KR20190102734A - Apparatus simulation degradation condition of a sample and simulation method for degradation condition of a sample - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시편의 변질 환경 모사장치 및 시편의 변질 환경 모사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a deterioration environment simulation apparatus of a specimen and a deterioration environment simulation method of the specimen.
원자력 발전 및 폐기물 처분시설을 건설하기 위하여 사용되는 건설자재의 구성물질에 대한 고온 환경에서의 반응특성을 정량적으로 분석하는 것은 매우 중요하다. 특히 원자력 특성상 발생하는 고온 환경에 장기간 노출될 수 있는 건설자재 구성물질의 고온반응 조사결과는 원자력 발전 및 폐기물 처분 관련 시설의 안전성을 보장하는데 중요한 정보를 제공할 수 있다. 특히 원자력 관련 시설이 놓이는 환경은 원자력 건설자재에 대한 내구성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. It is very important to quantitatively analyze the reaction characteristics of the construction materials used to construct nuclear power generation and waste disposal facilities in high temperature environment. In particular, the results of the high temperature reaction of construction materials that can be exposed to the high temperature environment caused by the nature of nuclear power can provide important information to ensure the safety of facilities related to nuclear power generation and waste disposal. In particular, the environment in which nuclear facilities are located can seriously affect the durability of nuclear construction materials.
구체적으로, 고준위 핵 폐기물인 사용후 핵연료를 저장하는 시설은 지하에 매립되며, 사용후 핵연료가 저장되는 용기와 지하의 암반 사이에 핵종이 투과하기 어려운 성분의 일종의 차단벽이 존재하게 된다. 차단벽은 사용후 핵연료가 저장된 용기에서 발생하는 고온과 지하의 암반을 통하여 흐르는 지하수, 또는 해수 등의 배경반응액의 환경에 노출되게 되고, 이와 같은 환경에 의하여 경시적으로 구조적 특성이 변질될 수 있다. 상기 차단벽이 변질되어 이를 통하여 지하수, 해수 등이 상기 시설 내부로 유동하거나, 또는 내부의 핵종이 시설 외부로 유출되는 사고가 발생하는 것을 방지하기 위하여, 고온과 배경반응액의 환경에 노출된 상태에서의 상기 시설을 위한 건설자재의 변질상태를 정량적으로 측정하는 것은 반드시 필요하며, 이를 위해서는 시편에 이와 같은 환경을 모사하여 제공할 수 있는 장치와, 이를 이용하여 이와 같은 환경을 모사하여 제공하는 모사 방법이 필요하다.Specifically, the facility for storing the spent nuclear fuel, which is a high-level nuclear waste, is buried underground, and there is a kind of barrier that is difficult for nuclear species to penetrate between the container where the spent nuclear fuel is stored and the underground rock. The barrier wall is exposed to the environment of the background reaction fluid such as ground water or seawater flowing through the high temperature and underground rock which is generated from the spent nuclear fuel storage container, and the structural characteristics may be deteriorated with this environment over time. have. The barrier wall is deteriorated to prevent groundwater, seawater, etc. from flowing inside the facility, or to prevent an accident that the inner nuclear species leak out of the facility. It is necessary to quantitatively measure the deterioration state of construction materials for the above facilities in order to do so, and to do so, a device capable of simulating such an environment on a specimen, and a simulation of simulating such an environment using the same. I need a way.
이와 관련하여, 한국 등록특허 제10-0972785호에는 콘크리트의 고온특성 시험장치 및 콘크리트 고온특성 평가방법이 개시되어 있다. 구체적으로 고온에서 성능이 저하되는 콘크리트의 고온특성에 대한 데이터의 축적과 평가방법의 정립을 위한 시험장치 및 평가방법을 개시하고 있다. 상기 특허는 가열도 내부에서 시험체를 둘러감도록 설치되는 열전달판과 시험체의 표면부 온도를 측정하는 열전대, 및 시험체의 중심부 온도를 측정하는 열전대를 포함하여 고온에서의 콘크리트 특성을 평가함으로써 고온에서 콘크리트 내력이 급격히 저하되는 문제점을 해결하고자 하는 기술이다. 그러나, 상기 특허는 고온 환경과 동시에 배경반응액과 접하는 환경에서의 특성을 평가하고 있지는 않다.In this regard, Korean Patent No. 10-0972785 discloses an apparatus for testing high temperature properties of concrete and a method for evaluating concrete high temperature properties. Specifically, a test apparatus and an evaluation method for accumulating data and establishing an evaluation method for high temperature characteristics of concrete, which are degraded at high temperatures, are disclosed. The patent discloses concrete at high temperature by evaluating concrete properties at high temperature, including a heat transfer plate installed to surround the test body within the heating degree, a thermocouple measuring the temperature of the surface of the test body, and a thermocouple measuring the central temperature of the test body. This is a technique to solve the problem that the strength is sharply reduced. However, the patent does not evaluate the characteristics in the environment in contact with the background reaction liquid at the same time as the high temperature environment.
다음으로, 한국 등록특허 제10-0929416호에는 고강도 콘크리부 부재의 내화성능 평가 시스템이 개시되어 있다. 구체적으로 고강도 콘크리트의 내화성능을 평가하는 시스템으로, 단위수량을 크게 감소시킨 고강도 콘크리트가 고온환경에서 폭렬 현상을 보이는 것을 고려하여, 그 내화성능을 미리 분석하는 발명이다. 상기 특허는 화재 환경에서 콘크리트 부재 내의 수분분포를 도출하는 수분확산 해석 수단을 이용하여 고강도 콘크리트 부재의 내화성능을 평가한다. 그러나, 상기 특허 역시 고온 환경과 동시에 배경반응액과 접하는 환경에서의 특성을 평가하고 있지는 않다.Next, Korean Patent No. 10-0929416 discloses a fire resistance performance evaluation system of a high strength concrete member. Specifically, as a system for evaluating the fire resistance of high-strength concrete, the high-strength concrete that greatly reduced the unit quantity is an invention that analyzes the fire performance in advance in consideration of the explosion phenomenon in a high temperature environment. The patent evaluates the fire resistance performance of a high strength concrete member using a water diffusion analysis means that derives the moisture distribution in the concrete member in a fire environment. However, the patent also does not evaluate the characteristics of the environment in contact with the background reaction solution at the same time as the high temperature environment.
