KR20070119289A

KR20070119289A - 핵폐기물 처리용 조성물과 해당 조성물을 이용한 핵폐기물처리 방법

Info

Publication number: KR20070119289A
Application number: KR1020060053723A
Authority: KR
Inventors: 문정호
Original assignee: 주식회사문정호연구소
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-12-20

Abstract

원자력 발전소 및 연구소에서 사용된 후 발생하는 원자력의 부산물인 핵폐기물을 영구적으로 안전하게 처리 및 보관할 수 있도록 한 핵폐기물 처리용 조성물 및 핵폐기물 처리 방법이 게시되어 있다. 상기 발명에 있어서, 상기 핵 폐기물통 속에서 핵폐기물과 함께 고화되는 탄산칼슘 함유 조성물; 상기 핵 폐기물통 외부에 코팅되는 탄산칼슘 함유 조성물; 상기 코팅된 핵 폐기물통을 부식으로부터 완전 차단하기 위하여 적용되는 2차 코팅처리용 탄산칼슘 함유 조성물; 핵폐기물을 상기 조성물로 처리하여 바닷물 속에 매립하는 핵폐기물 처리방법을 포함하는 것을 특징으로 한다.

핵폐기물, 핵폐기물 처리용 조성물, 유기-무기 복합 바인더 조성물, 탄산칼슘, 핵폐기물 처리방법

Description

핵폐기물 처리용 조성물과 해당 조성물을 이용한 핵폐기물 처리 방법{Radioactive waste treatability and the composition which can be used for that purpose}

도 1은 본 발명에 따른 핵폐기물 처리용 조성물이 사용된 핵폐기물 처리 방법을 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 구성에 나타난 핵폐기물 처리용 조성물의 혼합, 적용, 경화 과정 및 핵폐기물 처리 과정을 개요로 작성한 도면;

도 3은 본 발명에 따른 핵폐기물 처리용 조성물을 철제 판 위에 적용시켰을 때 코팅이 적용된 면과 적용되지 않은 면의 해수에 의한 부식 정도(해수 속에서 72 시간 동안 방치)를 비교한 사진;

도 4는 본 발명에 따른 핵폐기물 처리용 조성물이 경화된 후 바닷물 속에서 표면 입자가 변화된 상을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 으로 촬영한 사진; 및

도 5는 본 발명에 따른 핵폐기물 처리용 조성물에 사용된 탄산칼슘에 대한 X선 회절 분석 결과; 및

도 6은 환경보호단체에서 촬영한 저준위 핵폐기물을 담았던 드럼통이 바닷물 속에 무단투기 상태에 있다가 부식되어 핵폐기물이 유출되는 모습의 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 핵폐기물 저장용기 11 : 핵폐기물

21 : 고화처리용 조성물 22 : 1차 코팅처리용 조성물

23 : 2차 코팅처리용 조성물 24 : 조성물로 처리된 후 수중매립된 핵폐기물 저장용기와 핵폐기물

30 : 물(해수 또는 민물)

41 : 탄산칼슘 바인더(발명의 구성에 나타난 조성물(C)) 로 코팅된 철판의 표면이 바닷물 속에 72시간 방치한 후에도 부식되지 않은 모습.

42 : 탄산칼슘 바인더로 코팅되지 않은 철판의 표면이 바닷물 속에 72시간 방치한 후에 부식이 진행된 모습.

본 발명은 핵폐기물 처리용 조성물과 해당 조성물을 사용하여 핵폐기물을 처리하는 방법에 관한 것으로 보다 상세히는, 핵폐기물을 저장용기 속에서 유기-무기 복합 바인더로 고화시킨 후 밀봉하는 단계, 저장용기와 핵폐기물을 밀봉한 위에 유기-무기 복합 바인더로 코팅 처리하는 단계, 그 위에 내부식 성능을 가진 유기-무기 복합 바인더로 코팅 처리하는 단계로 구성되어, 핵 폐기물에서 발생하는 열에 의해 저장용기 내부의 물질이 팽창하여 저장 용기에 균열이 생기는 것을 막고, 핵폐기물에서 발생한 방사선이 저장 용기 외부로 빠져나가는 것을 차단하며, 바닷물에 의한 저장 용기의 부식을 막음으로써 핵폐기물의 해양 처분이 가능하도록 하는 핵폐기물 처리용 조성물과 핵폐기물 처리 방법에 관한 것이다.

