KR100549503B1 - Surface treatment device of radioactive waste using atmospheric pressure plasma - Google Patents

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KR100549503B1
KR100549503B1 KR1020020072426A KR20020072426A KR100549503B1 KR 100549503 B1 KR100549503 B1 KR 100549503B1 KR 1020020072426 A KR1020020072426 A KR 1020020072426A KR 20020072426 A KR20020072426 A KR 20020072426A KR 100549503 B1 KR100549503 B1 KR 100549503B1
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재단법인서울대학교산학협력재단
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    • G21F9/008—Apparatus specially adapted for mixing or disposing radioactively contamined material

Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 제염장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사성 폐기물의 표면 처리를 통하여 저 레벨의 폐기물 혹은 비 방사성 폐기물로 변환시켜서 방사성 폐기물의 발생량을 저감하고 제염 후의 폐기물의 재활용을 목적으로 금속 표면에 방사성 부식 생성물로 부착되어 있는 코발트 산화막을 대기압 플라즈마를 이용하여 제염하는 장치의 개발에 관한 것이다.The present invention relates to a radioactive waste surface decontamination apparatus using atmospheric plasma, and more particularly, to convert to a low level or non-radioactive waste through surface treatment of radioactive waste to reduce the generation of radioactive waste and to recycle the waste after decontamination. The present invention relates to the development of an apparatus for decontaminating a cobalt oxide film attached to a metal surface as a radioactive corrosion product by using an atmospheric plasma.

이를 위해 본 발명에서는 대기압에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치, 플라즈마 처리후 플라즈마 라디칼과 표면간의 반응으로 생성된 2차 생성물을 외부와 격리하여 포집하는 포집부, 제거된 코발트 기화물을 수거하는 수거부, 제염대상 표면에 부착하는 표면 부착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, in the present invention, a plasma generating device for generating plasma at atmospheric pressure, a collecting part for collecting and separating the secondary product generated by the reaction between the plasma radicals and the surface after the plasma treatment, and a collecting part for collecting the removed cobalt vapors And a surface attachment portion attached to the surface to be decontaminated.

Description

대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치{SURFACE TREATMENT DEVICE OF RADIOACTIVE WASTE USING ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA}Surface treatment apparatus for radioactive waste using atmospheric plasma {SURFACE TREATMENT DEVICE OF RADIOACTIVE WASTE USING ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리기 내부를 도시하는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing the inside of a radioactive waste surface treatment apparatus using atmospheric plasma according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도1의 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리기의 사시도.FIG. 2 is a perspective view of the radioactive waste surface treatment system using the atmospheric plasma of FIG. 1. FIG.

도 3은 대기압 플라즈마 발생 장치의 내부 상세도.3 is an internal detail view of the atmospheric pressure plasma generating apparatus.

도 4는 도 3의 대기압 플라즈마 발생 장치의 사시도.4 is a perspective view of the atmospheric pressure plasma generating device of FIG.

도 5는 도 3의 대기압 플라즈마 발생 장치의 상세 분해도.5 is a detailed exploded view of the atmospheric pressure plasma generating device of FIG. 3.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 접지전극의 사시도.Figure 6 is a perspective view of the ground electrode of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7는 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 공정의 흐름도.7 is a flow chart of a radioactive waste surface treatment process using atmospheric plasma.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of reference numerals for main parts of the drawings>

10:대기압 플라즈마 발생장치 10.a:유전체 10: atmospheric pressure plasma generator 10.a: dielectric

10.b:접지 전극 10.c:접지 전극 냉각 재킷10.b: ground electrode 10.c: ground electrode cooling jacket

10.d:플라즈마 발생장치 몸체 10.e:개스 주입부10.d: plasma generator body 10.e: gas injection unit

10.f:파워 전극 10.g:파워 전극 고정부10.f: Power electrode 10.g: Power electrode fixing part

10.h:반응 개스 분배부 10.i:유전체 고정부10.h: Reaction gas distribution 10.i: Dielectric fixture

20:2차 생성물 포집부 30:2차 생성물 흡입부20: Secondary Product Collection 30: Secondary Product Suction

40:장치 고정부 50:표면 부착부40: device fixing part 50: surface attachment part

52:브러쉬 54:볼 베어링 52: brush 54: ball bearing

56:고무 실링 A:제염 대상물 56: rubber sealing A: decontamination object

B:방사성 폐기물 표면 처리기 S10:반응 개스 주입 시스템B: Radioactive Waste Surface Treater S10: Reaction Gas Injection System

S20:냉각수 공급 시스템 S30:고주파 전원 전송 시스템S20: Cooling water supply system S30: High frequency power transmission system

S40:2차 생성물 수거 시스템 S40: Secondary Product Collection System

본 발명은 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 제염장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 표면에 방사성 부식 생성물로 부착되어 있는 코발트 산화막을 대기압 플라즈마를 이용하여 제거함으로써 원자로 유지, 보수, 해체시 방사성 폐기물 발생량을 저감하고 경우에 따라서는 제염 후 폐기물의 재활용을 목적으로 하는 방사성 폐기물 표면 제염 장치 및 제염 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a radioactive waste surface decontamination apparatus using an atmospheric plasma, and more particularly, to generating a radioactive waste during reactor maintenance, repair, and dismantling by removing a cobalt oxide film attached to a metal surface as a radioactive corrosion product using an atmospheric plasma. It is to provide a radioactive waste surface decontamination apparatus and decontamination method for the purpose of reducing the waste and in some cases recycling the waste after decontamination.