이에 본 발명의 발명자들은 반응 시편이 고온환경과 배경반응액과 접하는 환경에 있는 경우, 시편의 변질 상태를 확인하기 위하여, 고온환경과 배경반응액과 접하는 환경을 시편에 모사하여 제공할 수 있는 모사장치와 모사방법을 연구하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention can simulate the environment where the reaction specimen is in contact with the high temperature environment and the background reaction solution in order to check the deterioration state of the specimen when the reaction specimen is in an environment in contact with the high temperature environment and the background reaction solution. The present invention has been completed by studying the apparatus and the simulation method.
본 발명의 목적은 시편의 변질상태 특히 시편이 고온 환경과 배경반응액과 접하는 환경에서 변질되는 상태를 측정하기 위하여 시편에 이와 같은 환경을 모사하여 제공하는 모사 장치 및 이와 같은 환경을 모사하는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a simulation apparatus and a method of simulating such an environment in which the specimen is simulated and provided in order to measure a deterioration state of the specimen, in particular, in a state where the specimen is in contact with a high temperature environment and a background reaction solution. To provide.
이를 위하여 본 발명은To this end, the present invention
반응 시편이 충진되는 밀폐 공간을 포함하는 반응챔버,Reaction chamber including a closed space filled with the reaction specimen,
상기 반응챔버 상부에 위치하는 가열부,A heating unit located above the reaction chamber;
상기 반응챔버 하부에 위치하는 냉각부,A cooling unit located below the reaction chamber,
상기 반응챔버의 높이 방향으로 복수개가 구비되어 반응 시편의 상태를 측정하는 센서부, 및A sensor unit is provided in the height direction of the reaction chamber to measure the state of the reaction specimen, And
상기 반응챔버의 하방에서 냉각부를 관통하여 반응챔버의 하부를 통하여 반응챔버 내부로 연결되는 배경반응액 주입구A background reaction liquid inlet connected to the inside of the reaction chamber through the lower portion of the reaction chamber through the cooling unit below the reaction chamber.
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사장치를 제공한다.It provides a deteriorated environment model of the specimen, characterized in that it comprises a.
또한, 본 발명은In addition, the present invention
반응챔버 내에 반응 시편을 충진하는 단계;Filling the reaction specimen into the reaction chamber;
반응챔버를 밀폐한 후 반응챔버 일 측면에서 반응 시편을 가열하는 단계;Sealing the reaction chamber and then heating the reaction specimen on one side of the reaction chamber;
반응챔버의 타 측면에서 배경반응액을 주입하는 단계; 및Injecting a background reaction solution from the other side of the reaction chamber; And
센서를 통하여 시편의 상태를 측정하는 단계;Measuring the state of the specimen through a sensor;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사방법을 제공한다.Provides a method for simulating the deterioration of the specimen, characterized in that it comprises a.
본 발명에 따르면 예를 들어 사용후 핵연료 폐기물을 저장하는 시설이 핵연료 폐기물에서 나오는 고온 및 주변 지하수의 환경에서 변질되는 상태를 예측할 수 있는 등, 고온 및 배경반응액에 동시에 노출되는 환경을 모사하여 시편에 제공함에 따라 시편의 변질상태를 확인할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, for example, the facility for storing spent nuclear fuel waste can predict the state of deterioration in the environment of the high temperature and surrounding groundwater from the nuclear fuel waste, such as to simulate the environment exposed to the high temperature and background reaction solution at the same time By providing to have the effect of confirming the deterioration state of the specimen.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모사장치의 일부분을 보여주는 확대 정면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에서 따른 모사장치의 하부를 보여주는 확대 측면도 및 정면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 모사장치를 보여주는 개념도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서를 보여주는 개념도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서와 데이터 취득장비를 보여주는 개념도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모사장치의 분해도이고
도 7은 가열부의 가열온도와 냉각부의 냉각온도를 경시적으로 보여주는 그래프이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예의 반응챔버의 서로 다른 위치에 설치되어 있는 센서를 통하여 경시적으로 측정된 시편의 온도를 나타내는 그래프이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예의 반응챔버의 서로 다른 위치에 설치되어 있는 센서를 통하여 경시적으로 측정된 시편의 상대습도를 나타내는 그래프이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 배경반응액이 반응챔버 내로 도입되는 구성을 보여주는 개념도이고,
도 11은 본 발명의 일 실시예에서 배경반응액이 주입된 양을 경시적으로 보여주는 그래프이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 배경반응액이 주입되는 동안 측정된 가열부 및 냉각부의 온도를 경시적으로 보여주는 그래프이고,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 배경반응액이 주입되는 동안 측정된 시편의 위치별 온도를 경시적으로 보여주는 그래프이고, 및
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 배경반응액이 주입되는 동안 측정된 시편의 위치별 상대습도를 보여주는 그래프이다.1 is an enlarged front view showing a part of a simulation apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is an enlarged side view and a front view showing a lower portion of the simulation apparatus according to an embodiment of the present invention,
3 is a conceptual diagram showing an overall copy value according to an embodiment of the present invention,
4 is a conceptual diagram illustrating a sensor according to an embodiment of the present invention;
5 is a conceptual diagram illustrating a sensor and a data acquisition device according to an embodiment of the present invention;
6 is an exploded view of a simulation apparatus according to an embodiment of the present invention;
7 is a graph showing the heating temperature of the heating unit and the cooling temperature of the cooling unit over time;
8 is a graph showing the temperature of the specimen measured over time through sensors installed at different positions of the reaction chamber of one embodiment of the present invention,
9 is a graph showing the relative humidity of the specimen measured over time through sensors installed in different positions of the reaction chamber of an embodiment of the present invention,
10 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which a background reaction liquid is introduced into a reaction chamber according to one embodiment of the present invention;
11 is a graph showing the amount of the background reaction solution injected in one embodiment of the present invention over time,
12 is a graph showing the temperature of the heating and cooling units measured while the background reaction solution is injected according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing time-dependent temperature of specimens measured during background reaction solution injection according to an embodiment of the present invention; and
14 is a graph showing the relative humidity of each specimen measured during the injection of the background reaction solution according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 '배경반응액'은 반응 시편과 물리적으로 접촉하는 모든 종류의 액체를 의미하며, 예를 들어 지하수 또는 해수 등을 의미할 수 있다.In the present invention, the "background reaction liquid" means all kinds of liquids in physical contact with the reaction specimen, and may mean, for example, groundwater or seawater.