핵폐기물이란 원자력발전소, 병원, 연구소 등 핵반응을 이용한 과학활동의 결과로 나오는 방사성 폐기물을 말하며, 국내에 발생한 핵폐기물의 양은 2010년에는 200리터 들이 드럼으로 14만 6천 통, 2025년에는 30만 통에 이를 것으로 추정된다. 핵폐기물에서는 방사선이 나오기 때문에 인체와 주위 환경에 매우 해롭다. 핵폐기물은 일단 외부로 누출되면 물과 바람을 통해서 전파되며 주위에 악영향을 미치기 때문에 철저하게 관리해야 한다.

핵폐기물을 처리하는 기술에 대해서는 많은 아이디어가 나왔지만 수백 년에서 수십 만년까지도 격리보관 해야 하는 핵폐기물에 대해서는 어느 누구도 뾰족한 처리 방안을 제시하기 어려운 실정이다.

핵폐기물에는 국내 원자력 법규 및 국제 기준에 따른 방사성 폐기물 분류 기준을 적용하는데, 국내 원자력 법규의 방사성 분류기준(과기부고시 제96-38호, 제98-12호)에 따르면, 방사성 폐기물은 중저준위 폐기물과 고준위 폐기물로 구분된다.

즉, 고준위폐기물은 반감기 20년 이상의 α선 방출 핵종농도가 4,000 Bq/g 이상이거나 열 발생률이 2 kW//㎡인 방사성 폐기물 및 사용 후 핵연료이고, 중준위폐기물은 고준위폐기물과 저준위폐기물이 아닌 모든 방사성 폐기물이다.

그리고, 저준위 폐기물은 방사성 물질이 균일하게 분포되어 있고 1g당 평균 방사능농도가 A2 값이 0.05 Ci 이하인 핵종은 3.7 kBq(0.0001 mCi), 0.05 Ci보다 크나 1 Ci 이하인 핵종은 185 kBq(0.005 mCi), A2 값이 1 Ci 이상인 핵종은 11.1 MBq(0.3 mCi)을 초과하지 않는 방사성 폐기물과 표면이 방사성 물질에 의하여 오염된 물건으로서 과학기술부 장관이 정하는 제거가능한 표면오염이 기준치의 10배를 초과하지 아니하고 정상적인 수송 중 체적의 극소화가 발생하더라도 오염된 물건의 방사 능이 위의 농도를 넘지 아니하는 방사성 폐기물 및, 방사성 물질에 의하여 오염된 경우 그 오염이 용이하게 확산하지 아니하고 1 제곱미터당 평균오염도가 A2 값이 0.05 Ci 이하인 핵종의 경우 3.7 kBq/㎠, 기타 핵종의 경우 37 kBq/㎠을 초과하지 아니하는 방사성 폐기물로 각각 분류하였다.

중저준위 폐기물과 고준위 폐기물의 가장 큰 차이점은 반감기가 다르다는 점이다. 고준위 핵폐기물은 반감기가 길어서 방사능이 줄어드는 데에 오랜 시간이 걸린다. 또한 고준위 핵폐기물에서는 강한 방사선과 열이 매우 긴 기간 동안 발생한다. 중저준위 핵폐기물에서는 약한 방사선과 열이 비교적 단시간 동안(수십~수천 년) 발생한다. 저준위 핵폐기물은 주로 직원들이 사용한 소모품들과 과학 장비의 부품들이다. 직원들이 사용한 덧신, 시약 병, 주사기, 작업복, 휴지, 그리고 각종 필터, 교체된 부품 등은 저준위 핵폐기물에 속한다.