일반적으로 방사선 폐기물 표면 제염 기술은 방사성 폐기물의 겉층만을 처리해서 표면에 존재하는 핵종만을 효과적으로 제거함으로써 폐기물을 저 레벨의 폐기물, 혹은 비 방사성 물질로 변환시키는 기술로써 방사성 폐기물의 발생량을 저감하고 제염후의 폐기물의 재활용을 목적으로 하는 기술을 의미한다.In general, the radioactive waste surface decontamination technology effectively removes only the nuclides present on the surface by treating only the outer layer of radioactive waste, thereby converting the waste into low-level waste or non-radioactive materials. Means technology for the purpose of recycling waste.

종래의 방사성 폐기물 표면 제염 기술로 널리 사용되고 있는 기술로는 화학적 세정법, 물리적 세정법이 있다. 용액을 사용한 화학적 세정법은 처리 용액이 2차 폐기물이 되고 연마제를 이용한 물리적 세정법 역시 연마제가 2차 폐기물이 되고 세밀한 부분의 제염이 곤란하다는 단점을 가지고 있다. 이에 금속 폐기물 표면 세정이나 피막 제거에 관한 새로운 기술로써 플라즈마를 이용한 건식 표면 제염 기술이 연구되고 있다. Techniques widely used in conventional radioactive waste surface decontamination techniques include chemical cleaning and physical cleaning. The chemical cleaning method using the solution has the disadvantage that the treatment solution is the secondary waste and the physical cleaning method using the abrasive is also the abrasive is the secondary waste and it is difficult to decontaminate fine parts. Accordingly, as a new technique for cleaning metal waste surfaces or removing films, a dry surface decontamination technique using plasma has been studied.

플라즈마 표면 제염 기술은 대기압이나 진공하에서 플라즈마를 발생하여 제염 대상 표면에 열에너지를 작용시키거나 화학 반응을 일으켜 효과적으로 표면을 처리하는 기술이다. Plasma surface decontamination technology generates plasma under atmospheric pressure or vacuum to apply thermal energy to a surface to be decontaminated or chemically react to effectively treat the surface.

종래의 플라즈마 표면 처리 기술 중에서 이행형 아크법이 있다. 상기의 이행형 아크법은 처리 대상이 하나의 전극이 되어 진공 중에서 아크 방전을 일으키는 방법이다. 상기의 방전에 의해서 전극 표면 위에 전극점으로 불리는 전류 집중 영역이 형성되고 이러한 전류 집중에 의해서 발열과 기류를 불어냄으로써 전극 표면의 산화 피막이 순간적으로 증발, 비산해서 깨끗한 모재 표면을 얻을 수 있다. 그러나 상기의 이행형 아크법은 처리대상이 금속표면으로 제한되고 진공을 이용하기 때문에 가스의 흐름과 필터를 이용하여 증발한 산화물의 포착이 곤란하다는 단점이 있다. Among the conventional plasma surface treatment techniques, there is a transition arc method. The transition arc method described above is a method in which an object to be treated becomes an electrode and causes an arc discharge in a vacuum. By the above discharge, a current concentrating region called an electrode point is formed on the electrode surface, and the heat generation and air flow are blown by the current concentrating, and the oxide film on the electrode surface is instantaneously evaporated and scattered to obtain a clean base surface. However, the transition arc method has a disadvantage in that it is difficult to trap the gas evaporated by using a gas flow and a filter because the object to be treated is limited to the metal surface and uses a vacuum.

또한 마이크로파 플라즈마를 이용한 SUS표면에서 코발트 산화피막을 제거하는 방법이 M.Suzuki에 의해 제안되었다.(Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.37, pp.787-792) 상기의 마이크로파 플라즈마를 이용하는 방법은 높은 열에너지를 이용하여 비교적 처리시간을 줄일 수 있는 장점이 있지만 제염 대상의 면적이 커졌을 때에는 적용하는데 한계가 있으며 진공 챔버안에서 처리하기 때문에 처리대상이 제한되고 실시간 처리가 불가능하다.In addition, a method for removing a cobalt oxide film from the surface of SUS using microwave plasma has been proposed by M. Suzuki (Journal of Nuclear Science and Technology, Vol. 37, pp. 787-792). Although there is an advantage that the treatment time can be relatively reduced by using high thermal energy, when the area of the decontamination object is enlarged, there is a limit to the application and the treatment object is limited and the real time treatment is impossible because the treatment is performed in a vacuum chamber.

한편, 대기압하에서 고주파 방전을 이용하여 저온의 비평형 플라즈마를 노즐로부터 방출하는 플라즈마 토치를 이용하여 TRU핵종을 제거하는 방법이 Los Alamos 국립연구소(미국)의 G.Selwyn와 UCLA의 R.Hicks의 공동 연구로 개발되었다.Meanwhile, a method of removing TRU nuclei using a plasma torch that emits low-temperature unbalanced plasma from a nozzle using high frequency discharge under atmospheric pressure has been developed by G.Selwyn of Los Alamos National Laboratory (USA) and R.Hicks of UCLA. Developed by research.

상기의 방법은 본 발명에서 채택하는 방식과 유사하지만 개스 소모량이 많아 운전비용이 크고 처리 면적의 확장성이 용이하지 않은 단점이 있다.The above method is similar to the method adopted in the present invention, but has a disadvantage in that the gas consumption is large, the operating cost is large, and the processing area is not easily expanded.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 진공 장비가 필요 없는 대기압하에서 저온의 비평형 플라즈마를 이용한 실시간 방사성 폐기물 표면 처리 장치를 제공하는 것이다.The present invention has been proposed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a real-time radioactive waste surface treatment apparatus using a non-equilibrium plasma at low temperature under the atmospheric pressure that does not require vacuum equipment.

