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보고서 요약서
요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 26
제2장 국내외 기술개발 현황 32
제1절 국외 기술개발 현황 32
제2절 국내 기술개발 현황 및 수준 분석 36
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 42
제1절 원자로를 이용한 냉각수 방사분해 연구 42
1. 냉각수 시료에 대한 중성자 조사 및 해석 기술 구축 42
2. 붕산수의 중성자 방사분해 영향 평가 52
제2절 냉각수 내 아이오딘 화학거동 측정 62
1. 휘발성 핵분열생성물 화학(pH, redox) 제어 및 측정 장치 구축 62
2. 전기화학적 냉각수 내 아이오딘 화학거동 규명 70
3. 아이오딘 함유 냉각수 감마선 조사 기술 개발 81
4. 냉각수 내 방사성아이오딘 화학거동 규명 95
5. 수용액의 방사분해 시 아이오딘 화학종 영향 규명 105
6. 과산화수소 조건에서 유기 아이오딘 생성 127
제3절 냉각수 조건에서 휘발성 핵분열생성물 안정화방안 도출 133
1. 환경인자를 고려한 방사성 아이오딘 안정수질 조건 결정 133
2. 수용액내 방사성아이오딘 안정화 방안 도출 147
3. 휘발성 핵분열생성물(Cs, Ag 등) 안정화 방안 도출 152
4. 방사선 환경에서 아이오딘-H₂O droplet 상호작용 규명 167
5. 방사분해생성물과 핵분열생성물의 반응특성 규명 194
제4절 감마선 조사 환경에서 유기 아이오딘 생성 반응 규명 203
1. 페인트 표면에서 아이오딘 흡착거동 규명 203
2. 아이오딘-페인트 화학반응 거동 규명 212
3. 유기 아이오딘 생성에 미치는 환경인자 영향 평가 221
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 232
제5장 연구개발결과의 활용계획 236
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 240
제7장 연구개발성과의 보안등급 246
제8장 연구장비의 구축 및 활용 결과 250
제9장 연구개발과제수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행 실적 254
제10장 참고문헌 258
서지정보양식(BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET) 262
Table 3.1-1. Parameters for the heat calculation MCNP code 45
Table 3.1-2. (a) Neutron and (b) gamma heats calculated using MCNP code 47
Table 3.1-3. Properties of boric acid and quartz and rates of heat generated 48
Table 3.1-4. Calculated temperature distribution by the irradiation of the boric... 49
Table 3.1-5. The analysis results of gases produced by irradiation of boric acid... 55
Table 3.1-6. Comparison of produced and predicted ⁷Li-concentration changes... 59
Table 3.1-7. Total boron concentrations depending on 10B...[이미지참조] 59
Table 3.2-1. Oxidation state of iodine species 116
Table 3.2-2. Standard reduction potentials of iodine species 116
Table 3.3-1. 감마선 조사 후 아이오딘 용액의 pH 138
Table 3.3-2. pH values of NaI solution after gamma irradiation with a... 141
Table 3.3-3. Effect of oxygen gas captured in vial on the... 145
Table 3.3-4. Droplet 이동거동 실험에서 산출한 물 손실률(열린계) 179
Table 3.3-5. Droplet 이동거동 실험에서 산출한 물 손실률(닫힌계) 181
Table 3.3-6. 0.01 mM NaI 용액 droplet 이동거동 실험에서 산출한 용액 손실률... 183
Table 3.3-7. pH measured right after(six days after) preparing CaCl₂, SrCl₂,... 197
Table 3.3-8. Naked-eye observability of solid substances at room temperature... 199
Table 3.3-9. pH measured right after(six days after) preparing SrCl₂ and... 201
Table 3.3-10. Naked-eye observability of solid substances at 40, 60, and 80 ℃... 202
Table 3.4-1. Basic properties of MEK, MIBK and CH₃I compounds 204
Table 3.4-2. Measurement conditions of CH₃I by using GC-FID 213
Table 3.4-3. Measurement conditions of CH₃I by using GC-MS 215
Table 3.4-4. Composition of epoxy paint thinner reported by manufacturer 216
Table 3.4-5. Measurement conditions of epoxy paint thinner by using GC-MS 219
Table 3.4-6. -75 °C 톨루엔 용매에 포집된 CH₃I의 농도 및 포집률 225
Fig. 2-1. Simplified diagram of iodine transformations within the containment 34
Fig. 3.1-1. Photos of quartz ampoule preparation 42
Fig. 3.1-2. Photos of a) a complete quartz ampoule containing a boric acid... 43
Fig. 3.1-3. Sample irradiation in the IP04 hole and capsule removal process 43
Fig. 3.1-4. Safety ampoule container, which the irradiated boric acid solutions are... 44
