KR20160077180A - 금속 산화물 내에 방사성 핵종을 함유하는 원자력 발전소 컴포넌트 표면의 상온 제염 - Google Patents

금속 산화물 내에 방사성 핵종을 함유하는 원자력 발전소 컴포넌트 표면의 상온 제염 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 원자력 발전소 내의 컴포넌트 상의 침착물의 방사성 제염에 관한 것이고, 구체적으로 가압수형 원자로 내의 컴포넌트의 1차 측 표면 및 비등수형 원자로의 내부 컴포넌트 상에 형성된 방사성 핵종을 상온에서 파괴하고 용해시키고 제거하고 감소시키는 개선된 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 구조체를 확인하는 단계; 상기 구조체를 작동 서비스로부터 꺼내는 단계; 상기 구조체를 수용액과 접촉시키는 단계(예컨대, 재순환 흐름 또는 정적 함침); 및 고체 형태인 효과량의 원소 금속을 상기 수용액에 첨가하는 단계를 포함한다.

Description

금속 산화물 내에 방사성 핵종을 함유하는 원자력 발전소 컴포넌트 표면의 상온 제염{AMBIENT TEMPERATURE DECONTAMINATION OF NUCLEAR POWER PLANT COMPONENT SURFACES CONTAINING RADIONUCLIDES IN A METAL OXIDE}
본 발명은 일반적으로 상온에서 원자력 발전소 내의 컴포넌트(component) 상의 침착물의 방사성 제염을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 구체적으로 가압수형 원자로(pressurized water reactor) 내의 컴포넌트의 1차 측 표면 및 비등수형 원자로(boiling water reactor)의 내부 컴포넌트 상에 형성된 방사성 핵종의 상온에서의 파괴, 용해, 제거 및 감소에 관한 것이다.
가압수형 원자로 및 비등수형 원자로와 같은 수형 원자로(nuclear water reactor)에서, 산화물 스케일(scale)-함유 방사성 핵종이 구조체(예컨대, 컴포넌트 및 관련 부품 또는 배관)의 표면에 부착되거나 표면 상에서 생성되고, 상기 구조체가 원자로 작동 중에 연장된 시간에 걸쳐 유체, 예컨대 냉각수와 접촉하는 것이 전형적이다. 수형 원자로는 일반적으로 물이 냉각수로서 사용되는 열 원자로이다. 물은 수많은 금속 컴포넌트, 예컨대 스테인레스 강 및 앨로이(Alloy) 600, 앨로이 690 또는 앨로이 800 도관을 통과한다. 이러한 물질의 구성물이 부식에 대해 높은 내성이 있지만, 얇은 산화물 코팅(또는 필름)이 원자로의 전력 작동 중에 냉각수에 의해 적셔지는 컴포넌트 및 관련 부품 또는 배관의 표면 구역 상에서 시간이 경과함에 따라 발생한다. 산화물 코팅의 부분이 냉각수에 용해될 수 있고, 시스템(예컨대, 원자로 냉각 시스템)을 통과하는 냉각수에 의해 수송될 수 있음이 밝혀졌다. 구조체의 표면 상의 스케일 및 침착물의 퇴적은 구조체의 작동 성능 및 건전성(integrity)에 대한 불리한 효과를 가질 수 있다.
가압수형 원자로(PWR) 내의 컴포넌트의 1차 측(예컨대, 원자로 냉각수 시스템) 표면 및 비등수형 원자로(BWR)의 내부 컴포넌트는 원자로 작동 중에 형성된 방사성 핵종을 함유한다. 방사성 핵종은 전형적으로 니켈 페라이트 격자 내의 방사성 코발트이다. 다양한 시스템 및 방법이 BWR의 내부 컴포넌트 및 PWR 컴포넌트의 1차 측 표면 상의 방사성 핵종의 존재를 제거하거나 감소시키기 위해 당해 분야에서 개발되었다. 화학약품 주입에 의해 방사성 핵종을 감소시키는 것이 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들어, 아연 화합물이 수형 원자로의 냉각수에 전력으로 주입되어 방사성 핵종을 감소시키거나 제거할 수 있다. 또한, 세척 용액을 제조하고, 가열하고, 전체 시스템에 주입하거나 국소적으로 주입하는 고온 공정을 사용하는 것이 공지되어 있다. 다수의 공지된 제염 방법은 성가시고, 고온 유체의 취급, 및 산화 및 환원과 같은 다수의 화학적인 단계를 필요로 하는 것으로 판명되었다.
