KR101738444B1 - 방사성 요오드 흡착제, 및 방사성 요오드의 처리 방법 - Google Patents

방사성 요오드 흡착제, 및 방사성 요오드의 처리 방법 Download PDF

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Abstract

종래보다 효과적으로 방사성 요오드를 흡착하고, 또한 원자로 사고의 원인의 하나가 되는 수소를 제거하는 것을 가능하게 하는 방사성 요오드 흡착제를 제공한다. X형 제올라이트를 조립(造粒)하여 이루어지는 방사성 요오드 흡착제로서, X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트를 은으로 치환함으로써, 상기 X형 제올라이트의 미세공(微細孔)의 사이즈를 수소 분자의 사이즈에 적합시키고 있고, 은 성분의 비율이 건조 상태 하에서 36 중량% 이상이며, 입자의 사이즈가 10×20 mesh이며, 경도가 94% 이상이며, 150℃ 하에 있어서 3시간 건조 감량했을 때의 수분 함유량이 12 중량% 이하이다.

Description

방사성 요오드 흡착제, 및 방사성 요오드의 처리 방법{RADIOACTIVE IODINE ADSORBENT, AND METHOD FOR TREATING RADIOACTIVE IODINE}
본 발명은, X형 제올라이트를 조립(造粒)하여 이루어지는 방사성 요오드 흡착제, 및 원자력 시설로부터 배출되는 증기에 포함되는 방사성 요오드를 처리하는 방사성 요오드의 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 원자력 발전소 등의 원자력 시설에는, 방사성 요오드를 제거하기 위한 필터가 설치되어 있다. 원자력 시설에서 발생한 방사성 요오드를 함유하는 증기는, 상기 필터에 통류(通流)되어 방사성 요오드를 흡착·제거한 후, 원자력 시설 밖으로 배출된다. 이 공정은 매우 중요하므로, 필터에 의한 방사성 요오드의 더 한층의 흡착 효과에 대하여 연구·개발이 행해지고 있다. 그 하나로서, 고습도 하에 있어서도 방사성 요오드의 제거 효율이 양호한 흡착제를 제공하는 것이 있었다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조). 특허 문헌 1에 의하면, 평균 세공(細孔) 직경 200∼2000 Å의 다수의 세공을 가지는 알루미나에 금속 또는 그 화합물을 담지(擔持)시킨 흡착제에 의해, 방사성 요오드 화합물인 요오드화 메틸의 제거 효율을 향상시키는 것이 기재되어 있다.
또한, 방사성 요오드 흡착제의 담체로서 제올라이트를 사용한 것이 있었다(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조). 특허 문헌 2는, 알루미나에 대한 실리카의 몰비가 15 이상인 제올라이트에 은을 담지시킨 방사성 요오드 흡착제이다. 이 방사성 요오드 흡착제는, 은의 담지량이 소량으로 충분하면서, 방사성 요오드 제거 효율이 높아지는 것으로 기재되어 있다.
특허 문헌 1: 일본공개특허 제 소54-4890호 공보 특허 문헌 2: 일본공개특허 제 소60-225638호 공보
특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 개시되어 있는 흡착제는, 모두 제올라이트의 결정 구조를 이용한 것이며, 구멍의 사이즈에 의한 분자 체(molecular sieve) 효과를 이용하여 방사성 요오드를 선택적으로 흡착시키고 있다. 양 문헌에 개시되어 있는 흡착제는, 방사성 요오드의 흡착에 대하여 일정한 효과는 있는 것으로 여겨진다. 그러나, 방사성 요오드를 확실하게 외부에 누설(漏洩)시키지 않도록, 보다 고성능의 방사성 요오드 흡착제를 개발하는 것이 요구되고 있다.