Fig. 3.1-5. Schematic diagram of the irradiation experimental setup(V: volume... 46
Fig. 3.1-6. 1-D calculation model of GENGTC code for target irradiation experiments 49
Fig. 3.1-7. Crushing process of irradiated samples for the measurement of... 53
Fig. 3.1-8. Pressure changes of produced gases after irradiation 54
Fig. 3.1-9. Analysis of radiolysis gas volume using gas mass(Gas-MS) 55
Fig. 3.1-10. Volume changes of produced gases after irradiation (after correction of... 57
Fig. 3.1-11. Produced ⁷Li-concentration changes depending on 10B concentrations...[이미지참조] 58
Fig. 3.1-12. Plot of 10B concentrations after irradiations vs. initial 10B...[이미지참조] 60
Fig. 3.1-13. pH changes depending on 10B concentrations under...[이미지참조] 61
Fig. 3.2-1. Electrochemical system for the measurement of... 62
Fig. 3.2-2. Electrochemical cell and gamma cell for gamma... 62
Fig. 3.2-3. First thought scheme of I₂ generation method 64
Fig. 3.2-4. First thought scheme of CH₃I generation method 65
Fig. 3.2-5. Photo of CH₃I generation device using Na131l... 66
Fig. 3.2-6. Photo of modified aerosol generator 67
Fig. 3.2-7. Schemes of modified aerosol generator 68
Fig. 3.2-8. Determination of I₂ concentration by UV/Vis spectrometer: a) absorption... 69
Fig. 3.2-9. Determination of I⁻ concentration by UV/Vis spectrometer: a) absorption... 69
Fig. 3.2-10. Effect of the potential treatment for removal of absorbed I₂ on the... 71
Fig. 3.2-11. Potentiodynamic polarization of iodide ion with various... 72
Fig. 3.2-12. Potentiodynamic polarization at Pt electrode in 0.1 M... 73
Fig. 3.2-13. Potentiodynamic polarization of iodide ion with different... 74
Fig. 3.2-14. Potentiodynamic polarization of iodide ion in presence of Cl⁻ ion 75
Fig. 3.2-15. Potentiodynamic polarization at Pt electrode in 1.0 mM NaI... 75
Fig. 3.2-16. (a) Electrochemical behavior of H₂O₂ at Pt electrode with various pHs 77
Fig. 3.2-16. (b) Electrochemical behavior of iodide ion at Pt... 78
Fig. 3.2-17. Separation of chemical species using HPLC 79
Fig. 3.2-18. Separation of chemical species using NMR 79
Fig. 3.2-19. Reactivity of iodine with acetophenone at room temperature 80
Fig. 3.2-20. Reactivity of iodine with acetophenone at room temperature 80
Fig. 3.2-21. Reactivity of iodine with acetophenone in CH₃CN/H₂O mixing solution 80
Fig. 3.2-22. Change of radioactive iodine species at NPP severe accidents 81
Fig. 3.2-23. High level gamma-ray radiation system(KAERI-ATRL) 83
Fig. 3.2-24. Configuration of samples and sample rotation devices 83
Fig. 3.2-25. Gamma-ray radiation dose rates at different distances 84
Fig. 3.2-26. Gamma cell(L), electrochemical measurement system(M) and cell(R) 84
Fig. 3.2-27. I⁻ 이온 농도에 따른 I₃⁻ 이온의 광 흡수 스펙트럼 및 흡광도 변화 86
Fig. 3.2-28. pH 변화에 따른 I₃⁻ 이온의 광 흡수 스펙트럼 변화 및 I₃⁻ 이온과... 87
Fig. 3.2-29. IO₃⁻ 이온을 I₃⁻ 로 환원시킨 후 광 흡수 스펙트럼 및 산처리 법을... 88
Fig. 3.2-30. H₂O₂ 농도에 따른 Cu(DMP)²⁺ 이온 광 흡수 스펙트럼 및 H₂O₂ 정량 곡선 89
Fig. 3.2-31. 백금전극의 CV(상)와 과산화수소의 분극곡선 90
Fig. 3.2-32. 백금전극에서 과산화수소 농도와 pH 변화에 따른 분극 곡선 91
Fig. 3.2-33. pH 3 조건에서 과산화수소 농도에 따른 백금전극의 분극 곡선 92
Fig. 3.2-34. 백금전극에서 과산화수소 용액의 온도에 따른 분극 곡선 93
Fig. 3.2-35. 원전 중대사고 조건 및 아이오딘 거동(J. C. Wren 발표자료 인용) 94
Fig. 3.2-36. UV 램프 외면 (좌)과 광원부 (우) 95
Fig. 3.2-37. 석영 조사셀 (좌) 및 아이오딘 용액 UV 조사 장치 구성도 (우) 96
Fig. 3.2-38. UV 조사시간에 따른 I₃⁻ 이온의 광 흡수 스펙트럼 96
Fig. 3.2-39. UV 조사 환경에서 아이오딘 용액 pH 변화에 따른 I₃⁻ 이온 생성량 97