따라서, 공지된 방사성 제염은 전형적으로 제염될 목적 컴포넌트에 따라서 고온 용해 또는 기계적으로 유도된 난류 또는 이들을 조합을 포함한다. 또한, 공지된 기술은 고온 유체의 흐름, 기계의 손 세척(냉각수 펌프의 경우) 및 기계적 교반 하의 긴 시간을 필요로 한다. 또한, 이러한 기술은 공격적인 화학 조건(예컨대, 산화 조건으로부터 환원 조건으로의 전환)을 필요로 한다. 일반적으로, 공지된 기술은 방사성 핵종의 제거 또는 환원을 위한 온도, pH 및 산화환원 전위 변환을 사용하고, 이러한 기술은 생성된 방사성 폐기물의 양에 기인하여 원자력 발전소에서 드물게 수행된다.
부가된 열을 필요로 하지 않는, 예컨대 상온에서 또는 액체 흐름 하에 수행될 수 있는 국소화된 제염 및 침착물 제거를 위한 방법을 개발하는 것이 당해 분야에서 요구되어 진다.
하나의 양상에서, 본 발명은 수형 원자로 내의 구조체의 표면 상에 형성된 방사성 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하거나 제거하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 구조체를 확인하는 단계; 상기 구조체를 작동 서비스로부터 꺼내는 단계; 구조체의 표면을 수용액과 접촉시키는 단계; 및 고체 형태인 효과량의 원소 금속을 상기 수용액에 첨가하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상온에서 수행된다.
방사성 침착물은 방사성 핵종, 산화물 스케일 및 부식 생성물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
원소 금속은 저합금강(low alloy steel)에 대해 애노드성(anodic)인 표준 전기화학적 전위를 갖는 금속으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 원소 금속의 전기화학적 전위는 금속 및 합금의 갈바닉 계열에서 저합금강의 전위보다 더욱 활성일 수 있다. 원소 금속은 아연, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 리튬, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 특정 양태에서, 원소 금속은 아연일 수 있다.
원소 금속은 슬래브 형태, 과립 형태, 분말 형태, 콜로이드 형태 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태일 수 있다. 콜로이드 형태는 마이크로-크기 입자, 나노-크기 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 입자를 함유할 수 있다.
상기 방법은 격리제, 킬레이트화제, 분산제, 산화제, 환원제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 수용액에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 셧다운(shutdown) 및 레이업(layup)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 작동 서비스 조건이 아닌 동안 수행될 수 있다.
상기 방법은 금속 이온을 방사성 침착물로부터 해리시키는 단계, 금속 이온을 침전시키는 단계, 및 여과, 이온 교환 및 역 삼투압으로 이루어진 군으로부터 선택되는 공정을 사용하여 침전물을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방법은 파괴된 방사성 침착물을 정제하는 단계, 상기 침착물을 컨테인먼트 섬프(containment sump)로 전달하는 단계, 상기 침착물을 방사성 폐기물 시스템에 첨가하는 단계, 및 상기 침착물을 수형 원자로로부터 떨어진 위치에 수송하는 단계 중 하나의 단계를 추가로 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 본 발명은 조성물이 비-작동 조건 중에 구조체의 표면과 접촉할 때, 수형 원자로 내의 구조체의 표면 상에 형성된 방사성 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하고 용해시키는데 효과적인 조성물을 제공한다. 조성물은 수성 성분, 및 고체 형태의 원소 금속 성분을 포함한다. 조성물은 방사선 침착물의 산화물 격자로부터 하나 이상의 금속 이온을 해리시키는데 효과적이다.