종래의 중저준위 핵폐기물 처리 기술에 있어서, 일반적으로 중저준위 핵폐기물은 수거하여 시멘트와 함께 고화시켜서 별도 보관한다. 중저준위 핵폐기물은 방사선을 내뿜는 양은 상대적으로 적지만, 미국 핵 규제위원회가 규정한 수준까지 방사능이 감소하기 위해서는 1백 년~5백 년 동안 안전하게 보관되어야 한다. 그런데 점점 늘어만 가는 핵폐기물을 지상에 적재하는 데에는 매우 넓은 공간이 필요하여 부지 확보에 어려움을 겪고 있다. 또한 지상에 화재, 지진, 홍수, 해일 등의 사고가 발생할 경우 적재하고 있던 핵폐기물로부터 방사능 물질이 빠져나와서 주위를 방사능 오염시키는 사고가 발생할 수 있다. 실례로 원자력 발전소에서 실험 중 화재가 발생해서 폭발하는 바람에 방사능으로 오염된 축적물을 주변 벨로루시와 우크라이나 일대에 전파하여 해당 지역의 갑상선 암 발생률, 소아암 발생률, 및 기형아 발생률을 많이 증가시켰던 체르노빌 원자력 발전소 사고를 보면 핵폐기물을 지상에 축적된 상태로 두는 것이 얼마나 위험한 것인지 이해할 수 있을 것이다. 또한 방사능 해양 오염의 위험성을 체감하지 못했던 1940년대부터 1970년까지, 미국과 여타의 국가들에서는 대부분의 저준위 방사성 폐기물을 드럼통에 집어넣어 해양에 투기했고, 영국과 파키스탄은 최근까지도 방사성 폐기물을 해양에 무단투기하였다. 그 당시 무단투기 상태로 해저 지형에 놓여 있다가 저장용기가 바닷물에 의해 부식되어 핵폐기물이 유출되고 있는 저준위 핵폐기물을 촬영한 사진이 도 6에 나타나 있다. 1970년 이후, 미국에서는 군사적 활동으로 인한 저준위 방사성 폐기물들은 상업용과 정부운영의 매립지에 매립하였다. 오늘날 미국의 상업용 핵 발전소와 병원, 대학, 산업체 등에서 배출된 저준위 폐기물들은 철 드럼에 넣은 뒤에 연방정부 및 주 정부가 운영하는 매립지에 매립되고 있지만 저장 용량의 한계를 맞이하고 있다. 일부 상업용 핵폐기물 매립지는 인근지역의 토양과 하천 그리고 지하수에 방사성 물질을 누출하는 문제를 일으켜 폐쇄되었다. 이처럼 종래의 중저준위 방사성 폐기물 처리 방법은 육지에 처리하기 때문에 안정하면서도 넓은 부지를 확보하기가 어렵고, 방사성 물질 누출과 같은 사고가 발생할 시 큰 피해가 발생하며, 저장량이 늘어감에 따라 수리비, 냉각비, 에너지 비용, 인력비용 등 유지 비용은 비선형적인 증가를 거듭하게 된다. 또한 핵폐기물 및 저장용기에 적절한 수준의 내 부식처리를 하지 않은 상태로 무단투기하는 경우 저장 용기가 부식되어 내용물이 누출되는 등 환경 오염이 발생하게 된다.