본 발명의 또 다른 목적은 넓은 면적의 표면 처리로의 확장이 용이하고 제거된 코발트 산화막을 효과적으로 포집 처리하는 대기압 플라즈마 방사성 폐기물 표면 처리 장치를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma radioactive waste surface treatment apparatus which is easy to expand to a large area surface treatment and effectively collects and removes the cobalt oxide film removed.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르는 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치는 제염 대상 표면에 부착하기 위한 표면 부착부와 상기 표면 부착부로 대기압 글로우 플라즈마를 발생시켜 분출시키는 대기압 플라즈마 발생 장치와 상기 대기압 플라즈마 발생 장치에서 발생한 플라즈 마 라디칼과 제염 대상 표면간의 화학적 반응에 의해서 생성된 2차 생성물을 포집하는 2차 생성물 포집부와 상기의 2차 생성물 포집부에서 포집된 2차 생성물을 흡입하여 2차 생성물을 수거하는 2차 생성물 흡입부와 상기 대기압 플라즈마 발생 장치를 2차 생성물 포집부에 고정하며 2차 생성물과 파워 전극부의 접촉을 제한하기 위하여 밀폐구조로 된 장치 고정부를 포함하여 이루어진다. 상기 밀폐구조는 플라즈마 발생장치가 고정부에 고정되었을 때 플라즈마 발생장치 위쪽의 파워 전극부와 파워전극 고정부를 플라즈마 발생 장치 고정부 내부에 위치하게 하여 2차 생성물 포집과 흡입시에 2차 생성물이 파워 전극부와 파워전극 고정부에 노출되는 것을 방지하여 2차 생성물에 의한 파워 전극이나 파워 전극 고정부의 손상을 줄일 수 있다. 상기 2차 생성물 포집부는 고주파 차폐를 위해 금속으로 구성될 수가 있으며 포집부 상단에는 고주파 전원 연결 및 전극 냉각을 위한 냉각수 연결부가 포함될 수 있다. 상기 장치는 플라즈마 발생장치에 의해 발생된 플라즈마와 제염하려는 제염 대상 표면간의 화학적 반응에 의해 제염이 이루어진다.In order to achieve the above object, the radioactive waste surface treatment apparatus using the atmospheric plasma according to the present invention is a surface attachment portion for attaching to the surface to be decontaminated and atmospheric pressure plasma generation to generate and eject the atmospheric glow plasma to the surface attachment portion Inhalation of the secondary product trapping unit and the secondary product collected from the secondary product collecting unit to collect the secondary product generated by the chemical reaction between the plasma radical generated in the apparatus and the atmospheric pressure plasma generator and the surface to be decontaminated And a secondary product suction unit for collecting the secondary product and the atmospheric plasma generator to secure the secondary product collection unit, and an apparatus fixing unit having a closed structure to limit the contact between the secondary product and the power electrode unit. . The hermetic structure is such that when the plasma generator is fixed to the fixing unit, the power electrode unit and the power electrode fixing unit above the plasma generating unit are positioned inside the plasma generator fixing unit so that the secondary product is collected and sucked in the secondary product. By preventing exposure to the power electrode portion and the power electrode fixing portion, it is possible to reduce damage of the power electrode or the power electrode fixing portion by the secondary product. The secondary product collector may be made of metal for high frequency shielding, and the upper part of the collector may include a high frequency power connection and a coolant connection for electrode cooling. The device is decontaminated by a chemical reaction between the plasma generated by the plasma generator and the surface to be decontaminated.

또한 상기 장치에서 상기 플라즈마 발생장치는 몸체와 상기 몸체의 내부에 삽입되어 고주파를 인가하는 각각 병렬로 연결된 다수개의 파워전극과 상기의 파워전극을 고정시키기 위한 파워전극 고정부와 상기의 파워전극과의 방전에 의해서 대기압 글로우 플라즈마를 발생시키게 되는 접지 전극과 상기 대기압 글로우 플라즈마를 발생시키기 위해 헬륨과 반응개스를 주입시키기 위하여 상기 몸체의 옆면에 형성된 개스 주입부와 상기 개스 주입부로부터 주입된 헬륨과 반응개스의 혼합개스를 균일하게 분배하기 위한 개스 분배부와 상기 대기압 플라즈마 발생시 생기는 제 염대상 표면과 파워 전극간의 아크 방전을 억제하기 위해 접지전극에 얹혀서 접지 전극과 파워 전극사이에 삽입되고 접지 전극에서 돌출되고 유전체 고정부에 의해 고정되는 유전체와 상기 접지전극에서 발생하는 열을 줄이기 위하여 상기 접지 전극주위에 형성된 냉각재킷을 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기한 플라즈마 발생장치는 개스주입부로부터 주입된 헬륨과 반응개스가 접지전극과 파워전극의 방전에 의해 대기압 글로우 플라즈마를 발생하게 된다.In the apparatus, the plasma generating apparatus includes a plurality of power electrodes connected in parallel to each other and inserted into the body and the body to apply high frequency, and a power electrode fixing part for fixing the power electrodes and the power electrodes. A ground electrode which generates an atmospheric glow plasma by discharge, and a gas injection portion formed on the side surface of the body to inject helium and a reaction gas to generate the atmospheric glow plasma, and helium and reaction gas injected from the gas injection portion. A gas distribution part for uniformly distributing the mixed gas of the gas, and is inserted between the ground electrode and the power electrode and protruded from the ground electrode to be mounted on the ground electrode to suppress the arc discharge between the decontamination surface and the power electrode generated during the atmospheric pressure plasma generation. Oilfield secured by dielectric fixture In order to reduce the heat generated from the sieve and the ground electrode may include a cooling jacket formed around the ground electrode. In the plasma generator, helium and reaction gas injected from the gas injection unit generate an atmospheric glow plasma by discharge of the ground electrode and the power electrode.

