KR20070013410A - 핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

원자력 발전소 및 연구소에서 사용된 후 발생되는 원자력의 부산물인 핵폐기물을 영구적으로 안전하게 처리 및 보관할 수 있도록 한 핵폐기물 수중매립 처리장치가 개시되어 있다. 상기 핵폐기물의 수중매립 처리장치는 핵폐기물이 저장된 핵폐기물통을 완전 밀봉시키는 핵폐기물 수중매립 처리장치에 있어서, 상기 핵폐기물통의 전체 외주면을 감싸는 콘크리트보강재; 상기 콘크리트보강재의 내부에 삽입되는 철근보강재; 상기 콘크리트보강재의 외주면을 완전 밀봉시키기 위하여 피복되는 제 1탄성결합부재; 및 상기 제 1탄성결합부재와 면접하여 결합되는 제 2탄성결합부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

핵폐기물, 탄성결합부재, 환형돌부, 환형홈, 처리장치

Description

핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법{DISPOSAL APPARATUS FOR NUCLEAR WASTER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 핵폐기물 수중매립 처리장치의 반단면 사시도;

도 2는 본 발명에 따른 탄성결합체를 도시한 사시도;

도 3은 본 발명에 따른 탄성결합체의 결합부를 상세하게 도시한 단면도; 및

도 4는 본 발명에 따른 핵폐기물 수중매립 처리장치를 제조하는 공정을 단계별로 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제 1탄성결합부재 11 : 내측결합부

13 : 환형돌기 20 : 제 2탄성결합부재

21 : 외측결합부 23 : 환형홈

31 : 철근보강재 33 : 콘크리트보강재

37 : 수직봉 38 : 원형봉

90 : 핵폐기물통

본 발명은 핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 원자력 발전소 및 연구소에서 사용된 후 발생되는 원자력의 부산물인 핵폐기물을 영구적으로 안전하게 처리 및 보관할 수 있도록 한 핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 원자력은 원자핵의 변환에 따라 방출되는 에너지를 지칭하며, 원자 에너지 또는 핵 에너지라고도 불린다. 이러한 원자력은 인위적으로 원자핵 변환에 의해 이용가능한 에너지를 추출하는 것을 말하며, 우라늄, 플루토늄 등 무거운 원소의 원자핵을 연쇄적으로 분열시키는 방법(핵 분열 방법)과 중수소(重水素) 등 가벼운 원소의 원자핵을 융합(融合)시키는 방법(핵융합 방법)으로 나뉜다.

초기의 원자폭탄 및 원자로는 이들 중 핵분열 방법을 이용한 것이고, 수소폭탄은 핵융합 방법을 이용한 것이다.

한편, 원자력의 부산물인 원전수거물은 원자력 발전소 및 연구소의 운영 과정에서 배출되는 원전 폐기물을 의미하며, 이는 발전소의 원자로 내에서 핵 분열 반응 중 생긴 핵 분열 생성물 때문에 높은 방사능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 핵 분열 반응 후에도 계속적으로 열을 발생시킨다.

즉, 원전수거물은 사용 후의 핵 연료를 말하는 것으로 원전 연료를 핵 분열 시키고 난 후 재활용이 가능한 우라늄과 플루토늄을 제외한 나머지 찌꺼기를 지칭하는 고준위 원전수거물과 액체 폐기물 처리과정을 거친 후 남은 찌꺼기 및 운전원이나 보수요원 등이 사용한 의복, 장갑을 포함하는 각종 부품 등을 지칭하는 중, 저준위 원전수거물로 구분된다.

이러한 원전수거물은 방사능 물질로 이루어져 있어 바람과 물을 통하여 급속히 환경에 전파됨은 물론 조금만 노출되어도 인간에게는 치명적인 악영향을 미치게 되며, 이로 인해 현재 처리용기에 저장 및 밀봉되는 원전수거물이 지반 깊은 곳에서 안전하게 보관된다는 보장이 없기 때문에 현재 이 문제를 둘러싸고 끊임없는 논란이 일고 있는 실정이다.

우리 나라의 경우 사용 후 발생되는 원전수거물은 2가지로 나뉘게 되며, 이는 경수로에서 발생되는 원전수거물과 중수로에서 발생되는 원전수거물로 나뉜다.