본 발명에서 '시편'과 '반응 시편'은 동일한 의미로 사용되었다.In the present invention, 'sample' and 'reaction specimen' are used in the same sense.
본 발명은 고온 환경에 노출되는 반응 시편에 배경반응액이 주입되는 환경을 시편에 제공하기 위한 모사장치에 관한 발명이고, 구체적으로는 The present invention relates to a simulation apparatus for providing an environment in which a background reaction solution is injected into a reaction specimen exposed to a high temperature environment, and specifically,
반응 시편이 충진되는 밀폐 공간을 포함하는 반응챔버,Reaction chamber including a closed space filled with the reaction specimen,
상기 반응챔버 상부에 위치하는 가열부,A heating unit located above the reaction chamber;
상기 반응챔버 하부에 위치하는 냉각부,A cooling unit located below the reaction chamber,
상기 반응챔버의 높이 방향으로 복수개가 구비되어 반응 시편의 상태를 측정하는 센서부, 및A sensor unit is provided in the height direction of the reaction chamber to measure the state of the reaction specimen, And
상기 반응챔버의 하방에서 냉각부를 관통하여 반응챔버의 하부를 통하여 반응챔버 내부로 연결되는 배경반응액 주입구A background reaction liquid inlet connected to the inside of the reaction chamber through the lower portion of the reaction chamber through the cooling unit below the reaction chamber.
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사장치를 제공한다.It provides a deteriorated environment model of the specimen, characterized in that it comprises a.
이하 본 발명에 따른 모사장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a description will be given in detail for each configuration of the parent site according to the invention.
본 발명에 따른 모사장치는 예를 들어 고준위 방사성 폐기물인 사용후 핵연료가 매립되는 환경을 모사한 장치이다. 구체적으로 상기 구성들 중 가열부는 사용후 핵연료가 저장되는 용기에서 발생하는 고온을 모사한 것이고, 냉각부는 지하의 암반 등을 모사한 것일 수 있다. 반응챔버에 충진되는 반응 시편은 상기 용기와 암반 사이에 위치하는 일종의 차단벽일 수 있고, 배경반응액 주입구는 암반을 통하여 차단벽으로 유입되는 지하수 또는 해수 등을 모사한 것일 수 있다.The simulation apparatus according to the present invention is a device that simulates an environment in which spent nuclear fuel, which is a high-level radioactive waste, is embedded. Specifically, the heating unit simulates the high temperature generated in the container in which the spent nuclear fuel is stored, and the cooling unit may simulate the underground rock or the like. The reaction specimen filled in the reaction chamber may be a kind of barrier wall positioned between the vessel and the rock, and the background reaction liquid inlet may simulate groundwater or seawater flowing into the barrier wall through the rock.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사장치는 반응 시편이 충진되는 밀폐 공간을 포함하는 반응챔버를 포함한다. 이때 충진되는 반응 시편은 시멘트 또는 벤토나이트일 수 있고, 또는 다른 물질일 수 있다. 일반적으로 사용후 핵연료와 같은 고준위 방사성 폐기물을 매립하는 시설의 경우 폐기물 용기와 암반 사이에 벤토나이트 성분의 차단벽이 설치되므로, 이의 변질 특성을 확인하기 위하여 충진되는 반응 시편은 벤토나이트일 수 있다. 반응 시편은 반응챔버에 충진되기 전에 해당물질의 대표건조밀도를 나타낼 수 있도록 압축된 후 충진될 수 있다. 반응챔버는 단열성 및 가시성을 고려하여 폴리카보네이트 재질일 수 있다. 반응챔버 내에서 반응 시편은 가열되고, 반응챔버 내로 배경반응액이 주입되어, 고온 환경 및 배경반응액과 접촉하는 환경을 모사하여 시편에 제공할 수 있게 된다.The altered environment simulation of the specimen according to the present invention includes a reaction chamber including a closed space in which the reaction specimen is filled. In this case, the filled reaction specimen may be cement or bentonite, or another material. In general, in the case of a facility for filling high-level radioactive waste such as spent nuclear fuel, a bentonite barrier is installed between the waste container and the rock, so that the reaction specimen filled with bentonite may be bentonite. The reaction specimen may be packed and then compressed to show the representative dry density of the material prior to filling the reaction chamber. The reaction chamber may be made of polycarbonate in consideration of thermal insulation and visibility. In the reaction chamber, the reaction specimen is heated, and the background reaction liquid is injected into the reaction chamber to simulate the high temperature environment and the environment in contact with the background reaction liquid to provide the specimen.
본 발명에 따른 모사장치는 상기 반응챔버 상부에 위치하는 가열부를 포함한다. 상기 가열부는 반응챔버 내에 충진되는 반응 시편을 가열하고, 예를 들어, 고준위 방사성 폐기물인 사용후 핵연료를 매립하는 시설에서 사용후 핵연료 저장용기에서 방출되는 고온을 모사하는 것으로 볼 수 있다. 이때 상기 가열부는 예를 들어 반응 시편과 접하는 구리 재질의 발열판과 이에 연결되는 히터장치를 포함할 수 있으며, 상기 히터장치는 필요에 따라 가열부를 90 내지 200 ℃의 온도범위로 가열할 수 있다.Simplicity according to the present invention includes a heating unit located above the reaction chamber. The heating unit may be considered to simulate the high temperature emitted from the spent fuel storage container in a facility for heating the reaction specimen filled in the reaction chamber and embedding the spent nuclear fuel, which is a high-level radioactive waste. In this case, the heating unit may include, for example, a heating plate made of a copper material in contact with the reaction specimen, and a heater device connected thereto. The heater device may heat the heating unit to a temperature range of 90 to 200 ° C. as necessary.
