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[표지] 1

제출문 2

보고서 요약서 3

요약문 4

목차 5

제1장 연구개발과제의 개요 11

제1절 개요 11

제2절 국내외 연구현황 13

1. 국내 13

2. 국외 13

제2장 연구수행내용 및 성과 17

제1절 원전 해체 금속폐기물의 방사능 17

1. 방사성 금속폐기물의 종류 17

2. 중성자 방사화된 방사성 금속폐기물 18

3. 내부 표면오염 방사성 금속폐기물 18

제2절 증기발생기 방사화 분석 23

1. 증기발생기 해체 23

2. 증기발생기의 물리적 특성 23

3. 증기발생기 방사선학적 특성 24

4. 방사성핵종의 표면 침적 특성 25

제3절 금속 절단과 에어로졸 29

1. 원전 해체와 금속 절단 기술 29

2. 금속 절단과 에어로졸 발생 32

3. 절단 방식과 에어로졸 생성 비교 37

4. 금속 절단과 방사성 에어로졸 40

5. 에어로졸 생성 메커니즘 49

제4절 생체차폐 콘크리트 방사화 분석 52

1. 서론 52

2. 사례 52

3. 생체차폐 콘크리트 방사화 분석 60

4. 요약 68

제5절 콘크리트 절단과 에어로졸 69

1. 콘크리트 제염과 해체 69

2. 에어로졸 생성과 확산 71

3. 호흡 가능 결정 실리카 75

4. 요약 76

제6절 에어로졸 입자 모델 77

1. 서론 77

2. 에어로졸 거동 79

3. 에어로졸 생성 모델 97

4. 에어로졸 성장 118

5. 에어로졸 분산 140

6. 요약 147

제3장 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 148

제1절 목표 148

제2절 목표 달성 여부 148

제4장 연구개발성과의 활용계획 151

붙임. 참고문헌 152

〈별첨〉 주관연구기관의 자체평가 의견서[내용없음] 6

수정·보완 요구사항 반영내역 154

[뒷표지] 156

표목차 7

표 2-1-1. 참조 PWR 원전의 해체로 발생하는 방사성금속폐기물의 잔류 방사능 추정 18

표 2-1-2. PWR 원전의 잔류 방사능 (방사성핵종(반감기〉245년), 원자로용기, 내부구조물, 방사화 콘크리트 배제) 20

표 2-1-3. PWR 원전의 장수명 방사성핵종에 대한 총방사능의 백분율 20

표 2-1-4. San Onofre Nuclear Generation Station Unit 1(SONGS1) 원전 발전소 계통 방사능 준위 21