또한, 원자력 시설에 있어서, 원자로 사고 등의 이상(異常) 사태가 발생하면, 방사성 요오드를 포함하는 대량의 방사성 물질이 광범위하게 비산(飛散)되므로, 원자로 사고는 미연에 방지하지 않으면 안된다. 이에, 원자로에 이상 사태가 발생한 경우, 원자로의 내부 압력을 감압하는 필터 벤트를 원자로 건물에 설치하는 계획이 진행되고 있다. 그런데, 상기한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 방사성 요오드 흡착제는, 필터 벤트 등이 필요한 이상 사태에 대응하는 것은 상정(想定)하고 있지 않다. 이 때문에, 이상 사태가 발생한 경우에도 사용 가능한 방사성 요오드 흡착제나, 이와 같은 방사성 요오드 흡착제를 사용한 공정에 대하여, 더 한층의 연구 개발이 필요하다. 또한, 원자로 사고는, 원자로 내에서 발생하는 수소가 원인의 하나로 되어 있지만, 이 수소를 저감하는 것에 대하여, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는 전혀 기재되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 종래보다 효과적으로 방사성 요오드를 흡착하고, 또한 원자로 사고의 원인의 하나가 되는 수소를 제거하는 것을 가능하게 하는 방사성 요오드 흡착제를 제공하는 것, 나아가서는, 필터 벤트 등이 필요하게 되는 이상 사태에도 대응할 수 있는 방사성 요오드의 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제의 특징적 구성은,
X형 제올라이트를 조립하여 이루어지는 방사성 요오드 흡착제로서,
상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트를 은으로 치환함으로써, 상기 X형 제올라이트의 미세공(微細孔)의 사이즈를 수소 분자의 사이즈에 적합시키고 있고,
은 성분의 비율이 건조 상태 하에서 36 중량% 이상이며, 입자의 사이즈가 10×20 mesh이며, 경도가 94% 이상이며, 150℃ 하에 있어서 3시간 건조 감량했을 때의 수분 함유량이 12 중량% 이하인 것에 있다.
본 구성의 방사성 요오드 흡착제에 의하면, 기제(基劑)로서 X형 제올라이트를 조립한 것을 사용한다. 제올라이트에는 다양한 종류의 것이 존재하고, 그 결정 구조는 각각 다르지만, 결정 구조마다 극히 균일한 세공 직경을 가지는 특성이 있다. 이 특징적인 세공 직경에 의해, 제올라이트는 분자 체(몰레큘러 시브)나 분자의 선택적인 흡착 등에 이용되고 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제에서는, 제올라이트 중에서도 비교적 큰 세공 직경을 가지는 X형 제올라이트를 사용하고 있고 X형 제올라이트이온 교환 사이트에 존재하는 나트륨을 은으로 치환한다. 이로써, 방사성 요오드를 요오드화 은으로서 흡착할 수 있다. 따라서, 원자로 사고와 같은 이상 사태가 일어난 경우라도, 방사성 요오드의 원자로 외부로의 비산을 방지할 수 있다.
또한, X형 제올라이트의 나트륨을 은으로 치환함으로써, X형 제올라이트의 미세공의 사이즈를 수소 분자의 사이즈에 적합시키고 있고, 은 성분의 비율이 건조 상태 하에서 36 중량% 이상이며, 입자의 사이즈가 10×20 mesh이며, 경도가 94% 이상이며, 150℃ 하에 있어서 3시간 건조 감량했을 때의 수분 함유량이 12 중량% 이하이므로, 수소 분자를 효율적으로 포착할 수 있게 된다. 이로써, 원자로 사고 등으로 수소가 발생하는 사태가 되어도, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제를 사용하면 수소를 제거하는 것이 가능하게 되어, 원자로 사고를 미연에 회피할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제에 있어서,
상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트의 97% 이상이, 은으로 치환되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드 흡착제에 의하면, X형 제올라이트의 이온 교환 사이트인 나트륨의 97% 이상이, 은으로 치환되므로, 방사성 요오드를 고효율로 효과적으로 흡착할 수 있다. 또한, 수소의 제거 효율도 향상되므로, 원자로의 이상 사태를 미연에 회피할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제에 있어서,
상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트는, 은 이외의 물질로 치환되어 있지 않은 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드 흡착제에 의하면, X형 제올라이트의 이온 교환 사이트인 나트륨은 은 이외의 물질로는 치환되지 않는다. 이 때문에, 방사성 요오드의 흡착능이 장기(長期)에 걸쳐 지속된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법의 특징적 구성은,
원자력 시설로부터 배출되는 증기에 포함되는 방사성 요오드를 처리하는 방사성 요오드의 처리 방법으로서,
상기의 어느 하나에 기재된 방사성 요오드 흡착제를, 통기성을 구비한 케이스에 충전(充塡)하는 충전 공정과,
상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스에, 상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기를 통류시키는 통류 공정
을 포함하는 것에 있다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 상기한 2개의 공정을 행함으로써, 고효율로 효과적인 방사성 요오드의 흡착, 및 수소의 제거를 행할 수 있다.