또한 상기 장치에서 상기 파워전극은 3개일 수 있다. 그러나 파워 전극을 병렬로 연결하여 파워전극 개수를 늘임으로써 독립적인 플라즈마 발생영역을 늘려 표면처리 영역을 쉽게 확장해 나갈 수 있다. 병렬로 연결되기 때문에 확장이 쉽다.In addition, the power electrode may be three. However, by increasing the number of power electrodes by connecting the power electrodes in parallel, the surface treatment area can be easily extended by increasing the independent plasma generation area. It is easy to expand because it is connected in parallel.

또한 상기 장치에서 상기 제염 대상 표면 부착부는 처리영역과 외부와의 격리를 위한 실링(sealing)과 기체화하지 않고 제염 대상 표면에 부착되어 있는 2차 생성물을 수거하기 위한 브러쉬를 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 실링은 고무로 된 구조일 수 있으며 이 경우 제염 대상 표면에 밀착하게 할 수 있으며 제염 대상 표면 위에서 자유로운 움직임이 가능하도록 상기 제염 대상 표면 부착부에 볼 베어링을 포함할 수도 있다.In addition, the decontamination surface attachment portion in the device may include a sealing for isolation between the treatment area and the outside and a brush for collecting secondary products attached to the decontamination surface without gasification. The seal may have a rubber structure, in which case it may be in close contact with the surface to be decontaminated and may include a ball bearing in the decontamination target surface attachment portion to allow free movement on the decontamination target surface.

또한 상기 장치에서 상기 2차 생성물 흡입부는 2차 생성물의 효과적인 수거를 위하여 필터를 포함할 수 있다.The secondary product inlet in the device may also include a filter for effective collection of the secondary product.

또한 상기 장치에서 상기 반응 개스는 CF4, O2중 어느 하나 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다. 상기 반응 개스는 방사성 부식 생성물로 존재하는 코발트 산화막을 제거하기 위한 반응성 개스로 미량 혼합하여 주입된다In the apparatus, the reaction gas may be any one of CF 4 , O 2 , or a combination thereof. The reaction gas is injected by micromixing into a reactive gas to remove the cobalt oxide film present as a radioactive corrosion product.

또한 상기의 장치에서 상기 2차 생성물 포집부는 고주파 차폐와 작업자의 작용 용이성을 위한 무게 감용을 위해 알루미늄으로 구성될 수 있다.In the above apparatus, the secondary product collecting part may be made of aluminum for high frequency shielding and weight reduction for ease of operation of the operator.

또한 상기의 장치에서, 상기 플라즈마 발생장치는 제염 대상 표면과 플라즈마간의 간격 조절이 가능한 구조를 가질 수도 있다. 나사산을 형성하여 위치 조절에 이용할 수 있다. 이로 인해 플라즈마와 제염 대상 표면간의 아크 방전시 아크방전이 일어나지 않게 하기 위하여 이를 조절할 수 있으며 이를 통해 제염 속도의 조절도 가능하다.In the above apparatus, the plasma generating apparatus may have a structure capable of adjusting the distance between the surface to be decontaminated and the plasma. Threads can be formed and used for position adjustment. Thus, in order to prevent arc discharge from occurring during arc discharge between the plasma and the surface to be decontaminated, it is possible to control the decontamination rate.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리기 내부를 도시하는 상세도이다.1 is a detailed view showing the inside of a radioactive waste surface treatment apparatus using an atmospheric plasma according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 방사선 폐기물 표면 처리 장치는 대기압 플라즈마 발생 장치(10), 2차 생성물 포집부(20), 2차 생성물 흡입부(30), 장치 고정부(40), 제염 대상 표면에 부착되는 표면 부착부(50)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the radiation waste surface treatment apparatus using atmospheric pressure plasma according to an embodiment of the present invention includes an atmospheric pressure plasma generating apparatus 10, a secondary product collecting unit 20, and a secondary product suction unit 30. ), The device fixing portion 40, and the surface attachment portion 50 attached to the surface to be decontaminated.

상기 대기압 플라즈마 발생 장치(10)는 도면 3에 도시된 바와 같이, 접지 전극(10.b)과 파워 전극(10.f)사이의 방전에 의해서 플라즈마를 발생한다. 이때 아크 방전을 억제하기 위해서 접지 전극(10.b)과 파워 전극(10.f) 사이에 유전체(10.a)를 삽입하며 안정된 글로우 플라즈마를 발생을 위해서 다량의 헬륨에 소량의 반응 개스를 섞어서 플라즈마를 발생한다. 유전체(10.a)는 접지전극의 구멍에 삽입되는 관 형태이며 접지 전극의 안쪽에 걸려서 얹혀 있고 유전체 고정부(10.i)에 의해서 고정이 된다.As shown in FIG. 3, the atmospheric pressure plasma generator 10 generates plasma by discharge between the ground electrode 10.b and the power electrode 10.f. At this time, the dielectric (10.a) is inserted between the ground electrode (10.b) and the power electrode (10.f) to suppress the arc discharge, and a small amount of reaction gas is mixed with a large amount of helium to generate a stable glow plasma Generate a plasma. Dielectric (10.a) is in the form of a tube inserted into the hole of the ground electrode is mounted on the inside of the ground electrode is fixed by the dielectric fixing portion (10.i).