종래의 고준위 핵폐기물 처리 방법에서는, 고준위 핵폐기물을 주로 유리와 함께 고화시켜서 별도 보관한다. 고준위 핵폐기물은 짧은 시간 동안에 엄청난 양의 이온화 방사선을 방출하면서 오랜 시간 동안 방사능을 유지하기 때문에 중저준위 핵폐기물보다 더욱 처리하기가 까다롭다. 대부분의 고준위 방사성 폐기물은 상업용 핵 발전소에서 나온 사용 후 핵연료와 핵무기용 플루토늄, 삼중수소를 제작하는 공장에서 나온 폐기물 등으로 이루어져 있다. 이런 경우의 핵폐기물은 수천 년 동안 안전하게 보관되어 있어야 하며, 플루토늄-239의 경우 재처리를 통해 분리되지 않는다면 약 240,000년간 보관되어야 한다. 원자력 개발이 시작된 이래로 50년이 넘도록 연구가 진행되었지만 아직도 영구히 안전하게 핵폐기물을 처분하는 방법은 뚜 렷이 정립되지 않은 상태이다. 1만 년~24만 년 동안 핵폐기물들을 육지에서 적재하면서 전혀 사고도 발생하지 않도록 하는 데에는 엄청난 비용이 소모될 뿐더러 그 가능성도 희박하기 때문이다. 그래서 1990년 미국 과학 아카데미에서는‘장기간 동안 해당부지의 운동을 매우 정확하게 예측할 수 있을 것 같이 가장하기 위해 지질학적인 정보를 이용하는 것은 과학적으로 바람직하지 않다’며 핵폐기물 육지 매립 처분의 불완전함을 지적한 적이 있다. 일부 전문가들 사이에서는 우주나 태양으로 보내는 방안도 검토되었다. 그러나 이 방안은 비용이 매우 높고, 로켓 발사 시에 과거 우주 왕복선 챌린저호 폭발사고처럼 사고가 발생한다면 지구 표면의 광범위한 지역에 고준위 핵폐기물을 오염시키는 위험한 상황이 일어나게 된다. 남극이나 그린란드 빙하 밑에 매립하는 방안도 검토되었으나 문제점이 많았다. 빙하의 장기 안정성은 제대로 알려져 있지 않으며, 빙하는 핵폐기물에서 나오는 열에 의해 불안정화될 수 있다. 게다가 이 방안이 실패했을 경우 폐기물을 회수하는 방법이 없어서 이 방안은 국제법에 의해 금지되었다. 심해의 침강 지역에 매립하는 방안도 제시되었다. 침강 지역의 지반에 핵폐기물 처리 시설을 고정시켜서 지반이 침강할 때 함께 맨틀 속으로 들어가도록 하는 것이다. 그런데 현재까지 밝혀진 지질학적 지식은 그 방안에 대한 안전성을 충분히 보장할 수 있을 정도로 완전하지 않다. 핵폐기물이 지하 화산활동으로 인해 외부 유출될 수도 있고, 폐기물 용기가 심해지반으로 내려가기 전에 파손되어 바다를 오염시킬 수 있으며, 만약 사고가 발생할 시에는 폐기물의 회수할 방법이 없다. 폐기물을 무해하거나 덜 해로운 방사성 동위원소로 전환하는 방안도 검토되었다. 그러나 이 방법은 기술적으로 거의 불가능하며, 가능 하다고 해도 매우 많은 비용이 필요하게 된다. 그리고 그 결과로 생기는 독성물질들과 저준위 방사성 폐기물들을 안전하게 처분해야하는 문제가 여전히 남는다. 그래서 대부분의 핵반응 시설에서는 뚜렷한 영구 처분 방법이 없이 지상 또는 지하의 안정지대에 핵폐기물을 적재해 나가고 있는 실정이다. 종래의 방법인 핵폐기물을 육지에 처분하는 방법은 핵폐기물을 처분할 부지의 안정성을 충분히 검증하여 설정하는 것도 어려우며, 부지를 설정하기까지 오랜 시일이 걸리고, 장기간 안전에 대한 충분한 보장이 매우 어려운 데에다가 시설 유지비용도 비선형적으로 증가하고 있는데 발생량 대비 저장공간은 한계에 다다르고 있는 실정이다.

한 편, 핵폐기물을 바닷물 속에 처분하는 방법이 있다. 해저에서는 수천 년 이상 안정한 상태를 유지해 온 안정지대를 쉽게 찾아서 부지로 선정할 수 있으며, 핵폐기물 처리와 격리만 실시한다면 주위 해양 환경을 크게 손상시키지 않으면서도 지상에 방사선 피해를 끼치는 것을 막을 수 있다. 바닷물 내부에서는 핵폐기물에서 발생하는 방사선의 속도가 '빛의 속도는 매개 물질의 굴절률의 역수에 비례한다'는 법칙에 의해 공기 중 빛의 속도의 약 74.5%로 감소하게 된다. 그럴 경우 '방사선의 에너지 = hf = hc/λ'(여기서 h는 플랑크 상수인 6.6260755×10^-34J·s, f는 주파수, c는 빛의 속도, λ는 파장의 길이) 라는 법칙에 의해서 방사선의 이온화 에너지는 25.5%가 감소한다.