방사성 요오드의 처리 방법을 실행하는 타이밍으로서, 예를 들면, 필터 벤트에 의한 처리 후가 있다. 필터 벤트란, 원자로에 이상 사태가 발생하고, 원자로 사고나, 그에 따른 방사성 요오드의 누설·비산을 미연에 방지하기 위하여, 원자로 내의 고압의 증기를 원자로 건물 밖으로 배출하는 조작이다. 필터 벤트의 후에 본 발명에 따른 방사성 요오드 처리 방법을 행하면, 필터 벤트에 의해 배출된 고압 증기 중의 방사성 요오드나 수소를 흡착하고, 확실하게 제거하는 것이 가능하게 된다. 이로써, 방사성 요오드의 비산이나 원자로 사고의 위험성을 미연에 회피할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제에 있어서,
상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기는, 수소 분자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 원자력 시설로부터 배출되는 증기는 수소 분자를 포함한다. 이 때문에, 상기한 통류 공정에 있어서, 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제를 사용하면, 증기에 포함되는 수소 분자를 제거할 수 있다. 이로써, 원자로 사고가 일어나는 위험성을 회피하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법에 있어서,
상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기는, 100℃ 이상의 온도를 가지는 과열 증기인 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 상기와 같은 매우 고온 상태의 증기라도, 상기한 통류 공정에 있어서, 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제를 사용하면, 증기에 포함되는 수소를 효율적으로 흡착할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법에 있어서,
상기 충전 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제의 충전 밀도를 1.0 g/ml 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 방사성 요오드 흡착제의 충전 밀도를 1.0 g/ml 이상으로 조정함으로써, 방사성 요오드 및 수소를 고효율로 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법에 있어서,
상기 통류 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스 내에서의 상기 증기의 체류 시간을 0.06초 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 체류 시간을 0.06초 이상이라고 하는 매우 짧은 시간이라도, 방사성 요오드 흡착제가 방사성 요오드 및 수소를 고효율로 효과적으로 포집하고, 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법에 있어서,
상기 통류 공정에 있어서, 상기 증기의 압력은 399 kPa 이상인 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 증기의 압력이 399 kPa 이상이라는 고압력 하라도, 통류 공정에 있어서 방사성 요오드 흡착제가 방사성 요오드 및 수소를 고효율로 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 방사성 요오드의 처리 방법에 있어서,
상기 통류 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스 내의 습도는 95% 이상인 것이 바람직하다.
본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법에 의하면, 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스 내의 습도가 95% 이상이라는 고습도 하에 있어서도, 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제를 사용할 수 있다. 종래, 고습도 하에 있어서의 방사성 요오드의 흡착은 곤란하였지만, 본 구성의 방사성 요오드의 처리 방법이면, 고습도 하에 있어서의 방사성 요오드의 흡착을 실현하면서 수소의 제거도 가능하며, 높은 안전성을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제로서 사용하는 X형 제올라이트에 대한 설명도이다.
도 2는, 원자로 설비의 개략 구성도이다.
도 3은, 제1 실시형태에 따른 방사성 요오드 흡착제를 비등수형로(沸騰水型爐)에 배치했을 때의 개략 구성도이다.