이렇게 발생되는 원전수거물은 발열량과 방사능을 줄이기 위하여 원자로에서 꺼내자 마자 물 속에 일시 보관하고, 물 속에서 1년 간 냉각된 원전수거물의 경우 발열량이 약 12kw/톤U이고, 방사선량은 약 2700kCi/톤U이지만, 약 5년이 경과하면

처음보다 약 3/1,000정도까지 감소한다.

이와 같이 원전수거물에서 발생되는 방사능은 화학 변화에 의해 소멸되지 않기 때문에 원자핵의 붕괴로 인해 자연적으로 소멸되기를 기다릴 수 밖에 없으며, 이로 인해 원전수거물을 보다 안전하고, 영구적으로 처리 및 보관하는 방법을 모색하는 것이 현대 사회의 커다란 과제로 제기되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 현재 대부분의 국가들이 추진하고 있는 방법은 원전수거물을 소정의 처리용기 내에 저장 및 밀봉시켜 지반 깊은 곳에 매장하는 방법을 채택하고 있다.

즉, 원전수거물의 보다 안전한 관리를 위하여 고체 폐기물은 초고압으로 압축하여 철제 드럼 속에 넣으며, 액체 폐기물은 수분을 증발시켜 부피를 줄인 다음 시멘트와 함께 굳혀 드럼 속에 넣고 밀봉한 후 저장고에 보관하고, 기체 폐기물은 일단 밀폐탱크에 저장한 후 방사능이 기준치 이하로 떨어지면 고성능 필터를 통해 대기로 방출한다.

우리 나라의 경우 1978년 이후 원자력 발전이 시작되어 1997년까지 12기의 원자력 발전소가 가동 중이고, 여기에 보관되어 있는 원전수거물도 1997년 5월 현재 중저준위폐기물이 200ℓ드럼으로 약 4만 8436드럼이 보관되어 있으며, 현재까지

는 원전 수거물은 원자력 발전소 부지 내에 임시 저장중이지만, 현재의 시설로는 2008년 경 울진 원자력 발전소부터 포화에 이를 전망이다.

특히, 방사성 동위원소를 이용하는 의료 기관과 산업체의 증가 그리고 원자력발전소의 신규 건설로 인해 원전 수거물의 발생량은 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 이로 인해 원전수거물은 원자력 발전소 내의 임시 저장공에 안전하게 관리되지만, 저장용량의 한계, 장기적 차원에서의 부지관리 등의 문제가 발생하고 있다.

원전수거물은 핵 실험 등 군사적인 목적에서의 발생에서 시작된 것이지만, 현재 원전수거물은 군사적인 용도에서 발생되는 양보다 민간 원자력 발전소에서 발생되는 양이 증가되고 있으며, 이로 인해 누적되는 원전수거물의 총량도 빠른 속도로 증가되고 있는 실정이다.

한편, 원전수거물의 해양 투기는 1996년 런던 협약 개정 의정서에 의해 전면 금지하고 있으나, 협약 의정서에는 7개 품목만의 투기를 허용하고 있는 등 극히 제한적인 경우에만 예외적으로 투기를 허용하고 있다.

이는 원전수거물의 해양 투기 시 바다 속으로 투기되는 원전수거물이 담긴 철제용기의 부식으로 인한 해양오염 문제를 일으킬 가능성이 있기 때문이다. 한편, 이를 위하여 철제 컨테이너에 원전수거물이 담긴 철제용기를 담아 투기하는 경우도

있으나, 이 또한 해수로 인해 철제 컨테이너가 부식될 우려가 상당히 높다는 문제점이 있었다.