본 발명의 추가 이해는 첨부된 도면과 함께 읽는 경우 바람직한 양태의 하기 기재로부터 얻을 수 있다:
도 1은 붕산 조건 하의 니켈 페라이트 침착물의 용해에 대한 원소 아연의 영향을 나타내는 도표이다.
도 2는 환원 조건 하의 니켈 페라이트 침착물의 용해에 대한 원소 아연의 영향을 나타내는 도표이다.
본 발명은 상온에서 수형 원자로 내의 방사성 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하고 용해시키고 제거하고 감소시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 방사성 침착물은 가압수형 원자로 내의 1차 측, 예컨대 원자로 냉각 시스템, 컴포넌트 표면 및 관련 배관, 및 비등수형 원자로 내의 내부 컴포넌트 표면 상에 침착된 방사성 핵종, 산화물 스케일 및 부식 생성물을 포함한다. 방사성 핵종을 함유하는 침착물은 원자로 작동의 결과로서 상기 표면 상에 형성되고 퇴적될 수 있다. 또한, 다른 부식 생성물도 원자로 작동 중에 상기 표면 상에 침착될 수 있다. 예를 들어, 침착물은 알루미늄, 망간, 마그네슘, 칼슘, 니켈 및/또는 규소 형태와 같은 오염물을 포함할 수 있다. 이들 제품의 제거 및 감소는 흐름 폐색(부식 생성물 퇴적에 기인하여 발생함)을 예방하거나 미리 배제하기 위하여, 그리고 방사성 산화물 스케일의 존재에 의해 야기된 부식을 억제하기 위하여, 컴포넌트를 둘러싸는 시스템의 국소 투여 속도를 감소시키는데 효과적일 수 있다. 본 발명의 방법은 방사성 산화물 스케일을 적어도 부분적으로 파괴하고 용해시키고 제거하고 감소시키기 위하여 상온에서 전기화학적 기술을 사용한다. 방사성 산화물 스케일의 조성은 변할 수 있고, 전형적으로 철, 니켈, 코발트, 크로뮴 및 이들의 방사성 동위원소 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 수성 성분 및 고체 금속 성분을 갖는 수용액을 사용한다. 수성 성분은 물, 예컨대, 원자로 냉각수를 포함한다. 금속 성분은 고체 형태의 원소 금속을 포함한다. 수용액은 방사성 침착물의 산화물 격자로부터 금속 이온을 해리시키는데 효과적이다.
원소 금속은 저합금강에 대해 애노드성인 표준 전기화학적 전위를 갖는 공지된 금속으로부터 선택된다. 특정 양태에서, 원소 금속의 전기화학적 전위는 금속 및 합금의 갈바닉 계열에서 저합금강의 전위보다 더욱 활성이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 원소 금속의 예는 비제한적으로 아연, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 리튬, 철 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 특정 양태에서, 원소 금속은 아연이다. 원소 금속은 다양한 고체 또는 미립자 형태, 예컨대 비제한적으로 슬래브 형태, 과립 형태, 분말 형태, 콜로이드 형태 및 이들의 조합일 수 있다. 원소 금속이 콜로이드 형태인 특정 양태에서, 마이크로-크기 입자, 나노-크기 입자 및 이들의 조합이 포함될 수 있다. 원소 금속은 다양한 양으로 존재할 수 있고, 이러한 양은 제염을 위한 시스템, 컴포넌트 및/또는 관련 장비의 크기에 따라 변할 수 있다. 특정 양태에서, 원소 금속 농도는 수용액의 부피를 기준으로 약 0.001 내지 약 2 M일 수 있다.
수용액의 pH는 변할 수 있다. 특정 양태에서, pH는 약 3.0 내지 약 13.0의 범위 내에서 조정될 수 있다. 또한, 수용액은 보레이트화될 수 있고, 6 ppm 이하의 리튬을 함유할 수 있다.