도 4는, 제2 실시형태에 따른 방사성 요오드 흡착제를 비등수형로에 배치했을 때의 개략 구성도이다.
도 5는, 제3 실시형태에 따른 방사성 요오드 흡착제를 비등수형로에 배치했을 때의 개략 구성도이다.
도 6은, 제4 실시형태에 따른 방사성 요오드 흡착제를 가압수형로(加壓水型爐)에 배치했을 때의 개략 구성도이다.
도 7은, 방사성 요오드 흡착제의 온도 상승 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제, 및 방사성 요오드의 처리 방법에 관한 실시형태를 도 1∼도 7을 참조하여 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에서 설명하는 구성으로 한정되는 것을 의도하지 않는다.
<방사성 요오드 흡착제>
처음에, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제에 사용하는 X형 제올라이트에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제를 구성하는 제올라이트에 관한 설명도이다. 도 1의 (a)는, 제올라이트의 결정 구조의 모식도이며, 도 1의 (b)는, 13X형 제올라이트의 나트륨 사이트가 은으로 치환되는 반응의 설명도이다. 도 1의 (c)는, 13X형 제올라이트의 나트륨 사이트를 은으로 치환한 결과, 세공 직경의 사이즈가 작아지는 것의 설명도이다.
도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이, 제올라이트는 규산염의 일종이며, 구조의 기본 단위는 사면체 구조의 (SiO4)4- 및 (AlO4)5-이며, 이 기본 단위가 잇달아 3차원적으로 연결되어 결정 구조를 형성한다. 기본 단위의 연결의 형식에 따라 각종 결정 구조가 형성되고, 형성되는 결정 구조마다 고유의 균일한 세공 직경을 가진다. 이 균일한 세공 직경을 가지므로, 제올라이트에는 분자 체나 흡착, 이온 교환능과 같은 특성이 구비되게 된다.
본 발명의 방사성 요오드 흡착제에 있어서는, X형 제올라이트의 일종인 13X형 제올라이트를 사용한다. 13X형 제올라이트는 공업적으로 널리 사용되고 있는 제올라이트이며, 그 조성은, Na86[(AlO2)86(SiO2)106]·276H2O이다. 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 13X형 제올라이트의 이온 교환 사이트인 나트륨 사이트를 은으로 이온 교환함으로써, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제를 조제한다. 방사성 요오드 흡착제의 은 이온 교환율은 97% 이상, 바람직하게는 98% 이상으로 한다. 나아가서는, X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트는, 은 이외의 물질로는 이온 교환되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제는, 실질적으로 13X형 제올라이트 중의 거의 모든 나트륨 사이트가 은과 이온 교환된다. 이와 같은 높은 이온 교환율 때문에, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제는 종래의 방사성 요오드 흡착제보다 매우 우수한 흡착능을 가지는 것이 된다.
그런데, 13X형 제올라이트 중의 나트륨 사이트가 은으로 이온 교환되면, 원래의 13X형 제올라이트보다 세공 직경의 사이즈가 작아지지만, 본 발명자들은 예의(銳意) 연구한 결과, 세공 직경의 사이즈가 작아지도록 조정한 13X형 제올라이트는, 수소의 흡착에 유효한 것을 발견하고, 이것을 방사성 요오드 흡착제로서 이용하는 것에 상도(想到)하였다. 즉, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같이, 은으로 이온 교환되기 전의 나트륨 사이트를 가지는 13X형 제올라이트의 세공 직경(약 0.4 ㎚)은, 수소 분자(분자 직경: 약 0.29 ㎚)를 포착하기 위해서는 지나치게 큰 사이즈이지만, 나트륨 사이트를 은으로 이온 교환하면, 수소 분자가 꼭 맞게 들어가는 최적인 세공 직경(약 0.29 ㎚)이 된다. 그 결과, 은으로 이온 교환된 13X형 제올라이트는, 방사성 요오드뿐만 아니라, 수소 분자에 대해서도 고효율로 효과적으로 흡착하는 것이 가능하게 되는 것이 판명되었다.