결국, 대부분의 국가에서 원전수거물 저장방법의 채택 및 매장시설의 선정과 건설은 아직까지 미해결문제로 남아있으며, 이를 해결하기 위한 원전수거물의 안전한 처리 및 보관은 아직까지 모든 국가들이 풀어야할 숙제로 자리잡고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 핵폐기물을 해저의 수중에 매립함으로써, 영구적으로 안전하게 처리 및 보관할 수 있도록 한 핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 물에 부식되지 않도록 밀폐 및 밀봉기능을 크게 향상시킨 핵폐기물 수중매립 처리장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 핵폐기물 수거용기를 물로부터 완전 격리시킬 수 있도록 한 핵폐기물 수중 매립 처리장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 핵폐기물의 수중매 립 처리장치는 핵폐기물이 저장된 핵폐기물통을 완전 밀봉시키는 핵폐기물 수중매립 처리장치에 있어서, 상기 핵폐기물통의 전체 외주면을 감싸는 콘크리트보강재; 상기 콘크리트보강재의 내부에 삽입되는 철근보강재; 상기 콘크리트보강재의 외주면을 완전 밀봉시키기 위하여 피복되는 제 1탄성결합부재; 및 상기 제 1탄성결합부재와 면접하여 결합되는 제 2탄성결합부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1탄성결합부재는 개구부 일단에 내측결합부를 구비하고, 상기 내측결합부의 외주면에는 다수의 환형돌기가 형성되며; 상기 제 2탄성결합부재는 개구부 일단에 외측결합부를 구비하고, 상기 외측결합부의 외주면에는 상기 다수의 환형돌기에 대응하는 다수의 환형홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 환형돌기는 결합방향쪽으로 화살촉과 같은 형상을 가지며, 환형홈도 그에 대응하여 화살촉 형상의 홈으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1탄성결합부재 및 제 2탄성결합부재는 천연고무, 합성고무, 우레탄 및 공중합고무(EPDM)로부터 선택된 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 핵폐기물 수중매립 처리장치의 제조방법은 핵폐기물통을 넣고 콘크리트를 부어 양생하기 위한 거푸집을 준비하는 단계; 준비된 거푸집의 내부에 핵폐기물이 저장 및 보관된 핵폐기물통을 집어넣는 단계; 상기 거푸집과 핵폐기물통 사이의 공간에 철근보강재를 삽입하는 단계; 철근보강재를 삽입한 공간에 콘크리트를 부어 양생시켜서 콘크리트보강재를 형성시키는 단계; 콘크리트보강재가 완성되면, 거푸집을 제거하는 단계; 핵폐기물통이 내장된 상기 콘크리트보강재의 양측단으로부터 제 1탄성결합부재와 제 2탄성결합부재를 각각 밀어넣어서 내측결합 부와 외측결합부의 결합을 통해 탄성결합체를 완성하는 단계; 및 상기 결합부를 포함한 탄성결합체의 외표면에 해수에 강한 방수제를 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 핵폐기물의 수중매립 처리장치 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 일 실시예로서 수중매립 처리장치에 대하여 설명하였지만, 이는 설명을 쉽게 하기 위하여 기술한 것이며, 동일한 구성으로서 육상에 보관 처리할 수도 있으며, 특정지역에 영구 매립 처리할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 핵폐기물의 수중매립 처리장치를 도시한 반단면 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 핵폐기물의 수중매립 처리장치는 핵폐기물이 저장된 핵폐기물통(90)을 완전 밀봉시키는 것으로, 상기 핵폐기물통(90)의 전체 외주면을 감싸는 콘크리트보강재(33), 상기 콘크리트보강재(33)의 내부에 삽입되는 철근보강재(31), 상기 콘크리트보강재(33)의 외주면을 완전 밀봉시키기 위하여 피복되는 제 1탄성결합부재(10), 및 상기 제 1탄성결합부재(10)와 면접하여 결합되는 제 2탄성결합부재(20)를 구비한다.

상기 철근보강재(31)는 상기 콘크리트보강재(33)를 양생하기 전에 삽입되어, 콘크리트보강재(33)의 양생을 통해 그 내부에 내장됨으로써, 콘크리트의 취약함을 보강시켜주는 역할을 한다.

상기 철근보강재(31)는 다수의 수직봉(37)과 상기 다수의 수직봉(37)의 외주부를 따라 용접에 의해 결합된 다수의 원형봉(38)으로 구성된다.

도 2는 본 발명에 따른 탄성결합체를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 탄성결합체의 결합부를 상세하게 도시한 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1탄성결합부재(10)와 제 2탄성결합부재(20)는 내부가 중공인 원통형 형상으로 이루어지며, 그 바닥면은 밀폐되어 있다. 즉, 상기 제 1탄성결합부재(10) 및 제 2탄성결합부재(20)는 천연고무, 합성고무, 우레탄 또는 물에 강한 합성수지를 재료로 하여 사출성형에 의해 성형됨으로써, 그 둘이 결합되면 완전 밀봉 효과를 얻을 수 있게 된다. 상기 물에 강한 합성수지는 공중합고무(EPDM)일 수 있다.