본 발명의 방법은 일반적으로 효과량, 즉 가압수형 원자로의 1차 측 또는 비등수형 원자로에 위치하는 구조체의 표면 상에 존재하는 방사성 침착물의 양 또는 수준을 적어도 부분적으로 파괴하거나 용해시키거나 제거하거나 감소시키는데 충분한 양의 고체(예컨대, 미립자) 형태의 원소 금속의 순환 냉각수로의 첨가를 포함한다. 본 발명의 방법은 상온에서, 이에 따라, 구조체 또는 구조체를 함유하는 시스템에 적용되는 시스템 열원 또는 외부 열원의 부재 하에 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 컴포넌트 및 관련 배관이, 예컨대, 수형 원자로 내에서 레이업 또는 셧다운 조건 중에 작동 서비스에서 꺼내질 때 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법은 일반적으로 전기화학적으로 제염될 컴포넌트 및/또는 관련 장비, 예컨대, 배관을 확인하는 단계; 컴포넌트 및/또는 관련 장비를 작동 서비스로부터 꺼내는 단계; 컴포넌트 및/또는 관련 장비를 1차 측의 나머지, 예컨대, 원자로 냉각 시스템으로부터 분리하는 단계; 컴포넌트 및/또는 관련 장비와 접촉하는 수용액의 재순환 흐름, 또는 수용액 내의 컴포넌트 및/또는 관련 장비의 정적 함침을 사용하는 단계; 및 고체 또는 미립자 형태인 효과량의 원소 금속을 상기 수용액에 첨가하는(예컨대, 주입하는) 단계를 포함한다.
임의의 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 원소 금속이 방사성 제염을 위한 목적 구조체의 표면 상에 존재하는 방사성 침착물, 예컨대, 산화물 스케일 필름에 의해 수용되는 하나 이상의 전자를 방출하는 것으로 여겨진다. 금속 이온은 침착물로부터 방출되고, 이에 따라 침착물의 표면 전하가 변경된다(예컨대, 전하 불균형이 발생한다). 방사성 침착물의 격자는 불안정화되고, 금속 이온 방출(예컨대, 해리된 금속 이온)의 속도가 증가된다. 특정 양태에서, 원소 아연은 철 산화물 침착물과 반응하여 격자로부터의 철 이온의 방출을 야기한다.
특정 양태에서, 원소 금속은 격리제, 킬레이트화제 또는 이들의 혼합물 또는 배합물과 조합될 수 있다. 격리제 및/또는 킬레이트화제는 원소 금속의 첨가 전에, 첨가와 함께 또는 첨가 후에 수용액에 첨가될 수 있다. 적합한 격리제 및 킬레이트화제는 당업자에게 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 격리제의 비제한적인 예는 오르토포스페이트, 폴리포스페이트, 1-하이드록시에틸리덴-1,1-다이포스폰산의 산 및 염, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 킬레이트화제의 비제한적인 예는 에틸렌다이아민 테트라아세트산(EDTA), 하이드록시에틸 에틸렌다이아민 트라이아세트산(HEDTA), 로릴 치환된 EDTA , 폴리아스파르트산, 옥살산, 글루탐산, 다이아세트산(GLDA), 에틸렌다이아민-N,N'-다이석신산(EDDS), 글루콘산, 글루코헵톤산, Ν,Ν'-에틸렌비스-[2-(o-하이드록시페닐)]-글리신(EHPG), 피리딘 다이카복실산(PCDA), 니트릴로트라이아세트산(NTA), 이들의 산 및 염, 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 리간드를 포함한다.
격리제 및/또는 킬레이트화제는 다양한 양으로 이용될 수 있다. 특정 양태에서, 격리제 및/또는 킬레이트화제는 용액 조성물의 중량을 기준으로 약 0.025 내지 약 5.0 중량%의 양으로 존재한다.