본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제는, 상기한 이온 교환율 외에, 은 성분의 비율은 건조 상태 하에서 36 중량% 이상, 입자의 사이즈는 10×20 mesh(JIS K 1474-4-6), 경도는 94% 이상(JIS K 1474-4-7), 150℃ 하에 있어서 3시간 건조 감량했을 때의 수분 함유량은 12 중량% 이하가 되도록 조제하는 것이 바람직하다. 여기서, 입자의 사이즈 「10×20 mesh」란, 입자가 10 mesh의 체를 통과하지만 20 mesh의 체는 통과하지 않는 것, 즉, 입자 사이즈가 10∼20 mesh인 것을 의미한다. 이와 같은 조건에서 방사성 요오드 흡착제를 조제하면, 상기한 우수한 수소 분자 흡착능을 보다 효과적으로 발휘할 수 있다. 또한, 방사성 요오드 흡착제는 가혹한 환경(고온, 고압, 고습도)에 노출되므로, 어느 정도의 높은 입자 강도가 요구된다. 이에, 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제는, 마모도가 3% 이하(ASTM D-4058)가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 이로써, 필터 벤트 등의 가혹한 조건 하에 놓여져도, 방사성 요오드 흡착제는 그 입자 형상을 유지하고, 높은 수소 분자 흡착능을 계속 발휘할 수 있다.
<방사성 요오드 처리 방법>
상기한 바와 같이 조제한 방사성 요오드 흡착제를 사용한 방사성 요오드 처리 방법에 대하여 설명하기 전에, 대표적인 원자력 발전의 구조를 도 2에 기초하여 설명한다. 도 2는, 원자로 설비의 개략 구성도이며, 도 2의 (a)는, 비등수형로(BWR)(100)의 개략 구성도이며, 도 2의 (b)는, 가압수형로(PWR)(200)의 개략 구성도이다. 일본 내에는 원자로 시설로서 비등수형로(BWR), 및 가압수형로(PWR)의 2종류의 형식이 채용되고 있다. 원자로 설비는, 주로, 원자로 건물, 원자로 격납 용기, 원자로 압력 용기, 터빈, 및 발전기로 구성되어 있다. 비등수형로(100)는, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 원자로 건물(10), 원자로 격납 용기(11), 원자로 압력 용기(12), 터빈(13), 및 발전기(14)로 구성되어 있다. 비등수형로(100)에서는, 원자로 압력 용기(12)에서 물을 비등시키고, 발생한 증기는 도 2 중에 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 터빈(13)으로 보내지고, 원자로의 물은 파선(破線) 화살표로 나타낸 바와 같이 재순환된다. 그리고, 이 증기가 직접 터빈(13)을 돌리고, 발전기(14)에서 전기를 발생시킨다. 한편, 가압수형로(200)는, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 원자로 격납 용기(20)가, 원자로 압력 용기(21), 가압기(22), 및 증기 발생기(23)로 구성되어 있고, 가압기(22)에 의해 원자로 격납 용기(20) 내의 물을 항상 고압으로 하여 고온에서도 비등하지 않도록 제어하고 있다. 그리고, 증기 발생기(23)를 사용하여 원자로 내를 흐르는 물(도 2의 (b)의 파선 화살표)과는 다른 물을 증기(도 2의 (b)의 실선 화살표)로 하고, 이 증기에 의해 터빈(24)을 돌려서 발전기(25)에 의해 전기를 발생시킨다. 이하의 제1 실시형태에 있어서는, 도 2의 (a)에 나타낸 비등수형로에 대하여, 방사성 요오드 흡착제를 사용한 방사성 요오드의 처리 방법을 설명한다.