바닷물 속에 처분하는 것이 바람직한 또 다른 이유는 바닷물 속에 함유된 이온 물질이 전자기파를 흡수하는 성질이 있기 때문이다. 같은 깊이의 물이 있을 때 바닷물 수중이 민물의 수중보다 어둡게 보이는 이유가 바로 바닷물에 포함된 이온 물질들이 전자기파인 빛을 흡수하기 때문이다. 바닷물은 전도성 물질인 구리, 철 등의 금속류처럼 전도성을 가지며, 구리, 철 등의 금속류가 방사선을 잘 흡수하는 성질이 있는 것처럼 바닷물도 방사선을 흡수하는 성질을 가진다.

바닷물 속에 처분된 핵폐기물은 바닷물의 방사선 흡수, 약화 효과에 의하여 주위 환경에 비교적 약한 영향력을 발휘하게 된다. 그리고 종래 핵폐기물 처리기술의 가장 큰 문제였던 지상에 방사선 피해를 끼칠 가능성을 최소화할 수 있다. 다만 바닷물 속에 핵폐기물을 처분하는 방법에 있어서 문제가 되는 것은 바닷물이 저장용기와 핵폐기물을 부식시킨다는 점이다. 도 6에 제시된 사진과 같이 핵폐기물 저장 용기가 부식될 경우 저장되어 있던 핵폐기물이 유출되어 주변 환경에 확산한다. 등이 굽은 물고기와 같은 기형 생물, 해조류의 방사능 오염 등이 발생하는 대부분의 이유도 무단투기 상태로 처분된 핵폐기물의 저장용기에 적합한 내 부식 처리가 되지 않았기 때문에 철 드럼통이 부식되어 핵폐기물이 확산하여버린 까닭에 있다.

이에 따라서, 바닷물이 핵폐기물의 저장 용기와 내용물을 부식시키는 현상을 막아서 핵폐기물이 바닷물 속에 영구 처분될 수 있도록 하면 바람직할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 핵폐기물의 처리 기술의 한계를 극복하기 위해서 안출된 것으로서 그 목적은 핵폐기물을 기존의 지상 또는 지하에 매립하거나 적재 보관하던 방식이 아닌 바닷물 속에 영구히 처분할 수 있도록 핵폐기물 처리용 조성물과 해당 조성물로 핵폐기물과 저장용기를 처리하는 핵폐기물 처리 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 핵폐기물을 바닷물 속에 영구히 처분하는 것을 가능하게 하는 핵폐기물 처리용 조성물과 핵폐기물 처리 방법을 제공함으로써 지상 또는 지하에 매립, 적재보관 방식으로 핵폐기물을 처리할 경우 발생할 수 있는 각종 위험 사고를 방지하고, 매립 부지의 확보에 따르는 어려움을 해소하며, 핵폐기물의 안전한 영구 처분을 가능케 하여 인류 사회에 이바지하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성은 (A)~(D) 에 이르는 핵폐기물 처리용 조성물 및 해당 조성물로 핵폐기물을 처리방법을 제시함에 의하며, 그 각각을 나열할 때,

(A) 탄산칼슘을 포함하며 실리카 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물 및 핵폐기물을 저장용기 속에 고화시키기 위해 조성물을 핵 폐물과 함께 저장용기에 넣은 후 고화시키고 밀봉하는 단계; 와

(B) 탄산칼슘을 포함하며 암염재질의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물 및 (A) 단계를 거친 핵폐기물 저장용기의 표면에 본 조성물로 코팅 처리하는 단계; 그리고,

(C) 탄산칼슘을 포함하며 송진재질의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물 및 (B) 단계를 거친 핵폐기물 저장용기의 표면에 본 조성물 로 코팅하는 단계; 그리고,

(D) (A)~(C) 단계를 거친 핵폐기물을 바닷물 속에 수중 매립하는 단계로 구성된다.