하나 이상의 이러한 제제의 사용은 침착물로부터 방출된 이온, 예컨대, 해리된 금속 이온을 착물화시키는데 효과적일 수 있다. 특정 양태에서, 철, 니켈, 코발트 및 이들의 상응하는 동위원소는 격리제, 킬레이트화제 또는 이들의 배합물을 사용하여 방사성 침착물의 격자로부터 착물화될 수 있다. 해리된 금속 이온은 또한 해리된 금속 이온을 침전시키고 분산제를 사용하여 콜로이드성 침전물을 제거함으로써 착물화될 수 있다. 적합한 분산제는 당해 분야에 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 분산제의 비제한적인 예는 폴리아크릴산, 아민 중화된 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 분산제의 비제한적인 예는 제너럴 일렉트릭 캄파니(General Electric Company)로부터 상표명 옵티스퍼스(OptiSperse) PWR 6600으로 시판 중이다. 해리된 금속 이온은 산화물 침착물로부터 침전될 수 있고, 콜로이드성 침전물은 여과, 역 삼투압 또는 이온 교환을 사용함으로써 제거될 수 있다.
특정 양태에서, 수용액은 수용액에 함유되는 착물화된 금속의 농도를 측정하기 위해 분광광도계를 통과하여 순환될 수 있다. 또한, 소비된 수용액은 인라인(in-line) 이온 교환 층, 적층된 여과 어셈블리 또는 작은 ㎛ 크기 필터를 통해 배수될 수 있다.
임의의 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 수소 기체가 제염 공정 중에 동일 반응계에서 생성되고, 용액 및 미립자의 혼합 및 기계적 교반을 촉진하는 것으로 여겨진다.
또한, 수용액은 혼합을 위해 불활성 기체 또는 공기에 의해 스파징(sparging)될 수 있고, 제염의 위한 목적 컴포넌트 및/또는 관련 장비를 함유하는 시스템은 산화 또는 환원 조건 하에 있을 수 있다. 산화 조건의 경우, 산소 포집제가 사용될 수 있다. 적합한 산소 포집제는 당해 분야에 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 환원 조건의 경우, 환원제가 사용될 수 있다. 적합한 환원제는 당해 분야에 공지된 것들로부터 선택될 수 있다. 환원제의 비제한적인 예는 아스코르브산, 시트르산, 하이드라진, 카보하이드라자이드, 촉매화된 하이드라진, 하이드로퀴논, 메틸에틸케톡심, 다이에틸하이드록실아민, 에리토르베이트 및 이들의 혼합물을 포함한다.
특정 양태에서, 원소 금속은 원자로의 국소 구역에 첨가될 수 있다. 비제한적인 예는 원소 금속을 제트 펌프 오리피스 또는 원자로 냉각 펌프를 함유하는 국소 구역에 첨가함을 포함한다.
특정 양태에서, 침착물, 예컨대, 방사성 핵종 및/또는 방사성 산화물 스케일은 귀금속으로 컨디셔닝될 수 있다. 이러한 컨디셔닝 단계는 원소 금속을 수용액에 첨가하기 전에 수행될 수 있다.
특정 양태에서, 시스템은 단열적이다.
침착물, 예컨대, 방사성 핵종 및/또는 방사성 산화물 스케일은 컴포넌트 및/또는 관련 장비의 표면으로부터 적어도 부분적으로 파괴되고/되거나 제거되고, 가공된다. 가공은, 미립자를 제거하거나 침착물을 컨테인먼트 섬프로 전달하거나 침착물을 방사성 폐기물 시스템에 첨가하거나 플랜트 부위로부터의 침착물을 다른 위치로 수송함으로써, 생성된 침착물을 정제함을 포함할 수 있다.
임의의 특정 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 본 발명에 따라서, 원소 형태의 고체 아연이 방사성 침착물과 반응하여 아연 이온을 함유하는 부산물을 생성할 수 있는 것으로 여겨진다. 특정 양태에서, 아연 이온은 응력 부식 균열에 대한 억제제로서 통상적인 조작 중에 사용된다. 부산물 아연 이온은, 공통 이온 효과에 의해, 온라인(on-line) 아연 첨가의 결과로서 형성된 1차 표면 산화물로부터의 아연의 과도한 방출을 예방한다.
본 발명의 방법은 세정 단계를 필요로 하지 않고, 핵 연료 상의 크러드(crud) 퇴적에 유리할 수 있는 탄소 분자를 제공할 수 있다.