상기의 접지 전극(10.b)과 파워 전극(10.f)에서 발생하는 열을 줄이기 위해서 접지 전극은 냉각 재킷(10.c)을 통해서 냉각하고 파워 전극(10.f)은 내부에 구리 튜브를 삽입하여 냉각한다.In order to reduce heat generated in the ground electrode 10.b and the power electrode 10.f, the ground electrode is cooled through the cooling jacket 10.c and the power electrode 10.f is a copper tube inside. Insert to cool.

상기의 접지 전극(10.b)은 냉각 재킷과의 결합 용이성 때문에 스테인레스 스틸로 제작되며 파워 전극(10.f)은 냉각 효과를 높이기 위해서 구리로 제작된다. The ground electrode 10.b is made of stainless steel due to the ease of coupling with the cooling jacket, and the power electrode 10.f is made of copper to increase the cooling effect.

상기의 파워 전극(10.f)은 파워 전극 고정부(10.g)에 의해서 몸체(10.d)에 고정되며 플라즈마 발생 장치의 몸체(10.d)는 접지 전극(10.b)과 파워 전극(10.f)간의 전기적 격리를 위해서 절연체로 구성된다. The power electrode 10.f is fixed to the body 10.d by the power electrode fixing part 10.g, and the body 10.d of the plasma generator is connected to the ground electrode 10.b and the power. It consists of an insulator for electrical isolation between the electrodes 10.f.

상기 도시된 대기압 플라즈마 발생 장치(10)에서 세 개의 파워 전극(10.f)을 사용하며 각각의 파워 전극(10.f)은 세 개의 접지 전극(10.b)의 구멍을 통해 독립적인 플라즈마를 발생한다. In the illustrated atmospheric pressure plasma generating apparatus 10, three power electrodes 10.f are used, and each power electrode 10.f uses an independent plasma through the holes of the three ground electrodes 10.b. Occurs.

상기의 대기압 플라즈마 발생 장치(10)에서 헬륨과 반응 개스(CF4, O2)는 개스 주입부(10.e)를 통하여 주입되고 개스 분배부(10.h)에 의해서 균일하게 분배되어 관 형태의 유전체(10.a)를 통해 배출된다. In the atmospheric pressure plasma generator 10, helium and the reaction gases CF 4 and O 2 are injected through the gas injection unit 10.e and uniformly distributed by the gas distribution unit 10.h to form a tube. Is discharged through the dielectric 10.a.

상기의 대기압 플라즈마 발생 장치(10)에서 발생한 플라즈마는 세 개의 유전체(10.a)를 통해 배출되는 개스의 밀어주는 힘에 의해서 밖으로 분출한다.The plasma generated by the atmospheric pressure plasma generator 10 is blown out by the pushing force of the gas discharged through the three dielectric (10.a).

상기의 2차 생성물 포집부는 대기압 플라즈마 발생장치(10)에서 발생한 플라즈마 라디칼과 제염 대상 표면(A)간의 화학적 반응에 의해서 생성된 2차 생성물을 포집하는 부분으로서, 고주파 차폐와 무게를 고려하여 알루미늄이 사용될 수 있다.The secondary product collecting unit collects secondary products generated by a chemical reaction between the plasma radicals generated in the atmospheric pressure plasma generator 10 and the decontamination target surface A. Can be used.

상기의 2차 생성물 흡입부(30)는 포집된 2차 생성물을 흡입하여 필터를 통하여 2차 생성물을 수거하는 부분으로서, 흡입부와 연결되는 부분은 이동이 용이한 구조를 포함할 수 있다. The secondary product suction unit 30 is a portion collecting secondary products collected through the filter to collect secondary products, and a portion connected to the suction unit may include a structure that is easily moved.

상기의 장치 고정부(40)는 대기압 플라즈마 발생 장치(10)를 2차 생성물 포집부(20)에 고정하고 대기압 플라즈마 발생 장치(10)의 몸체(10.d)에 나 있는 나사산에 의한 위치조절을 통하여 제염 대상 표면과의 간격을 조절할 수 있다. The device fixing part 40 fixes the atmospheric pressure plasma generator 10 to the secondary product collecting part 20 and adjusts the position by the screw thread on the body 10.d of the atmospheric pressure plasma generator 10. The distance from the surface to be decontaminated can be adjusted through.