본 발명에 따른 모사장치는 상기 반응챔버 하부에 위치하는 냉각부를 포함한다. 상기 냉각부는 상기 가열부와 함께 상기 반응 시편 내에 온도의 구배를 형성하며, 예를 들어, 고준위 방사성 폐기물인 사용후 핵연료를 매립하는 시설의 주변 암반을 모사하는 것으로 볼 수 있다. 또한, 상기 냉각부는 발생할 수 있는 안전사고를 예방하기 위하여 사용될 수도 있다.The copying apparatus according to the present invention includes a cooling unit located below the reaction chamber. The cooling unit together with the heating unit forms a gradient of temperature in the reaction specimen, and can be seen, for example, to simulate the surrounding rock of a facility that embeds spent nuclear fuel, which is a high-level radioactive waste. In addition, the cooling unit may be used to prevent a safety accident that may occur.
본 발명에 따른 모사장치는 상기 반응챔버의 높이 방향으로 복수개가 구비되어 반응 시편의 상태를 측정하는 센서부를 포함하며, 이때 센서부는 온도 센서, 팽압 센서, 상대습도 센서, 및 물함량 센서로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 모사장치의 반응챔버에 충진된 반응 시편이 가열부에 의하여 가열되어 변질되는 경우, 이에 따라 반응 시편 내로 유입되는 배경반응액의 양, 배경반응액이 시편 내로 유입되는 높이 등이 달라질 수 있다. 본 발명에 따른 센서부는 반응챔버의 높이 방향으로 복수개가 구비됨에 따라, 반응챔버의 하부에서 상부 방향으로 높이에 따라 각각 위치의 반응 시편의 상태를 측정할 수 있다. 특히 각 위치에서 시편의 온도, 팽압, 상대습도, 물함량 등을 측정함으로써, 이로부터 시편의 측정된 상태와 추후 실험을 통하여 확인되는 시편의 변질과의 관계를 도출할 수 있다.Simplicity according to the present invention includes a plurality of sensor units are provided in the height direction of the reaction chamber to measure the state of the reaction specimen, wherein the sensor unit group consisting of a temperature sensor, swelling pressure sensor, relative humidity sensor, and water content sensor It may include one or more selected from. When the reaction specimen filled in the reaction chamber of the simulation apparatus is heated and deteriorated by the heating unit, the amount of the background reaction liquid introduced into the reaction specimen, the height of the background reaction liquid introduced into the specimen, and the like may vary. As a plurality of sensor units according to the present invention are provided in the height direction of the reaction chamber, the state of the reaction specimens at each position may be measured according to the height from the lower side of the reaction chamber to the upper direction. In particular, by measuring the temperature, swelling pressure, relative humidity, water content, etc. of the specimen at each position, it is possible to derive a relationship between the measured state of the specimen and the deterioration of the specimen confirmed through later experiments.
본 발명에 따른 모사장치는 상기 반응챔버의 하방에서 냉각부를 관통하여 반응챔버의 하부를 통하여 반응챔버 내부로 연결되는 배경반응액 주입구를 포함한다. 배경반응액 주입구는 반응챔버 내에 충진되어 있는 반응 시편으로 배경반응액을 주입하고, 예를 들어, 고준위 방사성 폐기물인 사용후 핵연료를 매립하는 시설에서 벤토나이트 차단벽으로 지하수 또는 해수가 유입되는 암반의 균열을 모사한 것으로 볼 수 있다.The copying device according to the present invention includes a background reaction liquid inlet connected to the inside of the reaction chamber through the lower portion of the reaction chamber through the cooling unit below the reaction chamber. The background reaction solution inlet is used to inject the background reaction solution into the reaction specimen filled in the reaction chamber, and for example, to crack the rock in which the groundwater or seawater flows into the bentonite barrier wall in a facility that fills up spent nuclear fuel, which is a high-level radioactive waste. It can be seen as a replica.
본 발명에 따른 모사장치는 상기 반응챔버의 내측 하부에 위치하고 상기 반응챔버로 연결되는 배경반응액 주입구와 연결되는 배경반응액 유도판 및 이의 상부에 위치하는 멤브레인을 포함할 수 있다. 상기 배경반응액 유도판을 통하여 배경반응액이 반응챔버 내에 충진되어 있는 반응 시편으로 균일하게 유도될 수 있고, 상기 멤브레인은 배경반응액 내에 포함되어 있을 수 있는 미세 고제물질을 제어하며, 상기 멤브레인은 세라믹 멤브레인일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a copying unit may include a background reaction solution induction plate and a membrane positioned at an upper portion of the reaction chamber and connected to a background reaction solution inlet connected to the reaction chamber. Through the background reaction liquid induction plate, the background reaction liquid may be uniformly induced into the reaction specimen filled in the reaction chamber, and the membrane controls the fine solid material that may be included in the background reaction liquid. It may be a ceramic membrane.
이때, 본 발명에 따른 모사장치는 상기 배경반응액 주입구와 연결되는 배경반응액 저장부를 추가로 포함할 수 있다. 상기 저장부는 상기 반응챔버 내로 주입되는 배경반응액을 저장하여, 필요한 양 만큼의 배경반응액을 반응챔버로 주입할 수 있도록 한다.At this time, the copying apparatus according to the present invention may further include a background reaction liquid storage unit connected to the background reaction liquid inlet. The storage unit stores the background reaction solution injected into the reaction chamber, so that the required amount of background reaction solution can be injected into the reaction chamber.