본 발명의 방법은 고온, 예컨대, 시스템 열 및/또는 외부 열원의 부재 하에 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하고 용해시키고 제거하고 감소시키는데 효과적이다. 따라서, 콜로이드 또는 미립자 형태의 원소 금속은 시스템이 셧다운 또는 레이업 조건일 때 상온에서 적용될 수 있다.
본 발명의 특정 양태가 상세히 기술되었지만, 당업자는 이들 상세 내용에 대한 다양한 변형 및 대안을 본원의 전체 교시내용에 비추어 개발할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 양태는 단지 예시일 뿐 첨부된 청구범위 및 이의 임의의 모든 균등물의 전체 범위로 주어지는 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다.
실시예
니켈 페라이트 용해 시험을 상온 용해된 산소 붕산 조건(셧다운 농도) 하에 및 알칼리성 비-보레이트화된 조건 하에 실험실에서 수행하였다. 샘플 1 내지 4를 다음과 같이 제조하였다. 시험 부피는 각각의 샘플에 대해 200 mL이었다. 샘플 1 및 2는 붕산(약 2,500 ppm 붕소)을 포함하였고, 샘플 3 및 4는 알칼리성이었고 붕산을 포함하지 않았다.
구체적으로, 샘플 1 및 2는 약 1.84 g의 시트르산 및 1.29 g의 붕산을 포함하였다. 약 0.78 g의 아연을 샘플 1에 첨가하였고, 샘플 2는 어떠한 아연도 함유하지 않았다.
샘플 3 및 4의 경우, 각각의 샘플이 약 0.009 g의 카보하이드라자이드 및 0.2 mL의 에탄올아민을 함유하도록 초기 습식 레이업 용액을 제조하고, 첨가된 암모늄 하이드록사이드에 의해 pH를 조정하였다. 습식 레이업 용액의 최종 pH는 약 10.2이었다. 약 4 g의 EDTA를 샘플 3 및 샘플 4 둘 다에 첨가하였다. 이어서, 0.8 g의 아연을 샘플 4에 첨가하였고, 샘플 3은 어떠한 아연도 함유하지 않았다.
각각의 샘플 1 내지 4에 대한 화학반응을 평가한 후, 2.5 g의 니켈 페라이트를 각각의 샘플에 첨가하고, 병을 캐핑하였다. 시험 중에, 2 또는 3개의 샘플을 각각의 샘플 1 내지 4로부터 뽑았고, 시간을 각각의 샘플 풀(sample pull)에 대해 기록하였다. 샘플 크기는 약 1 mL이었다. 샘플을 0.45 ㎛-주사기 필터를 통해 여과하였다. 시험을 23.5시간 동안 수행하였다. 이어서, 뽑힌 샘플을, 황산 및 과산화수소를 함유하는 100 ㎕의 피라냐 욕 용액으로 준비하고, 1:20의 인자에 의해 희석하고, 유도 결합 플라즈마(ICP) 분광법에 의해 철 및 니켈에 대해 분석하였다. 결과는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 산성 보레이트화된 조건 하에 및 알칼리성 비-보레이트화된 조건 하에 둘 다 부식 생성물의 용해 속도에서 6배 증가를 나타낸다. 도 1은 붕산 조건(즉, 샘플 1 및 2) 하에 니켈 페라이트 침착물의 용해에 대한 원소 아연의 영향을 나타낸다. 도 2는 환원 조건(즉, 샘플 3 및 4) 하에 니켈 페라이트 침착물의 용해에 대한 원소 아연의 영향을 나타낸다. 측정된 철 농도의 기울기의 6배 증가는 2개의 화학 체제 하에 용해 속도에서 6배 증가를 나타낸다.