상기의 제염 대상 표면 부착부(50)는 처리 대상이 되는 방사성 폐기물 표면에 부착해서 표면 처리가 진행되는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 영역과 외부와의 격리를 위한 고무 실링(sealing)(56)과 기체화하지 않고 고형적으로 제염 대상 표면에 부착되어 있는 2차 생성물을 수거하기 위한 브러쉬(52), 제염 대상 표면에 부착된 상태에서 표면 처리기의 움직임이 자유롭도록 하는 볼 베어링(54)으로 구성된다. 상기의 고무실링 구조와 브러쉬 구조는 표면 부착부에 동심형태의 홈을 파서 그 사이로 끼워서 고정하는 형태이며 고무 실링 구조가 표면 부착부의 최외각에 위치하고 그 안쪽으로 브러쉬가 끼워져서 연결된다. 고무 실링 구조에서 고무는 표면 부착부에 홈을 내어 끼워 넣은 다음 접착제로 고정이 되고 브러쉬는 별도의 접착제 없이 홈을 내어 빠지지 않게 표면 부착부(50)에 고정되어 있다. The decontamination target surface attachment portion 50 is a portion that is attached to the surface of the radioactive waste to be treated and is subjected to surface treatment. As shown in FIG. 2, a rubber sealing for isolation between the treatment area and the outside is shown. 56, a brush 52 for collecting secondary products solidly attached to the surface to be decontaminated without gasification, and a ball bearing to allow the movement of the surface processor in the state of being attached to the surface to be decontaminated. 54). The rubber sealing structure and the brush structure are formed by digging a concentric groove into the surface attachment portion and inserting them therebetween, and the rubber sealing structure is positioned at the outermost portion of the surface attachment portion and connected with the brush inserted therein. In the rubber sealing structure, the rubber is fixed to the surface attachment portion 50 so that the groove is inserted into the surface attachment portion and then fixed with an adhesive, and the brush does not fall out without the additional adhesive.

도 2는 대기압 플라즈마를 이용한 방사선 폐기물 표면 처리기를 외부에서 본 사시도이다.2 is a perspective view of the radioactive waste surface treatment machine using atmospheric pressure plasma viewed from the outside.

도2에 도시된 바와 같이, 대기압 플라즈마 발생장치(10)는 2차 생성물 포집부(20)에 고정되며 표면 부착부(50)를 제염 대상 표면(A)에 부착시킨 후 대기압 플라즈마 발생 장치(10)의 유전체(10.a)를 통해 분출되는 플라즈마에 의해 표면 처리가 진행된다. As shown in FIG. 2, the atmospheric pressure plasma generator 10 is fixed to the secondary product collecting unit 20, and the surface attachment unit 50 is attached to the decontamination target surface A, and then the atmospheric pressure plasma generating apparatus 10. The surface treatment proceeds by the plasma ejected through the dielectric 10.a.

도 3은 대기압 플라즈마 발생 장치의 내부 구조 상세도이고 도 4는 대기압 플라즈마 발생 장치의 사시도이며, 도 5는 플라즈마 발생 장치의 상세 분해도 이다.3 is a detailed view of the internal structure of the atmospheric pressure plasma generating apparatus, FIG. 4 is a perspective view of the atmospheric pressure plasma generating apparatus, and FIG. 5 is a detailed exploded view of the plasma generating apparatus.

도 6은 도 5에서의 접지 전극(10.b)을 플라즈마 발생 영역을 확장하여 대면적의 처리 능력을 가지도록 개조한 형상을 나타내는 개념도이다. 도 6에서의 접지 전극(10.b)의 구멍 수에 해당하는 파워 전극(10.f)을 병렬로 연결하여 독립적인 플라즈마 발생영역의 수를 늘려나갈 수 있고 이를 통하여 면적 표면 처리의 확장이 용이하다는 장점이 있다. 상기의 도면은 접지전극에는 7개의 파워전극을 연결하는 경우를 도시 한다.FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a shape in which the ground electrode 10.b of FIG. 5 is modified to have a large area processing capacity by expanding a plasma generation region. By connecting the power electrodes 10.f corresponding to the number of holes of the ground electrode 10.b in FIG. 6 in parallel, the number of independent plasma generating regions can be increased, thereby making it easy to expand the surface treatment of the area. Has the advantage. The figure shows a case where seven power electrodes are connected to the ground electrode.

도 7은 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리시스템의 개략도이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 시스템은 표면 처리기(B)에 헬륨과 반응 개스를 공급하는 개스 주입 시스템(S10), 플라즈마 발생 장치(10)에서 접지 전극(10.b)과 파워 전극(10.f)에서 발생하는 열을 제거하기 위한 냉각수 공급 시스템(S20), 플라즈마 발생 장치(10)에서 플라즈마 발생을 위한 전극으로의 고주파 전달을 위한 고주파 인가 시스템(S30), 플라즈마와 제염 대상 표면간의 화학반응으로 발생한 2차 생성물의 흡입, 수거를 위한 2차 생성물 수거 시스템(S40)으로 구성된다.7 is a schematic diagram of a radioactive waste surface treatment system using an atmospheric plasma. As shown in FIG. 7, the radioactive waste surface treatment system using atmospheric pressure plasma includes a gas injection system S10 for supplying helium and a reaction gas to the surface treatment machine B, and a ground electrode 10 in the plasma generator 10. b) and a cooling water supply system S20 for removing heat generated from the power electrode 10.f, a high frequency application system S30 for high frequency transmission from the plasma generator 10 to an electrode for plasma generation, It consists of a secondary product collection system (S40) for the suction, collection of secondary products generated by the chemical reaction between the plasma and the decontamination target surface.

상기의 개스 주입 시스템은(S10)은 MFC(Mass Flow Control)를 통해서 정량의 헬륨과 반응가스를 플라즈마 발생 장치(10)로 공급할 수 있다. 이때의 주입 개스는 안정적인 글로우 방전을 위한 다량의 헬륨 개스에 제염 대상 표면에 방사성 부식 생성물로 존재하는 코발트 산화막을 제거하기 위한 반응성 개스로 CF4, O2를 미량 혼합하여 주입한다. 상기의 장치에서 아크방전을 하지 않고 안정된 글로우 플라즈마를 발생하기 위하여 사용되는 헬륨의 양은 전극과 유전체의 간격을 조절해 가면서 실험을 통해 얻을 수 있다.The gas injection system (S10) may supply the helium and the reaction gas of the quantitative amount to the plasma generator 10 through MFC (Mass Flow Control). At this time, the injection gas is injected by mixing a small amount of CF 4 , O 2 as a reactive gas to remove the cobalt oxide film existing as a radioactive corrosion product on the surface to be decontaminated in a large amount of helium gas for stable glow discharge. In the above apparatus, the amount of helium used to generate a stable glow plasma without arc discharge can be obtained by controlling the distance between the electrode and the dielectric.