한편, 본 발명에 따른 모사장치는 상기 배경반응액 저장부에 있는 배경반응액을 상기 반응챔버 내로 주입하기 위하여 상기 배경반응액 저장부의 상기 반응챔버에 대한 상대적 높이를 조절할 수 있는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 상대적 높이를 조절할 수 있는 수단을 통하여 배경반응액 저장부의 높이을 높이거나 낮추는 방법으로 배경반응액을 상기 반응챔버 내로 주입하거나 또는 주입을 중단할 수 있다.On the other hand, the replica according to the present invention further comprises means for adjusting the relative height with respect to the reaction chamber of the background reaction liquid storage in order to inject the background reaction liquid in the background reaction liquid storage into the reaction chamber. Can be. The background reaction solution may be injected into the reaction chamber or the injection may be stopped by increasing or decreasing the height of the background reaction solution storage unit through the means for adjusting the relative height.
또는, 본 발명에 따른 모사장치는 상기 배경반응액 저장부와 연결되어 배경반응액이 반응챔버로 유동할 수 있도록 가압하는 가압부를 더 포함할 수 있다. 가압부는 압력을 통하여 상기 배경반응액 저장부에 있는 배경반응액을 반응챔버 내로 밀어 넣는 역할을 한다.Alternatively, the copying apparatus according to the present invention may further include a pressurizing part connected to the background reaction liquid storage part to pressurize the background reaction liquid to flow into the reaction chamber. The pressurizing unit pushes the background reaction liquid in the background reaction liquid storage unit into the reaction chamber through the pressure.
이때 상기와 같이 상대적 높이를 조절하거나 또는 가압부에 의하여 가압함에 의하여 상기 배경반응액에 가하여지는 압력은 10 내지 30 psi의 범위일 수 있다.At this time, the pressure applied to the background reaction liquid by adjusting the relative height or by pressing the pressing unit as described above may be in the range of 10 to 30 psi.
본 발명에 따른 모사장치에 충진되는 상기 반응 시편은 시멘트 또는 벤토나이트일 수 있다. 본 발명에 따른 모사장치의 일 적용예로는 고준위 방사성 폐기물이 사용후 핵연료를 매립하는 시설의 모사를 들 수 있으며, 이때 사용후 핵연료 저장용기와 매립되는 곳의 암반 사이에 일종의 차단벽이 설치되는데, 이때 차단벽의 재질이 시멘트 또는 벤토나이트이므로, 이와 같은 차단벽의 고온 환경 및 배경반응액과 접촉하는 환경에서의 변질 특성을 확인하기 위하여 본 발명의 모사장치에 충진되는 반응 시편은 시멘트 또는 벤토나이트일 수 있다.The reaction specimen filled in the simulation apparatus according to the present invention may be cement or bentonite. One application of the simulation apparatus according to the present invention is a simulation of a facility in which high-level radioactive waste is embedded in spent nuclear fuel, and at this time, a kind of barrier wall is installed between the spent fuel storage container and a rock where it is buried. In this case, since the material of the barrier wall is cement or bentonite, the reaction specimen filled in the simulation apparatus of the present invention is cement or bentonite to check the deterioration characteristics of the barrier wall in a high temperature environment and in contact with the background reaction solution. Can be.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사장치는 상기 배경반응액 저장부의 무게를 측정하는 무게 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 무게 측정부는 배경반응액의 주입 전과 후의 배경반응액 저장부의 무게를 측정하여 상기 반응챔버 내로 주입된 배경반응액의 양을 측정할 수 있다.The altered environment simulated value of the specimen according to the present invention may further include a weight measuring unit for measuring the weight of the background reaction solution storage. The weight measuring unit may measure the amount of the background reaction solution injected into the reaction chamber by measuring the weight of the background reaction solution storage before and after the injection of the background reaction solution.
본 발명의 시편의 변질 환경 모사장치에 따르면, 시편이 고온으로 가열되는 환경 및 배경반응액과 접촉하는 환경을 모사하여 이를 시편에 제공하고, 경시적으로 시편의 상태를 정량적으로 측정할 수 있고, 추후 실험을 통하여 시편의 변질 상태를 확인하면, 이로부터 시편의 온도, 상대습도 등의 값과 시편의 변질 상태의 관계를 도출할 수 있는 효과가 있고, 구체적인 적용예에서의 환경을 모사하여 시편의 특성을 평가할 수 있는 효과가 있다.According to the altered environment simulation apparatus of the specimen of the present invention, it is possible to simulate the environment in which the specimen is heated to a high temperature and the environment in contact with the background reaction solution to provide it to the specimen, and to measure the state of the specimen quantitatively over time, If the state of the specimen is confirmed through subsequent experiments, it is effective to derive the relationship between the specimen's temperature, relative humidity, etc., and the state of the specimen's deterioration. It is effective to evaluate the characteristics.
또한 본 발명은 In addition, the present invention
반응챔버 내에 반응 시편을 충진하는 단계;Filling the reaction specimen into the reaction chamber;
반응챔버를 밀폐한 후 반응챔버 일 측면에서 반응 시편을 가열하는 단계;Sealing the reaction chamber and then heating the reaction specimen on one side of the reaction chamber;
반응챔버의 타 측면에서 배경반응액을 주입하는 단계; 및Injecting a background reaction solution from the other side of the reaction chamber; And
센서를 통하여 시편의 상태를 측정하는 단계;Measuring the state of the specimen through a sensor;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사방법을 제공한다.Provides a method for simulating the deterioration of the specimen, characterized in that it comprises a.