Claims (15)

  1. 수형 원자로(nuclear water reactor) 내의 구조체의 표면 상에 형성된 방사성 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하거나 제거하는 방법으로서,
    상기 구조체를 확인하는 단계;
    상기 구조체를 작동 서비스로부터 꺼내는 단계;
    상기 구조체의 표면을 수용액과 접촉시키는 단계; 및
    고체 형태인 효과량의 원소 금속을 상기 수용액에 첨가하는 단계
    를 포함하고, 상온에서 수행되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    방사성 침착물이 방사성 핵종, 산화물 스케일 및 부식 생성물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    원소 금속이 저합금강(low alloy steel)에 대해 애노드성(anodic)인 표준 전기화학적 전위를 갖는 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    원소 금속의 전기화학적 전위가 금속 및 합금의 갈바닉 계열에서 저합금강의 전위보다 더욱 활성인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    원소 금속이 아연, 알루미늄, 마그네슘, 베릴륨, 리튬, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    원소 금속이 슬래브 형태, 과립 형태, 분말 형태, 콜로이드 형태 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 형태인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    격리제, 킬레이트화제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 수용액에 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    원소 금속이 수용액의 부피를 기준으로 약 0.001 내지 약 2 M의 양으로 존재하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    수용액이 약 3.0 내지 약 13의 pH를 갖는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    수형 원자로가 레이업(layup) 및 셧다운(shutdown)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 조건 하에 있는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    접촉 단계가 구조체의 표면을 수용액의 재순환 흐름 및 수용액의 정적 함침으로 이루어진 군으로부터 선택되는 기술로 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    금속 이온을 방사성 침착물로부터 해리시키는 단계;
    상기 금속 이온을 침전시켜 침전물을 형성하는 단계; 및
    여과, 이온 교환 및 역 삼투압으로 이루어진 군으로부터 선택되는 공정을 사용하여 상기 침전물을 제거하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    파괴된 방사성 침착물을 정제하는 단계, 파괴된 방사성 침착물을 컨테인먼트 섬프(containment sump)로 전달하는 단계, 파괴된 방사성 침착물을 방사성 폐기물 시스템에 첨가하는 단계, 및 파괴된 방사성 침착물을 수형 원자로로부터 떨어진 위치로 수송하는 단계 중 하나 이상의 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 조성물을 비-작동 조건 중에 구조체의 표면과 접촉시킬 때, 수형 원자로 내의 구조체의 표면 상에 형성된 방사성 침착물을 적어도 부분적으로 파괴하고 용해시키는데 효과적인 조성물로서,
    수성 성분; 및
    고체 형태의 원소 금속 성분
    을 포함하고, 금속 이온을 방사성 침착물의 산화물 격자로부터 해리시키는데 효과적인 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    원소 금속이 저합금강(low alloy steel)에 대해 애노드성(anodic)인 표준 전기화학적 전위를 갖는 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017107584A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Rwe Power Aktiengesellschaft Zinkdosierung zur Dekontamination von Leichtwasserreaktoren
DE102017115122B4 (de) * 2017-07-06 2019-03-07 Framatome Gmbh Verfahren zum Dekontaminieren einer Metalloberfläche in einem Kernkraftwerk
CN109036598B (zh) * 2018-08-03 2021-08-24 中国核动力研究设计院 一种适用于棒控堆芯的反应堆冷却剂水质控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000078403A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 The University Of Chicago Method for the decontamination of metallic surfaces
JP2008164607A (ja) * 2006-12-29 2008-07-17 General Electric Co <Ge> 原子炉運転方法および運転停止後原子炉の放射線レベル低減方法
US20130281341A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Westinghouse Electric Company Llc Additives for heat exchanger deposit removal in a wet layup condition

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1954473A (en) * 1932-07-28 1934-04-10 Bullard Co Electrochemical process for removing scale and oxide from the surface of stainless steel
GB1102422A (en) * 1965-02-24 1968-02-07 Babcock & Wilcox Ltd Improvements in liquid-cooled, liquid-moderated nuclear reactors
US3699052A (en) * 1969-11-12 1972-10-17 Drew Chem Corp Corrosion inhibitor composition containing a glycine,chelating agent,phosphoric or boric acid ester,and a water soluble divalent metal salt