상기 제 1탄성결합부재(10)는 개구부 일단에 내측결합부(11)를 구비한다. 상기 내측결합부(11)의 내경은 상기 제 1탄성결합부재(10)의 내경과 동일하고, 그 외경은 상기 제 1탄성결합부재(10)의 외경보다 작게 형성된다. 상기 내측결합부(11)의 외주면에는 다수의 환형돌기(13)가 형성되어 있다.

또한, 상기 제 2탄성결합부재(20)는 개구부 일단에 외측결합부(21)를 구비한다. 상기 외측결합부(21)의 내경은 상기 제 2탄성결합부재(20)의 내경보다 크고, 그 외경은 상기 제 2탄성결합부재(20)의 외경과 동일하다. 상기 외측결합부(21)의 외주면에는 상기 다수의 환형돌기(13)에 대응하는 다수의 환형홈(23)이 형성되어 있다.

즉, 상기 제 1탄성결합부재(10)의 내측결합부(11)와 상기 제 2탄성결합부재(20)의 외측결합부(21)는 상호간에 면접하여 밀착결합할 수 있도록 구성되는데, 이때 상기 다수의 환형돌기(13)는 상기 다수의 환형홈(23)에 삽입되어 결합되게 된다.

상기 환형돌기(13)와 상기 환형홈(23)은 결합할 때에는 용이하게 결합되고, 분리되기는 어렵거나 불가능한 구조를 갖는 것이 바람직한데, 일 예로 도면에 도시된 바와 같이, 환형돌기(13)는 결합방향쪽으로 화살촉과 같은 형상을 가지며, 환형홈(23)도 그에 대응하여 화살촉 형상의 홈으로 형성된다.

도 4는 본 발명에 따른 핵폐기물 수중매립 처리장치를 제조하는 공정을 단계별로 도시한 도면이다.

먼저, 핵폐기물통(90)을 넣고 콘크리트를 부어 양생하기 위한 거푸집(100)을 준비하여 다수의 결합링(110)으로 결합시킨다.(도 4a참조)

도 4b에 도시된 바와 같이, 준비된 거푸집(100)의 내부에 핵폐기물이 저장 및 보관된 핵폐기물통(90)을 집어넣는다. 상기 거푸집(100)의 내경은 상기 핵폐기물통(90)의 외경보다 크기 때문에, 상기 핵폐기물통(90)을 집어넣으면 상기 거푸집(100)과 핵폐기물통(90) 사이에 일정한 공간이 남게 된다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 거푸집(100)과 핵폐기물통(90) 사이의 공간(S)에 철근보강재(31)를 삽입한다.

도 4d에 도시된 바와 같이, 철근보강재(31)를 삽입한 공간(S)에 콘크리트를 부어 양생시켜서 콘크리트보강재(33)를 형성시킴으로써, 핵폐기물통(90)를 완전 밀봉시킨다. 이때, 상기 핵폐기물통(90)은 콘크리트에 의해 완전히 밀봉되게 된다.

도 4e에 도시된 바와 같이, 콘크리트보강재(33)가 완성되면, 거푸집(100)을 제거한다.

도 4f에 도시된 바와 같이, 핵폐기물통(90)이 내장된 상기 콘크리트보강재(33)의 양측단으로부터 제 1탄성결합부재(10)와 제 2탄성결합부재(20)를 각각 밀어넣어서 내측결합부(11)와 외측결합부(21)의 결합을 통해 탄성결합체를 완성한다.

상기 내측결합부(11)와 외측결합부(21)에는 보다 강력한 밀봉을 위하여 시일기능이 우수한 접착제를 사용하여 결합될 수 있다.

그 후에, 상기 결합부를 포함한 탄성결합체의 외표면에 해수에 강한 방수제를 코팅한다.