이하, 본 발명에 따른 모사방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the simulation method according to the present invention will be described in detail for each step.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사방법은 반응챔버 내에 반응 시편을 충진하는 단계를 포함한다. 이때 충진되는 반응 시편은 시멘트 또는 벤토나이트일 수 있고, 또는 다른 물질일 수 있다. 일반적으로 사용후 핵연료와 같은 고준위 방사성 폐기물을 매립하는 시설의 경우 폐기물 용기와 암반 사이에 벤토나이트 성분의 차단벽이 설치되므로, 이의 변질 특성을 확인하기 위하여 충진되는 반응 시편은 벤토나이트일 수 있다. 반응 시편은 반응챔버에 충진되기 전에 해당물질의 대표건조밀도를 나타낼 수 있도록 압축된 후 충진될 수 있다. 반응챔버는 폴리카보네이트 재질일 수 있다. 반응챔버 내에서 반응 시편은 가열되고, 반응챔버 내로 배경반응액이 주입되어, 고온 환경 및 배경반응액과 접촉하는 환경이 모사되어 시편에 제공된다.The altered environment simulation method of the specimen according to the present invention includes the step of filling the reaction specimen in the reaction chamber. In this case, the filled reaction specimen may be cement or bentonite, or another material. In general, in the case of a facility for filling high-level radioactive waste such as spent nuclear fuel, a bentonite barrier is installed between the waste container and the rock, so that the reaction specimen filled with bentonite may be bentonite. The reaction specimen may be packed and then compressed to show the representative dry density of the material prior to filling the reaction chamber. The reaction chamber may be made of polycarbonate. In the reaction chamber, the reaction specimen is heated, the background reaction liquid is injected into the reaction chamber, and the environment in contact with the high temperature environment and the background reaction liquid is simulated and provided to the specimen.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사방법은 상기와 같이 반응챔버 내로 반응 시편을 충진하고, 반응챔버를 밀폐한 후 반응챔버 일 측면에서 반응 시편을 가열하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 모사방법의 일 적용예인 고준위 방사성 폐기물 저장시설을 고려했을 때, 상기 가열하는 단계는 방사성 폐기물 저장용기에서 발생하는 고열이 예를 들어 벤토나이트 차단벽을 가열하는 것을 모사한 것일 수 있다. 이때, 가열은 90 내지 200 ℃의 범위에서 수행될 수 있다.The altered environment simulation method of the specimen according to the present invention includes filling the reaction specimen into the reaction chamber as described above, and closing the reaction chamber and then heating the reaction specimen on one side of the reaction chamber. Considering the high level radioactive waste storage facility as an application example of the simulation method according to the present invention, the heating step may be to simulate the heating of the bentonite barrier wall, for example, the high heat generated from the radioactive waste storage container. In this case, the heating may be performed in the range of 90 to 200 ℃.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사방법은 반응챔버의 타 측면에서 배경반응액을 주입하는 단계를 포함한다. 이때 타 측면에서 배경반응액을 주입하는 단계는 상기 가열하는 단계가 완료된 후, 또는 이와 동시에 수행될 수 있다. 상기 배경반응액의 주입은 가열을 통하여 시편의 온도가 일정 온도에 도달한 이후에 수행될 수도 있고, 시편의 온도가 일정 온도까지 올라가고 있는 동안에 주입될 수도 있다. 상기 배경반응액의 주입은 시편에 대한 가열이 계속되면서 수행될 수도 있고, 시편에 대한 가열을 중단한 이후에 수행될 수도 있다. 본 발명에 따른 모사방법의 일 적용예인 고준위 방사성 폐기물 저장시설을 고려했을 때, 상기 배경반응액을 주입하는 단계는 벤토나이트 차단벽이 지하수 또는 해수와 접촉하는 상황을 모사한 것일 수 있다. The altered environment simulation method of the specimen according to the present invention includes the step of injecting a background reaction solution from the other side of the reaction chamber. In this case, the step of injecting the background reaction solution from the other side may be performed after the heating step is completed or at the same time. The injection of the background reaction solution may be performed after the temperature of the specimen reaches a predetermined temperature through heating, or may be injected while the temperature of the specimen rises to a predetermined temperature. The injection of the background reaction solution may be performed while heating of the specimen is continued, or may be performed after the heating of the specimen is stopped. Considering the high level radioactive waste storage facility as an application example of the simulation method according to the present invention, the step of injecting the background reaction liquid may simulate the situation where the bentonite barrier wall is in contact with groundwater or seawater.
상기한 바와 같이 본 발명에서 배경반응액은 반응 시편과 물리적으로 접촉하는 모든 종류의 액체를 의미하며, 예를 들어 지하수 또는 해수 등을 의미할 수 있다. 상기 배경반응액은 시각적 효과를 위하여 비반응성의 염료를 포함할 수 있고, 심부환경 또는 해수 침투 지역의 사례를 모사하기 위하여 고염도 용액이 사용될 수 있다. As described above, in the present invention, the background reaction liquid refers to all kinds of liquids in physical contact with the reaction specimen, and may mean, for example, groundwater or seawater. The background reaction solution may include a non-reactive dye for visual effects, and a high salinity solution may be used to simulate cases of deep environment or seawater infiltration areas.
배경반응액을 주입하는 단계에서, 배경반응액을 반응챔버 내로 주입하는 압력은 10 내지 30 psi일 수 있다.In the step of injecting the background reaction solution, the pressure for injecting the background reaction solution into the reaction chamber may be 10 to 30 psi.
이때, 본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사방법은 주입된 배경반응액의 양을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.At this time, the altered environment simulation method of the specimen according to the invention may further comprise the step of measuring the amount of the injected background reaction solution.
한편, 상기 주입된 배경반응액의 양은 다양한 방법으로 측정될 수 있고, 일 예로는 배경반응액 주입 전과 주입 후의 배경반응액 저장부 무게를 측정하는 방법을 통하여 수행될 수 있다. On the other hand, the amount of the injected background reaction solution may be measured by various methods, for example, may be performed through a method of measuring the weight of the background reaction solution storage before and after the injection of the background reaction solution.