표 2-1-5. Yankee Rows 원자로 계통의 평균 내부 오염 평균 방사능 준위 22

표 2-1-6. 참조 PWR 원전 원자로냉각재계통에서 내부 표면오염 방사능 22

표 2-1-7. 참조 PWR 원전 계통의 내부 표면에서 방사화된 부식생성물의 방사능 22

표 2-2-1. 고리 1호기 퇴역 증기발생기의 물리적 제원 27

표 2-2-2. Smear법을 이용한 증기발생기 수실 내부의 표면 오염 27

표 2-2-3. Ringhals 증기발생기 해체 폐기물의 방사능 [Bq] 28

표 2-2-4. 원자력발전소 방사성 부식생성물 반응식과 생성원 28

표 2-3-1. 레이저 절단에서 에어로졸의 크기 분포 38

표 2-3-2. 절단 도구에 따라 에어로졸로 이전되는 방사능의 비율 41

표 2-3-3. 원자로 내부구조물 절단에서 도구에 따라 에어로졸로 이전되는 방사능 비율 42

표 2-4-1. 핀란드 원전 생체차폐 구조물에서 사전분석된 콘크리트 조성 57

표 2-4-2. 프랑스 원전 생체차폐 콘크리트 구조물의 방사성핵종 농도 58

표 2-4-3. 독일 원전인 KKP1, GKN1에서 생체차폐 콘크리트 구조물의 방사성핵종 농도 59

표 2-4-4. 미국 TROJAN 원전 생체차폐 구조물 콘크리트에서 깊이에 따라 측정된 비방사능 농도 59

표 2-4-5. 생체차폐 구조물의 콘크리트 성분 함량 평균치 62

표 2-4-6. 생체차폐 구조물의 철심(Rebar) 성분 함량 평균치 63

표 2-6-1. 대표적 응집 규칙의 정의 130

그림목차 8

그림 1-2-1. 일본 JPDR 해체 과정에서 공기/수중 절단에서 발생한 방사성 에어로졸의 크기 분포 14

그림 1-2-2. Ir 나노입자에 혼입된 Ag 원소의 상대적 혼입상수에 대해 입경 의존성 15

그림 1-2-3. Westing House FateTM 논리 회로도 15

그림 2-1-1. PWR 원전에서 주요 계통의 방사능 분포 20

그림 2-3-1. 수중 아크 톱 절단 30

그림 2-3-2. 플라즈마 아크 절단 에어로졸 방출(MS:탄소강, SS:스테인리스강, atm:대기중, uw:수중) 32

그림 2-3-3. 플라즈마 토치를 사용 대기 중 절단, 수면 위 절단, 수중 절단에 따라 에어로졸과 질소산화물의 방출량 비교 33

그림 2-3-4. 수면 위에서 스테인리스강의 플라즈마 토치 절단 과정에서 모재의 두께에 대한 에어로졸 방출량 비교 34

그림 2-3-5. 수면 위에서 52mm 두께 스테인리스강의 플라즈마 절단 과정에서 모재와 수면과의 거리에 따른 질소산화물 방출량 35

그림 2-3-6. 절단 대상 재료의 종류와 수조의 수위에 따른 에어로졸 발생 비교 35

그림 2-3-7. 플라즈마 토치 알루미늄 절단에서 절단 길이와 모재 두께의 함수로서 생성 에어로졸 무게 36

그림 2-3-8. 플라즈마 토치 알루미늄 절단에서 생성되는 에어로졸의 분포 36

그림 2-3-9. 레이저 빔의 에너지 증가에 따라 금속 표면의 변화 특성 38

그림 2-3-10. 다양한 절단 도구를 사용하여 스테인리스강(Type 304L, SCH 40, 두께: 5 cm)의 절단 과정에서 발생하는 에어로졸 입자의 크기 분포 39

그림 2-3-11. 다양한 절단 도구를 사용하여 스테인리스강(Type 304L, SCH 40, 두께: 5 cm)의 절단 과정에서 발생하는 에어로졸 발생율의 비교 39

