larger than that of the negative. During the negative period mainly plasma is generated, and the charge by the generated plasma begins to accumulate on the contaminants on the electrode surface. If the contaminant is an organic material or a dielectric, the accumulated charge does not flow and accumulates, and when such accumulated charge accumulates, arc generation starts as shown in FIG. 5. As the arc discharge starts, the current increases as shown in FIG. 5. However, since the discharge electrode is not supplied after a certain time because the voltage of the discharge electrode is pulsed, such an arc cannot be sustained, thereby preventing damage such as melting of the electrode material. Then, as the polarity of the voltage applied to the discharge electrode is changed, the charge accumulated on the contaminant is recombined and extinguished by the introduction of the opposite charge. The application of the bidirectional pulse voltage by this process can prevent damage by the arc or the generation of fine particles and serves to stabilize the discharge. The magnitude of the pulse voltage during the positive period is generally preferably about 0 to 500V.

도 5에 나타낸 양방향 펄스 전압은 단지 한 예시에 불과하며, 펄스 전압의 형태가 단순 펄스가 아닌 수 개 펄스의 조합일 수도 있으며, 그 각각이 크기를 달리할 수도 있다. 또한, 양의 주기와 음의 주기는 그 시간이 반드시 같을 필요는 없으며 양의 주기와 음의 주기 사이의 전압 공급이 없는 구간의 크기도 다양할 수 있고, 전압 공급이 없는 주기가 아예 없도록 구성할 수도 있다. 또한, 양의 주기와 음의 주기의 펄스가 반드시 1:1의 비율로 교대로 나타나지 않아도 무방하며, 예를 들어 음의 펄스 두 개당 양의 펄스 하나가 나타나도록 하거나 음의 펄스 세 개당 양의 펄스 하나 또는 두 개가 나타나도록 하는 등의 다양한 변형도 가능하다. 또한, 양의 펄스가 음의 펄스에 비하여 크기가 더 크게 할 수도 있으며, 이와 같은 다양한 변형은 목적으로 하는 피처리물 및 공정조건이나 전극의 형태에 따라 달라질 수 있다. The bidirectional pulse voltage shown in FIG. 5 is just one example, and the pulse voltage may be a combination of several pulses rather than a simple pulse, each of which may vary in magnitude. In addition, the positive period and the negative period do not necessarily have to be the same time, and the size of the interval without the voltage supply between the positive period and the negative period may also vary, and the period without the voltage supply may be configured at all. It may be. In addition, positive and negative pulses may not necessarily appear alternately in a ratio of 1: 1, for example, one positive pulse for every two negative pulses or a positive pulse for every three negative pulses. Various modifications are possible, such as one or two appearing. In addition, the positive pulse may be larger than the negative pulse, and such various modifications may vary depending on the object to be processed and the processing conditions or the shape of the electrode.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 방전 전극에 인가되는 전압의 파형은 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 여러 가지 다른 모양의 판형으로 변형될 수 있다(예를 들어 단순 펄스 파형이 아닌 복합 펄스 파형등). 또한, 기준 전극의 표면 형태도 단순한 판형이 아니라 입체적 형상을 가지도록 구성될 수 있으며 이는 특히 처리하고자 하는 방사성 폐기물의 형태와 관련될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안 되며 후술하는 특허 청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but it should be taken as exemplary, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. For example, the waveform of the voltage applied to the discharge electrode can be transformed into a plate of various different shapes within the scope of the technical idea of the present invention (for example, a complex pulse waveform, not a simple pulse waveform). In addition, the surface shape of the reference electrode may also be configured to have a three-dimensional shape rather than a simple plate shape, which may be particularly related to the type of radioactive waste to be treated. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims below and equivalents thereof.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 갖는다. 본 발명은 플라즈마를 이용하여 방사성 폐기물의 표면을 세정(방사성 물질을 제거)하고 처리함에 있어서, 기준 전극을 마그넷(magnet)이 부착된 전극을 사용하여 효율적인 높은 밀도의 플라즈마를 얻을 수 있어, 방사성 폐기물로의 이온의 도달을 증가 시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 세정 효과를 높여, 효과적으로 방사성 폐기물의 표면 에너지를 증가시켜 표면에 부착된 오염 물질(방사성 물질)을 제거할 수 있다. As described above, the present invention has the following effects. According to the present invention, in the cleaning (removal of radioactive material) and treatment of the surface of radioactive waste by using plasma, an efficient high density plasma can be obtained by using an electrode having a magnet attached to a reference electrode, and thus radioactive waste. It is possible to increase the arrival of ions in the furnace, thereby increasing the cleaning effect and effectively increasing the surface energy of radioactive waste, thereby removing contaminants (radioactive substances) attached to the surface.

또한, 마그넷(magnet)이 부착된 전극을 사용하여, 플라즈마 밀도를 높임으로써 종래 작업자의 수작업에 의한 방사성 노출 위험, 방사성 폐기물 발생 등을 극복할 수 있도록 한다. In addition, by using an electrode with a magnet (magnet), by increasing the plasma density it is possible to overcome the risk of radioactive exposure, the generation of radioactive waste by the manual worker of the prior art.