본 발명에 따른 시편의 변질 환경 모사방법은 센서를 통하여 시편의 상태를 측정하는 단계를 포함한다. 이때, 시편의 상태를 측정하는 단계는 시편의 온도, 팽압, 상대습도, 및 물함량으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 동시에 측정하는 것일 수 있다. 배경 반응액 주입에 따른 시편의 물함량이 증가하면, 상대습도가 증가하고 동시에 시편의 팽압이 증가하게 된다. 따라서, 고온 상태에서 시편의 물함량에 따른 변질상태의 상관관계를 분석할 수 있다. The altered environment simulation method of the specimen according to the present invention includes the step of measuring the state of the specimen through the sensor. At this time, the step of measuring the state of the specimen may be to simultaneously measure one or more selected from the group consisting of temperature, swelling pressure, relative humidity, and water content of the specimen. As the water content of the specimen increases with the injection of the background reaction solution, the relative humidity increases and at the same time the swelling pressure of the specimen increases. Therefore, it is possible to analyze the correlation of the deterioration state according to the water content of the specimen in the high temperature state.
본 발명의 시편의 변질 환경 모사방법에 따르면, 시편이 고온으로 가열되는 환경 및 배경반응액과 접촉하는 환경을 모사하여 시편에 제공할 수 있게 되고, 경시적으로 시편의 상태를 정량적으로 측정할 수 있고, 추후 실험을 통하여 시편의 변질 상태를 확인하면, 이로부터 시편의 온도, 상대습도 등의 값과 시편의 변질 상태의 관계를 도출할 수 있는 효과가 있고, 구체적인 적용예에서의 환경을 모사하여 시편의 특성을 평가할 수 있는 효과가 있다.According to the altered environmental simulation method of the specimen of the present invention, it is possible to simulate the environment in which the specimen is heated to a high temperature and the environment in contact with the background reaction solution to provide the specimen, and to measure the state of the specimen quantitatively over time. If the deterioration state of the specimen is confirmed through a subsequent experiment, there is an effect of deriving the relationship between the specimen's temperature, relative humidity, and the like, and the deterioration state of the specimen. It is effective to evaluate the characteristics of the specimen.
이하 본 발명을 실험예에 의하여 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 이하의 내용에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위내에서 다양한 변화가 가능하고, 이들을 본 발명의 권리범위에서 배제하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by experimental examples. However, the following Examples and Experimental Examples are only for illustrating the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following contents, and it is obvious to those skilled in the art. Various changes are possible within a range, and they are not excluded from the scope of the present invention.
<실험예 1>Experimental Example 1
도 6에 도시된 바와 같은 본원발명의 시편의 변질 환경 모사장치를 이용하여 경시적으로 시편의 온도와 상대습도 변화를 측정하였다. 시편 내의 수분에 따른 효과를 확인하기 위하여 반응챔버 내로 배경반응액을 주입하지 않는 조건에서 시편의 온도와 상대습도 변화를 측정하였다.The change in temperature and relative humidity of the specimen was measured over time using the altered environment model of the specimen of the present invention as shown in FIG. 6. In order to confirm the effect of moisture in the specimen, the temperature and relative humidity change of the specimen was measured under the condition that no background reaction solution was injected into the reaction chamber.
구체적으로 본원발명의 모사장치의 반응챔버 내부로 벤토나이트 시편 1,800 g을 충진하고, 반응챔버를 밀폐한 후, 가열부를 통하여 반응챔버를 가열하고, 냉각부를 통하여 반응챔버를 냉각하였다. 가열부의 가열온도와 냉각부의 냉각온도는 도 7에 나타내었다. 반응챔버의 서로 다른 위치에 설치되어 있는 센서를 통하여 경시적으로 시편의 온도 및 상대습도를 측정하였고 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.Specifically, 1,800 g of bentonite specimens were filled into the reaction chamber of the simulation apparatus of the present invention, the reaction chamber was sealed, the reaction chamber was heated through a heating unit, and the reaction chamber was cooled through the cooling unit. The heating temperature of the heating unit and the cooling temperature of the cooling unit are shown in FIG. 7. Temperature and relative humidity of the specimens were measured over time by sensors installed at different positions of the reaction chamber, and the results are shown in FIGS. 8 and 9.
도 7에 따르면, 가열부와 냉각부에 의하여 반응챔버가 경시적으로 일정하게 가열 및 냉각되고 있음을 확인할 수 있다.According to FIG. 7, it can be seen that the reaction chamber is constantly heated and cooled over time by the heating unit and the cooling unit.
또한, 도 8에 따르면, 경시적으로 다섯개의 온도센서(T1, T2, T3, T4, T5) 사이의 온도 차이가 일정하게 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 온도센서는 반응챔버 상부의 가열부에 가장 가까운 온도센서를 T1으로 하고, 다음이 T2, 다음이 T3, 다음이 T4, 마지막으로 가장 먼 온도센서를 T5로 한다.In addition, according to Figure 8, it can be seen that the temperature difference between the five temperature sensors (T1, T2, T3, T4, T5) is kept constant over time. The temperature sensor is the temperature sensor closest to the heating part in the upper part of the reaction chamber as T1, the next T2, the next T3, the next T4, and finally the farthest temperature sensor T5.
또한, 도 9에 따르면, 시편이 포함하고 있었던 수분에 의하여 실험 개시 초기에는 가열부와 가장 가까운 위치의 센서(RH1)에서 측정된 상대습도가 급격히 증가했다가 그 수분이 경시적으로 시편 밑으로 밀려남에 따라 점점 상대습도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 반대로 가열부와 가장 먼 위치의 센서(RH4)에서 측정된 상대습도는 실험 초기에는 가장 낮다가 경시적으로 점점 증가하여 일정 상대습도로 수렴하는 것을 확인할 수 있다.In addition, according to FIG. 9, the relative humidity measured by the sensor RH1 at the position closest to the heating part increased rapidly due to the moisture contained in the specimen, and the moisture was pushed under the specimen over time. As you can see the relative humidity gradually drops. On the contrary, the relative humidity measured by the sensor RH4 farthest from the heating part is the lowest at the beginning of the experiment, and gradually increases gradually over time and converges to a constant relative humidity.