그림 2-3-12. 2인치 스테인리스강 배관 절단에서 도구에 따라 발생하는 에어로졸의 크기 분포 41

그림 2-3-13. 원자로 용기 절단 작업에서 절단 도구에 따라 발생하는 에어로졸의 크기 분포 42

그림 2-3-14. 아크 절단 과정에서 생성된 Co-60 함유 에어로졸의 크기 분포. (a) 누적 분포 (b) 확률 분포 43

그림 2-3-15. 아크 절단과정에서 생성된 Cs-137... 44

그림 2-3-16. 다양한 해체 공정에서 수집된 방사성 에어로졸 크기의 확률 분포 45

그림 2-3-17. 탄소강의 절단 과정에서 생성된 방사성 에어로졸의 크기 분포 46

그림 2-3-18. 스테인리스강의 플라즈마 토치 절단 과정에서 생성된 방사성 에어로졸의 크기 분포 46

그림 2-3-19. 알루미늄과 황동의 플라즈마 토치 절단 과정에서 생성된 방사성 에어로졸의 크기 분포 46

그림 2-3-20. 구리의 플라즈마 토치 절단 과정에서 생성된 방사성 에어로졸의 크기 분포 47

그림 2-3-21. 각각의 절단과정에서 생성된 모재 금속의 에어로졸 크기 분포 47

그림 2-3-22. 방사성 에어로졸에서 방사성핵종의 농축 인자 48

그림 2-3-23. 기계적 절단에서 에어로졸 생성 메커니즘 51

그림 2-3-24. 기계적 절단에서 절삭유에 의한 에어로졸 생성 모델 (Spin-off model) 51

그림 2-3-25. 기계적 절단에서 절삭유에 의한 에어로졸 생성 모델 (Splash model) 51

그림 2-4-1. 벨기에 BR3 원전 생체차폐 구조물의 원통형 부품에서 높이에 따라 평가된 Ba-133의 등비방사능 윤곽선 모습 56

그림 2-4-2. 핀란드 원전의 생체차폐 콘크리트 내부 표면 방사능 평가 결과 (a) Loviisa IVO 원전(serpentinite concrete) (b) Olkiluto TVO 원전 57

그림 2-4-3. 러시아 Armenian 원전 1호기(VVER-500)의 생체차폐... 58

그림 2-4-4. 생체차폐 콘크리트에서 깊이에 따라 추정된 방사성핵종의 비방사능 분포 (30 EFPY) 64

그림 2-4-5. 생체차폐 철심(Rebar)에서 깊이에 따라 추정된 방사성핵종의 비방사능 분포 (30 EFPY) 64

그림 2-4-6. 생체차폐 구조물(콘크리트와 철심)의 10 cm 깊이에서 추정된 방사성핵종의 비방사능 비교 (30 EFPY) 65

그림 2-4-7. 운전과 해체를 고려한 시간 척도에서 PWR 생체차폐 콘크리트에서 방사성핵종의 비방사능 변화 추이 (깊이 10 cm, 30 EFPY) 65

그림 2-4-8. 방사성폐기물 처분 시간 척도에서 PWR 생체차폐 콘크리트에서 방사성핵종의 비방사능 변화 추이 (깊이 10 cm, 30 EFPY) 66

그림 2-4-9. Pathfinder의 집수조 바닥 채취 콘크리트 시료의 방사성핵종 깊이 방향 분포 67

그림 2-4-10. Turkey Point 4호기 집수조 바닥 채취 콘크리트 시료의 방사성핵종 깊이 방향 분포 67

그림 2-4-11. GGBS와 혼합, PFA와 혼합, 드릴링, 커팅 작업에서 입자 수 농도 73

그림 2-4-12. 콘크리트 작업으로 발생한 입자분포 (a) GGBS 혼합 (b) PFA 혼합 (c) 드릴링 (d) 절단 73

그림 2-4-13. 콘크리트 종류에 따라 작업 과정에서 발생한 입자크기분포 (a), (c), (e)... 74

그림 2-4-14. 콘크리트 작업 유형에 따라 호흡 가능한 에어로졸 발생량에 대한 비교 75

그림 2-6-1. 절단 공정으로 방사화 또는 오염 구조물의 해체를 위한 작업공간의 개략도 78

그림 2-6-2. Wang 등(2018) 알루미나 세라믹의 레이저 절단 과정에서 용융물 제거 과정[그림없음] 10

그림 2-6-3. Wang 등(2018) 알루미나 세라믹의 레이저 절단 과정에서 용융물 제거 과정 96

그림 2-6-4. 레이저 절단에서 절단 앞면의 형태 99

그림 2-6-5. 레이저 절단의 절단부의 근사적 모양 100

그림 2-6-6. 레이저 절단의 절단부 단면 101

그림 2-6-7. 입자 거동 계산을 위한 흐름도 131

그림 2-6-8. 확률론적 응집 규칙에 따라 응집 사건을 처리하는 방법 135

그림 2-6-9. Elghobashi의 기체상과 입자상 사이의 상 결합 메커니즘 141

그림 2-6-10. 입자 Reynolds 수의 함수로서 제동계수, Schiller-Naumann(1935)과 Putnam(1961)의 상관식과 실험 데이터의 비교 143

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