상기의 냉각수 공급 시스템(S20)은 펌프를 통하여 세 개의 파워 전극의 냉각수 라인을 직렬로 연결하고 다시 접지 전극을 하나의 라인으로 연결하여 순환하는 구조를 가진다.The cooling water supply system S20 has a structure in which the cooling water lines of three power electrodes are connected in series through a pump, and the ground electrode is connected to one line to circulate.

상기의 고주파 인가 시스템(S30)은 13.56MHz의 고주파 전원을 자동 임피던스 정합 회로를 통하여 전극으로 공급한다.The high frequency application system S30 supplies a high frequency power of 13.56 MHz to an electrode through an automatic impedance matching circuit.

상기의 2차 생성물 수거 시스템(S40)은 기체화 혹은 고형화된 2차 생성물(Co2(CO)8)을 콜드 트랩(cold trap)이나 NaF등을 사용하여 수거한다.The secondary product collection system S40 collects the gasified or solidified secondary product Co 2 (CO) 8 using a cold trap or NaF.

제염의 방법은 개스 주입시스템에 의해서 정량의 혼합 개스를 플라즈마 발생장치로 주입하는 단계와 파워전극에 고주파를 인가하여 파워 전극과 접지 전극사이에 대기압 플라즈마를 발생시키는 단계와 상기 발생한 플라즈마를 표면과 반응시키는 단계와 상기의 단계에서 플라즈마와의 반응에 의해 생성된 2차 생성물을 포집부 에 의해 포집하고 흡입부를 통해 흡입하는 단계와 상기 흡입된 2차 생성물을 필터에 의해 수거하는 단계로 이루어진다.The decontamination method includes the steps of injecting a mixed quantity of mixed gas into the plasma generator by a gas injection system, generating an atmospheric plasma between the power electrode and the ground electrode by applying a high frequency to the power electrode, and reacting the generated plasma with the surface. And collecting the secondary product generated by the reaction with the plasma in the above step by the collecting unit and suctioning through the suction unit and collecting the sucked secondary product by the filter.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 시스템에 의하면, 대기압 하에서 실시간으로 방사성 폐기물 표면 제염이 가능하고, 전극의 병렬 연결을 통하여 처리 면적의 확장이 용이한 효율적인 방사성 폐기물 표면 처리 시스템을 제공하게 된다. According to the radioactive waste surface treatment system using the atmospheric plasma according to the present invention as described above, it is possible to decontaminate the radioactive waste surface in real time under atmospheric pressure, and to efficiently expand the radioactive waste surface treatment through the parallel connection of the electrodes. To provide a system.

또한 별도의 진공장비가 필요 없기 때문에 이동이 용이하고 작업자가 손쉽게 작동할 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 시스템을 제공한다. In addition, it provides a radioactive waste surface treatment system using atmospheric plasma, which is easy to move and can be operated by an operator because no separate vacuum equipment is required.

또한 플라즈마와 제염 대상표면간의 화학반응에 의해서 제염 대상 표면의 코발트 산화막을 기화시켜서 제거 할 수 있으므로 제거된 산화막이 입자 형태로 비산하지 않고 기화되어 포집부에서 흡입되므로 제거된 코발트 산화막을 효과적으로 수거 할 수 있는 방사성 폐기물 표면 처리 시스템을 제공한다.In addition, the cobalt oxide film on the surface to be decontaminated can be removed by vaporizing a chemical reaction between the plasma and the surface to be decontaminated, so that the removed cobalt oxide film is vaporized without being scattered in the form of particles and sucked in the collecting part, thereby effectively removing the cobalt oxide film. To provide a radioactive waste surface treatment system.

또한 건식 방법에 의함으로써 화학적 방법을 사용하는 경우 세정에 사용한 용액이 그대로 2차 폐기물이 되는 문제를 해결할 수 있다.In addition, by the dry method, the problem that the solution used for cleaning becomes a secondary waste as it is when using the chemical method can be solved.

대기압 상태에서 발생한 플라즈마가 플라즈마 발생영역에서 분출되어 나와서 플라즈마 내에 존재하는 라디칼이 제염대상 표면과 화학반응에 의해 표면 처리하기 때문에 세밀한 부분의 제염도 가능하며 제염 대상 표면에 굴곡이 있다고 하더라도 사용이 가능한 방사성 폐기물 표면 처리 시스템을 제공한다.
Plasma generated at atmospheric pressure is ejected from the plasma generating region, and radicals present in the plasma are surface treated by chemical reaction with the surface to be decontaminated, so it is possible to decontaminate fine parts and to be used even if the decontamination surface is curved. Provide a waste surface treatment system.