[제1 실시형태]
[충전 공정]
도 3은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 방사성 요오드 흡착제 K를 수납한 방사성 요오드 처리부(1)를 비등수형로(100)에 배치했을 때의 개략 구성도이다. 제1 실시형태에 있어서는, 원자로가 사고 등에 의한 이상 사태가 일어난 경우를 상정한 방사성 요오드 처리 방법에 대하여 설명한다. 원자로에 사고가 일어나, 원자로 격납 용기(11)가 손상된 경우에 대비하여 원자로 건물(10)의 외측에 필터 벤트(15)가 설치되어 있다. 필터 벤트(15)는, 예를 들면, 원자로 격납 용기(11)가 사고에 의해 손상된 경우, 내부 압력을 낮추기 위하여 원자로 격납 용기(11)로부터의 증기가 도 3의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 배관(16)을 통해 필터 벤트(15)로 보내지고, 증기 중의 방사성 요오드를 포집하고 미량화하여, 원자로 건물(10)의 밖으로 배기하기 위한 설비이다. 방사성 요오드 처리부(1)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 방사성 요오드 흡착제 K를 수납하는 케이스(2)로 구성되어 있고, 필터 벤트(15)에 접속하도록 배치된다. 나중에 상세하게 설명하지만, 케이스(2)는 원자로 격납 용기(11)나 필터 벤트(15)를 통과한 증기나 가스가 통류하므로, 내열성이나 내식성을 가지는 재료로 구성하는 것이 바람직하다. 케이스(2)의 재질로서, 예를 들면, 스테인레스강이 있으며, 그 외에 알루미늄 합금 등을 사용하는 것도 가능하다. 케이스(2)는, 증기나 가스가 방사성 요오드 흡착제 K를 통류할 수 있도록, 통기성을 구비해 둘 필요가 있다. 이 때문에, 케이스(2)에는 미소(微小)한 구멍이 복수 설치되어 있다. 이와 같은 케이스(2) 중에 방사성 요오드 흡착제 K를 충전 밀도가 1.0 g/ml 이상, 바람직하게는 1.2 g/ml 이상으로 되도록 조정하여 충전한다(충전 공정). 이와 같은 충전 밀도이면, 방사성 요오드 흡착제 K의 흡착 효과가 최적으로 발휘된다. 또한, 원자로 시설은 안전면에 최대한의 주의가 필요하므로, 사람에 의한 작업은 가능한 간단하게 또한 단시간에 행하는 것이 바람직하다. 이 점에서, 방사성 요오드 처리부(1)는 상기한 바와 같이 간단한 구성이므로, 방사성 요오드 흡착제 K의 흡착 효과가 약해졌을 때, 케이스(2)로부터 방사성 요오드 흡착제 K를 빼내고 신품의 방사성 요오드 흡착제 K로 바꾸는 단순한 작업으로 해결할 수 있다. 이에 따라, 작업원의 부담을 경감할 수 있고, 안전성을 확보할 수 있다.
[통류 공정]
상기한 바와 같이, 필터 벤트(15)에 의해 방사성 요오드의 양을 저감할 수는 있지만, 방사성 요오드는 인체나 환경에 중대한 악영향을 미치므로, 확실하게 제거한 상태에서 원자로 건물(10)로부터 배기할 필요가 있다. 이에, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제 K를 사용하여 확실하게 방사성 요오드의 제거를 행한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 필터 벤트(15)에 의해 처리된 증기는, 도 3의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 배관(16)을 통해 방사성 요오드 처리부(1)로 보내진다. 그리고, 방사성 요오드 처리부(1)의 케이스(2)에 충전되어 있는 방사성 요오드 흡착제 K에 증기가 통류한다(통류 공정). 방사성 요오드 흡착제 K는, 전술한 바와 같이 수소 분자에 적합한 세공 직경을 가지고 있고, 통기성을 구비한 케이스(2)에 충전되어 있으므로, 방사성 요오드 처리부(1)를 통류하는 증기에 포함되는 수소를 효과적으로 제거한다. 