또한, 양방향 펄스 전원을 사용하여 방전 전극에서 직류 전원을 사용할 때 문제가 되는 아크에 의한 불량 문제와 RF등의 교류 전원을 사용할 때의 가격 및 난이한 공정 조건의 문제를 해결함으로써, 효과적이고도 저렴하게 방사성 폐기물의 표면처리를 가능하게 한다. In addition, by using the bi-directional pulse power supply, it is possible to effectively and inexpensively solve the problem of arc defects, which are a problem when using a DC power supply at the discharge electrode, and a problem of price and difficult process conditions when using an AC power supply such as RF. Enable surface treatment of radioactive waste.

또한, 장치의 구조가 단순하고, 처리공정 범위가 넓어 경제적이며 방사성 폐기물의 세정 또는 표면처리의 균일도와 효과가 뛰어나다. In addition, the structure of the device is simple, the processing range is wide, economical, excellent in uniformity and effect of cleaning or surface treatment of radioactive waste.

도 1에서는 본 발명의 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물의 표면 처리 장치의 바람직한 실시 형태의 개략도를 나타낸 것이다. Fig. 1 shows a schematic view of a preferred embodiment of the surface treatment apparatus for radioactive waste using the plasma of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르는 기준 전극의 구성을 나타낸 개략도이다 2 is a schematic view showing the configuration of a reference electrode according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 기준 전극에서 발생하는 다수의(magnet)을 지지는 둥근판형 전극으로써 구현한 경우를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a case where a round plate-shaped electrode supporting a plurality of magnets generated from a reference electrode of the present invention is implemented.

도 4는 본 발명의 기준 전극으로 인하여 발생하는 플라즈마를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a plasma generated due to the reference electrode of the present invention.

도 5는 본 발명의 틈새형 전극에 인가되는 양방향 펄스 전압의 한 예를 나타낸다.5 shows an example of the bidirectional pulse voltage applied to the gap electrode of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10:진공 챔버 20:방전 전극10: vacuum chamber 20: discharge electrode

30:기준 전극 40:전원30: reference electrode 40: power supply

50:개스 도입부 60: 방사성 폐기물(방사선에 노출된 물질)50: gas introduction part 60: radioactive waste (material exposed to radiation)

Claims (9)

플라즈마를 이용하여 방사성 폐기물의 표면처리를 하기 위한 장치에 있어서:Apparatus for surface treatment of radioactive waste using plasma: 상기 방사성 폐기물을 내부에 인입하여 상기 표면처리를 수행하기 위한 진공 챔버;A vacuum chamber for introducing the radioactive waste into the interior to perform the surface treatment; 상기 챔버 내에 장착되며, 다수의 마그넷을 가지는 적어도 하나의 기준 전극;At least one reference electrode mounted in the chamber and having a plurality of magnets; 상기 기준 전극과 대항하여 방전 경로를 제공하는 방전 전극; 및 A discharge electrode providing a discharge path against the reference electrode; And 상기 기준 전극과 상기 방전 전극 사이의 방전을 발생 및 유지시키기 위하여 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.And a power source for applying a voltage to generate and maintain a discharge between the reference electrode and the discharge electrode. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 방전을 발생 및 유지시키기 위하여 인가하는 전압은 펄스 형태의 전압인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.And a voltage applied to generate and maintain the discharge is a pulsed voltage. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전압은, 극성이 교번하는 펄스 형태의 전압인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.The voltage is a surface treatment apparatus for radioactive waste, wherein the polarity is a voltage in the form of alternating pulses. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 전압은, 극성이 교번하는 펄스 형태의 전압이며, 음의 주기 동안의 전압 최고 크기가 양의 주기 동안의 전압 최고 크기 이상인 것을 특징으로 하는 전압인방사성 폐기물의 표면 처리 장치.The voltage is a voltage in the form of pulses with alternating polarities, wherein the voltage maximum magnitude during the negative period is equal to or greater than the voltage maximum magnitude during the positive period. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 양의 주기 동안의 전압 크기는 0~500V인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.The surface treatment apparatus of radioactive waste whose magnitude of voltage during the said positive period is 0-500V. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 진공 챔버내에 반응 개스를 주입하기 위한 개스 주입부를 더 포함하며, 상기 반응 개스는 불활성 개스 및/또는 산소를 포함하는 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.And a gas injection portion for injecting the reaction gas into the vacuum chamber, wherein the reaction gas comprises inert gas and / or oxygen. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준 전극은 판(plate)형 전극 인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.And the reference electrode is a plate-shaped electrode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준 전극은 다수의 마그넷(magnet)을 가지는 판(plate)형 전극인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.And the reference electrode is a plate type electrode having a plurality of magnets. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준 전극은 다수의 마그넷(magnet)이 부착된 둥근(round)형 전극인 방사성 폐기물의 표면 처리 장치.The reference electrode is a surface treatment apparatus for radioactive waste, which is a round electrode having a plurality of magnets attached thereto.
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