본 발명에 따른 방법으로 처리할 수 있는 핵폐기물의 종류는 방사능에 의해 오염된 철제 및 콘크리트 등의 건축자재, 기체방사성 폐기물을 처리한 필터, 액체방사성 폐기물을 농축하여 고화시킨 세라믹 또는 유리 등의 고화 물질, 석탄 화력발전소에서 발생한 플라이 애쉬와 SiO₂, B₂O₃, Na₂O 또는 그 가공물과 기타 산화 무기물을 고준위 방사성 폐기물과 혼합한 후 가열 용융하여 폐기물을 안정화시킨 붕규산유리고화체, 방사선 방호 피복, 실내화, 제염지, 장갑, 두건 등의 가연성 건조폐기물(Dry Active Solid Waste: DAW)을 소각하여 가공한 유리 고화체, 저준위 폐기물의 파라핀 고화체, 건조 및 미분화된 방사성 폐수 등 이외의 각종 고,중,저준위 핵폐기물들이며,

본 발명에 따른 방법으로 처리할 수 있는 핵폐기물 저장용기는 금속제 또는 콘크리트 등의 무기재질, 합성 수지 계열의 유기재질, 유기-무기 복합 재질, 세라믹 재질 등 학계에서 제시된 실용 가능한 핵폐기물 저장 용기라면 본 발명에 제시한 방법으로 처리할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시를 위한 바인더 조성물의 구체적인 구성 및 처리 방법을 대표도를 바탕으로 설명하면 다음과 같다. 단, '부'라 함은 질량 부를 의미한다.

(A) 탄산칼슘을 포함하며 실리카 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물은 다음과 같이 구성된다.

아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 60~70 부,

실록산기를 가진 화합물 35~45 부,

광증합성 개시제 7~10 부,

열경화성 개시제 4~5 부,

유기산 화합물 0.05~0.1 부,

알칼리토 금속류 경화촉매 0.05~0.2 부,

실록산기를 가진 화합물로 표면처리된 실리카 충진재 27~30 부,

상용 충진재 45~50 부,

탄산칼슘 135~150 부,

히드록시 기를 포함한 유기화합물 16~25 부로 구성되어 있다.

위에 제시된 물질은 교반장치와 온도조절장치가 구비된 유리, 플라스틱 또는 금속 재질의 반응기에 교반 중에 순차적으로 혼합하며, 혼합물의 내부 온도가 60℃ 이상 올라가지 않도록 주의해야 한다.

상기 원료를 혼합하여 완성된 조성물을 저장용기 속에 핵폐기물과 함께 채워 넣은 후 80~160℃의 열로 1~2 시간 가열하면 핵폐기물이 저장 용기 속에서 해당 조성물과 함께 고화된다. 이 때 고화를 촉진시키기 위하여 마이크로파와 같은 전자기파 에너지를 도입하여 경화의 진행을 촉진할 수 있다. 고화가 완료된 후에는 저장 용기의 설계된 방식대로 덮개를 닫아서 저장용기를 밀봉한다. 밀봉된 저장용기는 아래에 제시된 (B)의 조성물로 코팅 처리하게 된다.

(B) 탄산칼슘을 포함하며 암염재질의 충전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물은 다음과 같이 구성된다.

아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 65~80 부,

실록산 기를 가진 화합물 35~40 부,

광중합성 개시제 14~20 부,

열경화성 개시제 8~10 부,

유기산 화합물 0.05~0.1 부,

알칼리토금속류 경화촉매 0.05~0.2 부,

규소를 포함한 충진재 25~30 부,

상용 충진재 30~50 부,

탄산칼슘 120~150 부,

분쇄된 암염 분말 35~50 부,

히드록시 기를 포함한 유기화합물 20~25 부로 구성되어 있다.

상기 조성물은 방사선 차단 기능을 가진 암염 재질의 상용 충진재를 포함하기 때문에 상기 조성물로부터 경화된 코팅 피막은 핵폐기물로부터 외부로 방사되는 방사선을 차단하는 성질을 가진다. 암염 재질의 충진재는 상기 범위에 제시된 분량만큼 사용되는 것이 좋은데, 상기 범위를 지나쳐서 50 부를 초과하면 경화성, 전화율 등이 미흡해 지게 되며, 또 상기 범위에 지나치게 미달하여 35 부 미만이 되면 방사선 차단 성능이 떨어지게 된다. 이 때 코팅제를 0.1~2.5 cm 두께로 도포한 후 1차 경화로서 80~100℃의 열 또는 파장 200nm~400nm의 자외선을 사용할 수 있다. 그 후 2 차 경화로서 80~160℃의 열로 1~3 시간 가열하면 도포된 코팅제가 코팅 피막으로 경화된다. 이때 코팅 피막의 경화를 촉진하기 위하여 마이크로파와 같은 전자기파 에너지를 도입하여 경화의 진행을 촉진할 수 있다.