<실험예 2>Experimental Example 2
상기 실험예 1에 의하여 상대습도가 평형상태에 도달한 이후, 시편의 온도를 유지하면서 암반 지하수를 배경반응액으로 하여 도 10에 도시된 바와 같이 반응챔버 내로 주입하였다. 이때 주입되는 배경반응액은 도 11과 같이 약 5개월동안 0.7 l를 주입하였다. 도 12 내지 도 14는 각각 배경반응액이 주입되는 동안 측정된 가열부와 냉각부 온도, 시편의 위치별 온도, 그리고 시편의 위치별 상대습도 결과를 보여주고 있다. After the relative humidity reached the equilibrium state by Experimental Example 1, the rock groundwater was injected into the reaction chamber as shown in FIG. 10 while maintaining the temperature of the specimen as a background reaction solution. In this case, the injected background reaction solution was injected with 0.7 l for about 5 months as shown in FIG. 11. 12 to 14 show the heating and cooling unit temperatures, the temperature at each location of the specimen, and the relative humidity at each location of the specimen measured while the background reaction solution was injected.
배경반응액이 주입되는 동안 도 13과 같이 시편의 온도 분포의 변화는 없지만, 배경반등액의 주입에 따라 상대습도가 증가함을 관찰할 수 있다. 배경반응액은 반응챔버의 하부에서 주입되기 때문에 RH4의 상대습도가 가장 빨리 증가함을 볼 수 있다. While the background reaction solution is injected, there is no change in the temperature distribution of the specimen as shown in FIG. 13, but it can be observed that the relative humidity increases with the injection of the background rebound solution. Since the background reaction solution is injected from the bottom of the reaction chamber, it can be seen that the relative humidity of RH4 increases the fastest.
실험예 2는 실험예 1을 수행하여 배경반응액 주입 전 상대습도가 평형 상태에 도달한 이후에 진행되었기 때문에, 센서에 의하여 측정된 온도, 상대습도 등은 모두 시편의 가열 및 주입된 배경반응액에 의한 것이라고 할 수 있다.Experimental Example 2 was carried out after the relative humidity before equilibrating the background reaction solution by performing Experimental Example 1 was carried out after the equilibrium state, the temperature, relative humidity, etc. measured by the sensor are all heated and injected background reaction solution of the specimen It can be said that.
101……….반응챔버
102……….멤브레인
103………. 배경반응액 유도판
104……….냉각부
105……….배경반응액 주입구
106……….거치대
107……….발열판
108……….가열부
201……….배경반응액 저장부
202……….압력계
203……….조절밸브
204……….배경반응액 이송관
205……….무게 측정부
206……….가스저장부
207……….가스 조절 밸브
301……….상대습도 센서
302……….온도 센서
303……….팽압 센서
304……….물함량 센서101... … … Reaction chamber
102... … … .Membrane
103... … … . Background Reaction Solution Induction Plate
104... … … Cooling
105... … … Background reaction liquid inlet
106... … … .holder
107... … … Heating plate
108... … … Heating
201... … … Background reaction liquid storage
202... … … .pressure gauge
203... … … Control valve
204... … … Background reaction liquid transfer pipe
205... … … Weight measurement unit
206... … … Gas storage
207... … … Gas control valve
301... … … Relative humidity sensor
302... … … .temperature Senser
303... … … Pressure sensor
304... … … Water content sensor
Claims (12)
상기 반응챔버 상부에 위치하는 가열부,
상기 반응챔버 하부에 위치하는 냉각부,
상기 반응챔버의 높이 방향으로 복수개가 구비되어 반응 시편의 상태를 측정하는 센서부, 및
상기 반응챔버의 하방에서 냉각부를 관통하여 반응챔버의 하부를 통하여 반응챔버 내부로 연결되는 배경반응액 주입구
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사장치.
Reaction chamber including a closed space filled with the reaction specimen,
A heating unit located above the reaction chamber;
A cooling unit located below the reaction chamber,
A sensor unit is provided in the height direction of the reaction chamber to measure the state of the reaction specimen, And
A background reaction liquid inlet connected to the inside of the reaction chamber through the lower portion of the reaction chamber through the cooling unit below the reaction chamber.
Altered environment simulation device of the test piece, characterized in that it comprises a.
The apparatus of claim 1, further comprising a background reaction solution induction plate connected to a background reaction solution inlet located in an inner lower portion of the reaction chamber and connected to the reaction chamber, and a membrane positioned at an upper portion thereof.
The apparatus of claim 1, further comprising a background reaction liquid storage unit connected to the background reaction liquid inlet.
4. The apparatus of claim 3, wherein the replicating unit further comprises means for adjusting a relative height of the background reaction liquid storage unit with respect to the reaction chamber.
The apparatus of claim 3, wherein the copying unit further comprises a pressurizing unit connected to the background reaction liquid storage unit to pressurize the background reaction liquid to flow into the reaction chamber.
The simulation apparatus according to claim 1, wherein the sensor unit includes at least one selected from the group consisting of a temperature sensor, a swelling pressure sensor, a relative humidity sensor, and a water content sensor.
The apparatus of claim 1, wherein the reaction specimen is cement or bentonite.
반응챔버를 밀폐한 후 반응챔버 일 측면에서 반응 시편을 가열하는 단계;
반응챔버의 타 측면에서 배경반응액을 주입하는 단계; 및
센서를 통하여 시편의 상태를 측정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 시편의 변질 환경 모사방법.
Filling the reaction specimen into the reaction chamber;
Sealing the reaction chamber and then heating the reaction specimen on one side of the reaction chamber;
Injecting a background reaction solution from the other side of the reaction chamber; And
Measuring the state of the specimen through a sensor;
Altered environment simulation method of the test piece, characterized in that it comprises a.
The method of claim 8, wherein the reaction specimen is cement or bentonite.
9. The method of claim 8, wherein the heating is performed in the range of 90 to 200 ° C.
The method of claim 8, wherein the pressure for injecting the background reaction solution is 10 to 30 psi.
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