US4759900A (en) * 1986-08-27 1988-07-26 General Electric Company Inhibition of radioactive cobalt deposition in water-cooled nuclear reactors
US4756874A (en) * 1986-12-22 1988-07-12 General Electric Company Minimization of radioactive material deposition in water-cooled nuclear reactors
US5171515A (en) * 1988-04-20 1992-12-15 Westinghouse Electric Corp. Process for inhibiting corrosion in a pressurized water nuclear reactor
JPH0814639B2 (ja) * 1989-05-31 1996-02-14 科学技術庁原子力局長 微粒子研磨材による配管内面に強固に付着している放射性腐食生成物及び放射性汚染物を除去する流動研磨除染法及び装置
US5108697A (en) 1990-10-19 1992-04-28 Westinghouse Electric Corp. Inhibiting stress corrosion cracking in the primary coolant circuit of a nuclear reactor
US5742654A (en) * 1996-02-12 1998-04-21 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for enhancing removal of corrosion products from a nuclear reactor piping system
US6147274A (en) * 1996-11-05 2000-11-14 Electric Power Research Insitute Method for decontamination of nuclear plant components
DE19739361C1 (de) * 1997-09-09 1998-10-15 Siemens Ag Verfahren zum Einbringen von Zink in ein Wasser enthaltendes Bauteil des Primärsystems eines Kernkraftwerkes
TW529041B (en) * 2000-12-21 2003-04-21 Toshiba Corp Chemical decontamination method and treatment method and apparatus of chemical decontamination solution
US6652661B2 (en) 2001-10-12 2003-11-25 Bobolink, Inc. Radioactive decontamination and translocation method
US6955706B2 (en) * 2002-04-08 2005-10-18 Dominion Engineering Inc Liquid degassing system for power plant system layup
US6944254B2 (en) 2002-09-06 2005-09-13 Westinghouse Electric Co., Llc Pressurized water reactor shutdown method
KR100724710B1 (ko) 2002-11-21 2007-06-04 가부시끼가이샤 도시바 방사화 부품의 화학적 오염제거 시스템 및 방법
JP2005164320A (ja) * 2003-12-01 2005-06-23 Ngk Insulators Ltd 放射性不燃性固体廃棄物の溶融処理方法
JP4301992B2 (ja) * 2004-04-27 2009-07-22 株式会社東芝 除染廃液の処理方法および処理装置
US7264770B2 (en) * 2005-05-02 2007-09-04 General Electric Company Mitigation of stress corrosion cracking of structural materials exposed to a high temperature water
JP4567542B2 (ja) 2005-07-14 2010-10-20 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 原子力プラント構成部材への放射性核種の付着抑制方法
US20070028719A1 (en) * 2005-08-03 2007-02-08 General Electric Method of manufacture of noble metal/zinc oxide hybrid product for simultaneous dose reduction and SCC mitigation of nuclear power plants
US8115045B2 (en) 2007-11-02 2012-02-14 Areva Np Inc. Nuclear waste removal system and method using wet oxidation
WO2010065092A2 (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Electric Power Research Institute, Inc. Crystal habit modifiers for nuclear power water chemistry control of fuel deposits and steam generator crud
US8591663B2 (en) 2009-11-25 2013-11-26 Areva Np Inc Corrosion product chemical dissolution process
KR101664951B1 (ko) * 2010-01-26 2016-10-11 도미니온 엔지니어링 인코포레이티드 증착물들을 제거하기 위한 방법 및 조성물
DE102011016272A1 (de) * 2011-04-06 2012-10-11 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur Dekontamination von Radionukliden aus neutronenbestrahlten Kohlenstoff- und/oder Graphitwerkstoffen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000078403A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 The University Of Chicago Method for the decontamination of metallic surfaces
JP2008164607A (ja) * 2006-12-29 2008-07-17 General Electric Co <Ge> 原子炉運転方法および運転停止後原子炉の放射線レベル低減方法
US20130281341A1 (en) * 2012-04-18 2013-10-24 Westinghouse Electric Company Llc Additives for heat exchanger deposit removal in a wet layup condition

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