Claims (8)

대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치로서As a radioactive waste surface treatment apparatus using atmospheric plasma 상기 장치를 제염 대상 표면에 부착하기 위한 표면 부착부(50)와;A surface attachment portion 50 for attaching the device to a decontamination surface; 상기 표면 부착부(50)로 대기압 글로우 플라즈마를 발생시켜 분출시키는 대기압 플라즈마 발생 장치(10)와;An atmospheric pressure plasma generator (10) for generating and ejecting an atmospheric glow plasma to the surface attachment portion (50); 상기 대기압 플라즈마 발생 장치(10)에서 발생한 플라즈마 라디칼과 제염 대상 표면간의 화학적 반응에 의해서 생성된 2차 생성물을 포집하는 2차 생성물 포집부(20)와;A secondary product collecting unit 20 for collecting secondary products generated by a chemical reaction between the plasma radicals generated in the atmospheric pressure plasma generating apparatus 10 and the surface to be decontaminated; 상기의 2차 생성물 포집부에서 포집된 2차 생성물을 흡입하여 2차 생성물을 수거하는 2차 생성물 흡입부(30)와;A secondary product suction unit 30 which collects secondary products by sucking secondary products collected in the secondary product collecting unit; 상기 대기압 플라즈마 발생 장치를 2차 생성물 포집부(20)에 고정하며 2차생성물과 파워전극과의 접촉을 제한하기 위하여 밀폐 구조를 가진 장치 고정부(40)를 포함하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.Fixing the atmospheric plasma generating apparatus to the secondary product collecting unit 20 and radioactive waste using an atmospheric plasma comprising a device fixing unit 40 having a closed structure to limit the contact between the secondary product and the power electrode Surface treatment unit. 제 1항에 있어서, 상기 대기압 플라즈마 발생장치(10)는According to claim 1, wherein the atmospheric pressure plasma generating apparatus 10 몸체와;A body; 상기 몸체의 내부에 삽입되어 고주파를 인가하는 각각 병렬로 연결된 다수개의 파워전극(10.f)과;A plurality of power electrodes 10.f respectively inserted in the body and connected in parallel to apply high frequency; 상기 파워전극(10.f)을 고정시키기 위한 파워전극 고정부(10.g)와;A power electrode fixing part (10.g) for fixing the power electrode (10.f); 상기 파워전극(10.f)과의 방전에 의해서 대기압 글로우 플라즈마를 발생시키게 되는 접지 전극(10.b)과;A ground electrode (10.b) which generates an atmospheric glow plasma by discharge from the power electrode (10.f); 상기 대기압 글로우 플라즈마를 발생시키기 위해 헬륨과 반응개스를 주입시키기 위하여 상기 몸체의 옆면에 형성된 개스 주입부(10.e)와;A gas injection unit (10.e) formed on a side surface of the body for injecting helium and a reaction gas to generate the atmospheric glow plasma; 상기 개스 주입부(10.e)로부터 주입된 헬륨과 반응 개스의 혼합 개스를 균일하게 분배하기 위한 개스 분배부(10.h)와;A gas distribution part (10.h) for uniformly distributing the mixed gas of helium and the reaction gas injected from the gas injection part (10.e); 상기 대기압 플라즈마 발생시 생기는 제염 대상 표면과 파워 전극(10.f)간의 아크 방전을 억제하기 위해 상기 접지전극(10.b)에 얹혀서 상기 접지 전극(10.b)과 상기 파워 전극(10.f)사이에 삽입되고 상기 접지 전극(10.b)에서 돌출되며 유전체 고정부(10.i)에 의해 고정되는 유전체(10.a)와:The ground electrode 10.b and the power electrode 10.f are mounted on the ground electrode 10.b to suppress arc discharge between the decontamination target surface and the power electrode 10.f generated when the atmospheric pressure plasma is generated. A dielectric (10.a) interposed therebetween and protruding from the ground electrode (10.b) and fixed by a dielectric fixing portion (10.i): 상기 접지전극(10.b)에서 발생하는 열을 줄이기 위하여 상기 접지 전극(10.b)주위에 형성된 냉각재킷을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,It characterized in that it comprises a cooling jacket formed around the ground electrode (10.b) to reduce the heat generated in the ground electrode (10.b), 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.Radioactive waste surface treatment apparatus using atmospheric plasma. 제 2항에 있어서, 상기 파워전극(10.f)은 3개인 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The radioactive waste surface treatment apparatus according to claim 2, wherein the power electrodes (10.f) are three. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제염 대상 표면 부착부(50)는 처리영역과 외부와의 격리를 위한 실링(sealing)과 기체화하지 않고 제염 대상 표면에 부착되어 있는 2차 생성물을 수거하기 위한 브러쉬(52)를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The decontamination surface attaching portion 50 is attached to the decontamination surface without sealing and gasifying for isolation between the treatment area and the outside. A radioactive waste surface treatment apparatus using an atmospheric plasma, characterized in that it comprises a brush (52) for collecting tea products. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 생성물 흡입부(30)는 2차 생성물의 효과적인 수거를 위하여 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The radioactive waste surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the secondary product suction unit 30 includes a filter for effective collection of the secondary product. . 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 개스는 CF4, O2중 어느 하나 또는 이들의 조합 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The radioactive waste surface treatment apparatus using atmospheric pressure plasma according to any one of claims 2 to 3, wherein the reaction gas is any one of CF 4 , O 2 , or a combination thereof. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 생성물 포집부(20)는 고주파 차폐와 작업자의 작용 용이성을 위한 무게 감용을 위해 알루미늄으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary product collection unit 20 is made of aluminum for high frequency shielding and weight reduction for ease of operation of the operator. Radioactive waste surface treatment unit. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치(10)는 제염 대상 표면과 플라즈마간의 간격 조절이 가능한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는, 대기압 플라즈마를 이용한 방사성 폐기물 표면 처리 장치.The radioactive waste surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasma generator (10) has a structure capable of adjusting an interval between the surface to be decontaminated and the plasma.
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