Fig. 3.2-40. 다양한 온도에서 UV 광 조사 후 아이오딘용액의 UV/Vis 광 흡수 스펙트럼 98
Fig. 3.2-41. 용존산소 유무에 따른 UV 광 조사 후 아이오딘용액의 UV/Vis 광 흡수스... 99
Fig. 3.2-42. UV 조사후 아세톤 첨가유무에 따른 아이오딘용액 UV/Vis 광... 100
Fig. 3.2-43. 감마선 환경에서 아이오딘 용액 pH 변화에 따른 I₃⁻ 이온 생성량 101
Fig. 3.2-44. 10 mM NaCl이 첨가된 아이오딘 용액의 감마선 조사 후 광 흡수 스펙트럼 102
Fig. 3.2-45. (0 to 10) mM NaCl이 첨가된 아이오딘 용액(5 mM I⁻)의 감마선 조사... 103
Fig. 3.2-46. B₄C 미세입자가 첨가된 아이오딘 용액(5 mM I⁻)의 감마선 조사 실험 후... 103
Fig. 3.2-47. Time-dependent concentration changes of water... 107
Fig. 3.2-48. Proposed electrochemical... 108
Fig. 3.2-49. The gamma cell used in... 109
Fig. 3.2-50. Electrochemical cell positioned in... 109
Fig. 3.2-51. The appearance of the... 110
Fig. 3.2-52. Open circuit potential change measured over time...[원문불량;p.113] 112
Fig. 3.2-53. Short-term monitoring of open circuit potential in...[원문불량;p.114] 113
Fig. 3.2-54. Short-term monitoring of open circuit potential...[원문불량;p.114] 113
Fig. 3.2-55. Monitoring of open circuit potential during the γ... 114
Fig. 3.2-56. Monitoring of open circuit potential during the γ -irradiation... 115
Fig. 3.2-57. Cyclic voltammograms obtained from aqueous...[원문불량;p.118] 117
Fig. 3.2-58. Cyclic voltammogram obtained from a KI(0.5 mM) containing...[원문불량;p.119] 118
Fig. 3.2-59. Cyclic voltammogram obtained from a blank solution not...[원문불량;p.120] 119
Fig. 3.2-60. Changes of the oxidative current levels measured...[원문불량;p.121] 120
Fig. 3.2-61. Cyclic voltammogram obtained from a solution at a 121
Fig. 3.2-62. Cyclic voltammogram obtained from a solution at...[원문불량;p.123] 122
Fig. 3.2-63. Cyclic voltammogram obtained from a test solution containing... 123
Fig. 3.2-64. Cyclic voltammogram obtained from a blank solution not... 124
Fig. 3.2-65. Potential stair-step scanning voltammogram obtained from a... 126
Fig. 3.2-66. Reactivity of iodine with acetophenone at room temperature 127
Fig. 3.2-67. Reactivity of iodine with acetophenone at 70 ℃ 127
Fig. 3.2-68. Effect of reaction temperature on reactivity of iodine with acetophenone in H₂O 128
Fig. 3.2-69. Effect of H₂O₂ amount on reactivity of iodine with acetophenone in... 129
Fig. 3.2-70. Working hypothesis for I⁻ -catalyzed synthesis of... 130
Fig. 3.2-71. Test of the working hypothesis 130
Fig. 3.2-72. Direct synthesis of benzimidazole without isolation of imine 3a 131
Fig. 3.2-73. Substrate scope for the synthesis of benzimidazole via aerobic oxidation 131
Fig. 3.3-1. Effect of the solution pH on the disproportionation reaction... 133
Fig. 3.3-2. Effect of the solution pH on formation of I₃⁻ in 5.0 mM... 134
Fig. 3.3-3. Photo of 5.0 mM NaI solutions after 2 kGy/h gamma irradiation for... 135
Fig. 3.3-4. Formation of I₃⁻ as a function of gamma dose in NaI... 137
Fig. 3.3-5. Formation of I₃⁻ as a function of gamma dose in 5.0 mM... 138
Fig. 3.3-6. UV/Vis absorption spectra of (a) 0.2 mM, (b) 1.0 mM, (c) 5.0 mM... 140
Fig. 3.3-7. Amount of evaporated I₂ in 0.5 mM I₃⁻ solution 142
Fig. 3.3-8. Experimental measurement of the formation of iodine I₂ from... 143
Fig. 3.3-9. Formation of I₃⁻ in 5.0 mM NaI solutions with various pHs... 144
Fig. 3.3-10. Effect of NaCl on the formation of I₃⁻ under gamma irradiation 146
Fig. 3.3-11. pH changes in 5.0 mM NaI solution as a function of its... 148
Fig. 3.3-12. Photo of lab scale set-up for a behavioral... 155
Fig. 3.3-13. Water droplets produced by aerosol... 157