(C) 탄산칼슘을 포함하며 송진재질의 첨가재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기-무기 복합 조성물은 다음과 같이 구성된다.

아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 55~60 부,

실록산 기를 가진 화합물 45~50 부,

광중합성 개시제 15~20 부,

열경화성 개시제 7~10 부,

유기산 화합물 0.05~0.1 부,

알칼리토금속류 경화촉매 0.05~0.2 부,

규소를 포함한 충진재 25~30 부,

상용 충진재 40~50 부,

탄산칼슘 120~150 부,

송진 물질 20~25 부,

히드록시 기를 포함한 유기화합물 20~25 부로 구성되어 있다.

상기 바인더에는 송진 물질을 첨가제로서 포함하여 바닷물에 의한 부식을 효과적으로 차단한다. 첨가되는 송진으로서는 일반적인 소나무의 줄기에서 추출되는 진액이라면 사용될 수 있으나 시중에서 구할 수 있는 해송의 송진이 적절하다. 송진 물질을 첨가제로 사용할 경우 역시 상기 범위에 제시된 분량을 사용하는 것이 좋은데, 상기 범위를 지나쳐서 25 부를 초과할 할 경우 조성물의 점도가 지나치게 높아지며 경화성과 내구성에 문제가 발생하게 되고, 한 편 상기 범위에 지나치게 미달하여 20 부 미만이 되면 코팅막의 내부식성 효과가 감소하게 된다. 이 때 코팅제를 0.1~3 cm 두께로 도포한 후 조성물의 고정을 위해 필요할 경우 1차 경화로서 80~120℃의 열 또는 파장 200nm~400nm의 자외선을 사용할 수 있다. 그 후 2 차 경화로서 80~160℃의 열로 1~3 시간 가열하면 도포된 코팅제가 코팅 피막으로 경화된다. 이때 코팅 피막의 경화를 촉진하기 위하여 마이크로파와 같은 전자기파 에너지를 도입하여 경화의 진행을 촉진할 수 있다.

상기 조성물로 처리된 핵폐기물 및 핵폐기물 저장용기는 외관상으로 볼 때 회색 빛 내지 우윳빛의 코팅 막을 가지게 되며, 바닷물에 대한 내 부식성이 탁월하다. 상기 조성물로 코팅된 시편을 바닷물 속에서 일정 시간 방치했을 때 그 표면을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope) 으로 촬영한 사진이 도 4에 제시되어 있다. 해당 사진을 보면 좌측에 증류수 속에 방치된 코팅물의 표면 사진이 있고, 중간에는 3.0% 농도의 소금물 속에 1일 방치된 코팅물의 표면 사진이 있으며, 우측에 동일한 농도의 소금물 속에 7일간 방치된 코팅물의 표면 사진이 제시되어 있다. 사진을 살펴보면, 소금물 속에 방치된 코팅물 표면의 탄산칼슘 결정이 더욱 단단한 형태의 결정을 이룬 것을 확인할 수 있다.

도 5에는 상기 증류수 속에 1일 동안 방치되었던 시편과 소금물 속에 방치되었던 시편을 X선 회절 분석하여 그 결정 형태를 조사한 X선 회절 분석 그래프가 제시되어 있다. 증류수 속에 방치되었던 시편은 VATERITE형 결정을 형성시킨 데에 반하여 소금물 속에 방치된 시편은 CALCITE형 결정을 형성시켰다. CALCITE 결정은 표면경도 및 내화학성 면에서 VATERITE형 결정보다 뛰어난 특성을 보인다. 상기 조성물로 코팅된 시편이 바닷물과 같은 소금물 환경에서 뛰어난 내구성을 갖추고 있다는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명인 핵폐기물 처리용 조성물과 핵폐기물 처리방법에 의하면 핵폐기물을 기존의 지상 또는 지하에 매립하거나 적재 보관하던 방식이 아닌 해양 처분 방식을 실행할 수 있게 되며, 유기-무기 복합 바인더로 핵폐기물과 저장용기 를 처리하여 바닷물이 핵폐기물 및 저장용기를 부식시켜서 핵폐기물이 바닷물을 통해 유출, 확산 되는 것을 막고, 그럼으로써 안전하게 핵폐기물을 바닷물 속에 영구히 처분하는 것이 가능하게 하고, 종래에 핵폐기물을 지상 또는 지하에 매립, 적재보관 방식으로 처리할 경우 발생할 수 있는 각종 위험 사고를 방지하고, 매립 부지를 확보하는 데에 따르는 어려움을 해소하며, 핵폐기물의 장기간 보관에 따른 유지 비용을 절감하게 하고, 더 나아가 인류 사회와 국가의 방사능 오염에 대한 안전대비를 증진시키는 우수한 효과를 제공할 수 있다.