상기 탄성결합체의 외표면에 코팅되는 방수제는 에폭시로 이루어지는 것이 바람직한데, 차폐 및 밀봉을 향상시킬 수만 있다면 다양한 재질로 이루어질 수도 있다.

상기 탄성결합체의 크기는 상기 핵폐기물통의 갯수에 따라 다르게 제작될 수 있으며, 그 재질도 해수에 강한 재질의 탄성체이라면 어느 것이라도 선택적으로 사용될 수 있다.

또한, 도시되지는 않았지만, 밀봉능력을 향상시키기 위하여, 상기 탄성결합체의 결합부분에 별도의 환형띠가 접착제에 의해 설치될 수도 있다.

본 발명에 따른 핵폐기물의 수중 매립 처리장치의 형상은, 상기와 같은 원형봉의 형상 이외에도 다양한 형상으로 제작될 수 있는데, 물고기형, 수류탄형, 기차형, 자동차형, 계란형 등의 형상을 취할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 원자력 산업에서 발생하는 부산물을 영구적으로 안전하게 처리 및 보관할 수 있도록 한다.

특히, 해수의 영향을 절대로 받지 않도록 완벽한 밀봉을 할 수 있도록, 탄성결합체를 사출성형에 의해 완전 밀봉식으로 구성하고, 그들을 완벽하게 결합시킴으로써 최적의 핵폐기물 처리장치를 얻을 수 있는 것이다.

특히, 구조 및 구성이 간단하여 제작이 매우 용이할 뿐만 아니라, 처리공정도 간단하고 용이하여 전체적인 핵폐기물 처리비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 핵폐기물이 저장된 핵폐기물통(90)을 완전 밀봉시키는 핵폐기물 수중매립 처리장치에 있어서,

   상기 핵폐기물통(90)의 전체 외주면을 감싸는 콘크리트보강재(33);

   상기 콘크리트보강재(33)의 내부에 삽입되는 철근보강재(31);

   상기 콘크리트보강재(33)의 외주면을 완전 밀봉시키기 위하여 피복되는 제 1탄성결합부재(10); 및

   상기 제 1탄성결합부재(10)와 면접하여 결합되는 제 2탄성결합부재(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵폐기물 수중매립 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1탄성결합부재(10)는 개구부 일단에 내측결합부(11)를 구비하고, 상기 내측결합부(11)의 외주면에는 다수의 환형돌기(13)가 형성되며;

   상기 제 2탄성결합부재(20)는 개구부 일단에 외측결합부(21)를 구비하고, 상기 외측결합부(21)의 외주면에는 상기 다수의 환형돌기(13)에 대응하는 다수의 환형홈(23)이 형성되는 것을 특징으로 하는 핵폐기물 수중매립 처리장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 환형돌기(13)는 결합방향쪽으로 화살촉과 같은 형상을 가지며, 환형홈 (23)도 그에 대응하여 화살촉 형상의 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵폐기물 수중매립 처리장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1탄성결합부재(10) 및 제 2탄성결합부재(20)는 천연고무, 합성고무, 우레탄 및 공중합고무(EPDM)로부터 선택된 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 핵폐기물 수중매립 처리장치.
5. 핵폐기물통(90)을 넣고 콘크리트를 부어 양생하기 위한 거푸집(100)을 준비하는 단계;

   준비된 거푸집(100)의 내부에 핵폐기물이 저장 및 보관된 핵폐기물통(90)을 집어넣는 단계;

   상기 거푸집(100)과 핵폐기물통(90) 사이의 공간(S)에 철근보강재(31)를 삽입하는 단계;

   철근보강재(31)를 삽입한 공간(S)에 콘크리트를 부어 양생시켜서 콘크리트보강재(33)를 형성시키는 단계;

   콘크리트보강재(33)가 완성되면, 거푸집(100)을 제거하는 단계;

   핵폐기물통(90)이 내장된 상기 콘크리트보강재(33)의 양측단으로부터 제 1탄성결합부재(10)와 제 2탄성결합부재(20)를 각각 밀어넣어서 내측결합부(11)와 외측결합부(21)의 결합을 통해 탄성결합체를 완성하는 단계; 및

   상기 결합부를 포함한 탄성결합체의 외표면에 해수에 강한 방수제를 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵폐기물 수중매립 처리장치의 제조방법.

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