Fig. 3.3-14. Calibration curve of UV/Vis spectra of various I₂ ... 158
Fig. 3.3-15. Produced I₂ gas from I₂ solid by... 159
Fig. 3.3-16. Relationship between transferred volatile... 159
Fig. 3.3-17. Design of two step FCVS pool scrubber system 161
Fig. 3.3-18. Design of FCVS pool scrubber system with separated HDAA capsules 162
Fig. 3.3-19. Design of two step FCVS pool scrubber system for the removal of... 166
Fig. 3.3-20. Photo of lab scale set-up and analysis method for a behavioral study... 168
Fig. 3.3-21. Photo of lab scale set-up and analysis method for a behavioral... 170
Fig. 3.3-22. Calibration curves for the concentrations of wet CH₃I and other organic... 171
Fig. 3.3-23. Another photo of lab scale set-up and analysis method for a behavioral... 172
Fig. 3.3-24. Relationship between transferred volatile CH₃I... 172
Fig. 3.3-25. Droplet 이동거동 측정장치 사진 및 구성도: a) droplet 분... 174
Fig. 3.3-26. 감마선 조사장치 사용 당시, droplet 이동거동 실험 장... 175
Fig. 3.3-27. Cell mass change in after 2 kGy/h gamma irradiation... 176
Fig. 3.3-28. Heights at which water droplets reached in 20 min, without... 177
Fig. 3.3-29. Heights at which water droplets reached in 20 min, with open (a... 178
Fig. 3.3-30. Heights at which water droplets reached in 20 min, with... 180
Fig. 3.3-31. Heights at which water droplets reached in 20 min, with... 182
Fig. 3.3-32. Heights at which 0.01 mM NaI solution droplets... 184
Fig. 3.3-33. Schematic diagram of lab scale set-up... 186
Fig. 3.3-34. Estimated relationship between transferred volatile I₂... 186
Fig. 3.3-35. Estimated relationship between transferred volatile CH₃I concentrations and... 187
Fig. 3.3-36. Photo of radioactive sources(10 μ... 188
Fig. 3.3-37. Photo of lab scale set-up for a behavioral study of... 188
Fig. 3.3-38. General GC-MS operation conditions and calibration curves for the... 189
Fig. 3.3-39. Some of raw GC-MS data for the concentrations of transferred... 190
Fig. 3.3-40. Some of raw GC-spectra for the concentrations of... 191
Fig. 3.3-41. Relationship between transferred... 192
Fig. 3.3-42. I₃⁻ (I₂ ) concentration changes over time, in I₃⁻(10 mM... 195
Fig. 3.3-43. Observation of the Tyndall effect... 199
Fig. 3.4-1. Photos of spray painting on slide glasses 205
Fig. 3.4-2. Schematic diagram of iodine adsorption experiment... 206
Fig. 3.4-3. Photo of I₂ solutions with I₂ concentrations of... 207
Fig. 3.4-4. Potos of paint coupons after I₂ adsorption experiment. The... 208
Fig. 3.4-5. I₂ adsorption amount vs. adsorption time. Concentrations of I₂농... 209
Fig. 3.4-6. Photos of paint coupons after I₂ adsorption experiment carried at... 210
Fig. 3.4-7. I₂ adsorption amount at three temperatures vs. adsorption time 211
Fig. 3.4-8. Calibration line of CH₃I concentration obtained by using... 214
Fig. 3.4-9. Calibration line of CH₃I concentration obtained by using GC-MS 215
Fig. 3.4-10. GC-MS chromatogram of epoxy paint thinner 217
Fig. 3.4-11. GC-MS chromatograms of four different epoxy paint thinner samples 218
Fig. 3.4-12. GC-MS chromatograms of epoxy paint thinner samples after gamma... 220
Fig. 3.4-13. CH₃I 증발 실험 장치 구성도 221
Fig. 3.4-14. 다양한 온도에서 시간에 따른 CH₃I⁻톨루엔 혼합용액 내 CH₃I 농도 변화 223
Fig. 3.4-15. CH₃I 포집 실험 장치 구성도 224
Fig. 3.4-16. NaI 농도에 따른 CH₃I 농도(감마선량률 10 kGy/h, 조사시간 (a) 1 h,... 227
Fig. 3.4-17. 감마선량에 따른 CH₃I 농도(NaI 농도 10 mM, 조사시간 (a) 1 h,... 228