Claims

핵폐기물과 그 저장 용기를 바닷물 속에 안정하게 처분하기 위한 핵폐기물 처리용 조성물과 핵폐기물 처리방법에 있어서, 핵폐기물 처리용 조성물이,

(A) 핵폐기물을 저장용기 속에 고화처리 하기 위한 유기-무기 복합 조성물; (B) 핵폐기물이 내부에 고화된 저장용기 표면에 코팅 처리하기 위한 유기-무기 복합 조성물; (C) 고화 및 코팅 처리가 끝난 핵폐기물과 저장용기 외부에 내부식성 코팅 처리를 하기 위한 유기-무기 복합 바인더 조성물로 구성되며, 상기 조성물을 핵폐기물에 열, 자외선, 또는 마이크로파 에너지 경화 방식을 복합하여 처리하여 그것을 바닷물 속에 영구 처분하기 위한 핵폐기물 처리용 조성물과 핵폐기물 처리방법
상기 1 항에 있어서, (A) 핵폐기물을 저장용기 속에 고화시키기 위해 사용되는 유기-무기 복합 바인더 조성물이, 아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 60~70 부,실록산기를 가진 화합물 35~45 부, 광증합성 개시제 7~10 부, 열경화성 개시제 4~5 부, 유기산 화합물 0.05~0.1 부, 알칼리토 금속류 경화촉매 0.05~0.2 부, 실록산기를 가진 화합물로 표면처리된 실리카 충진재 27~30 부, 상용 충진재 45~50 부, 탄산칼슘 135~150 부, 히드록시 기를 포함한 유기화합물 16~25 부로 구성된 혼합물인 핵폐기물 처리용 조성물 및 핵폐기물 처리 방법.
상기 1 항에 있어서, (B) 핵폐기물이 내부에 고화된 저장용기 표면에 코팅 처리하기 위한 유기-무기 복합 조성물이, 아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 65~80 부, 실록산 기를 가진 화합물 35~40 부, 광중합성 개시제 14~20 부, 열경화성 개시제 8~10 부, 유기산 화합물 0.05~0.1 부, 알칼리토금속류 경화촉매 0.05~0.2 부, 규소를 포함한 충진재 25~30 부, 상용 충진재 30~50 부, 탄산칼슘 120~150 부, 분쇄된 암염 분말 35~50 부, 히드록시 기를 포함한 유기화합물 20~25 부로 구성된 핵폐기물 처리용 조성물 및 핵폐기물 처리 방법.
상기 1 항에 있어서, (C) 고화 및 코팅 처리가 끝난 핵폐기물과 저장용기 외부에 내 부식성 코팅 처리를 하기 위한 유기-무기 복합 바인더 조성물이 아크릴로일 기를 가진 유기 화합물 55~60 부, 실록산 기를 가진 화합물 45~50 부, 광중합성 개시제 15~20 부, 열경화성 개시제 7~10 부, 유기산 화합물 0.05~0.1 부, 알칼리토금속류 경화촉매 0.05~0.2 부, 규소를 포함한 충진재 25~30 부, 상용 충진재 40~50 부, 탄산칼슘 120~150 부, 송진 물질 20~25 부, 히드록시 기를 포함한 유기화합물 20~25 부로 구성된 핵폐기물 처리용 조성물 및 핵폐기물 처리 방법.