그리고, 방사성 요오드의 흡착, 및 수소가 제거된 후의 증기는, 배기통으로부터 원자로 시설 밖으로 배기된다. 여기서, 방사성 요오드 처리부(1)를 통류하는 증기는, 100℃ 이상의 온도를 가지는 과열 증기이며, 그 압력이 399 kPa 이상이며, 나아가서는 케이스(2) 내의 습도가 95% 이상이라는 가혹한 상황 하라도, 방사성 요오드 흡착제 K에 의해 방사성 요오드 및 수소가 제거된다. 나아가서는, 본 발명의 방사성 요오드 처리 방법에서는, 방사성 요오드 처리부(1)를 통류하는 증기가 케이스(2) 내에 체류하는 체류 시간은 0.06초 이상으로 설정되어 있다. 원자로 격납 용기(11)가 손상되었을 때, 방사성 요오드의 누설·비산이나 원자로 사고가 일어나지 않도록 일각이라도 빨리 대처하지 않으면 안된다. 이 때문에, 필터 벤트(15)에 의한 처리나, 방사성 요오드의 처리를 가능한 단시간에 완료시키는 것이 필요하다. 여기서, 본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같이 케이스(2) 내에서의 증기의 체류 시간이 매우 단시간이므로, 긴급 사태에 대하여 종래의 방사성 요오드 처리 방법보다 훨씬 빨리 방사성 요오드의 흡착, 및 수소의 제거를 완료시킬 수 있고, 안전성의 확보에 매우 유효한 방법이 된다.
[제2 실시형태]
상기한 제1 실시형태에서는, 방사성 요오드 처리부(1)를 비등수형로(100)에 대하여, 원자로 격납 용기(11)와는 직접 인접하지 않도록 배치하였다. 이에 대하여, 제2 실시형태에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 방사성 요오드 처리부(1)를 필터 벤트(15)와 원자로 격납 용기(11)의 사이에 설치한다. 이 경우에, 원자로 격납 용기(11)로부터 배출되는 증기는, 도 4의 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 배관(16)을 통해 방사성 요오드 처리부(1)로 보내진다. 즉, 필터 벤트(15)에 의한 처리 전에, 방사성 요오드 및 수소의 흡착을 방사성 요오드 처리부(1)에서 행한다. 본 발명의 방사성 요오드 흡착제 K는, 케이스(2) 내를 통류하는 증기의 온도가 100℃ 이상이 될 때까지 과열된 과열 증기인 등의 가혹한 조건의 증기라도, 방사성 요오드 및 수소를 효과적으로 흡착 및 제거할 수 있다. 이 때문에, 원자로 격납 용기(11)로부터 배출된 증기를 직접 방사성 요오드 처리부(1)로 보내어, 효과적으로 처리할 수 있다. 이와 같이, 필터 벤트(15)로 증기를 보내기 전에 방사성 요오드 처리부(1)에서, 방사성 요오드의 흡착, 및 수소의 제거를 행함으로써, 이 후의 필터 벤트(15)에서의 부담을 경감하고, 또한 필터 벤트(15)에 의한 처리를 원활하게 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 필터 벤트(15)는 고액의 비용을 들여서 건설되는 것이므로, 혹사(酷使)하면 노후화를 빠르게 할 우려가 있다. 이 때문에, 필터 벤트(15)의 전단계에 있어서, 본 발명에 따른 방사성 요오드 처리 방법을 미리 실행해 두면, 필터 벤트(15)의 사용 기간이 연장되어, 장기간에 걸쳐 계속 가동하는 것이 가능하게 된다.
[제3 실시형태]
상기한 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는, 원자로 시설(비등수형로(100))이 사고 등을 당한 경우의 긴급 사태를 상정한 실시형태였지만, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제 K 및 방사성 요오드 처리 방법은, 긴급 사태의 경우 이외에 있어서도 사용할 수 있다. 특히 비등수형로(100)는, 상기한 바와 같이, 원자로 압력 용기(12)의 증기가 직접 터빈(13)에 보내지기 때문에, 방사성 요오드나 수소의 양을 엄중하게 관리하고, 확실하게 안전한 상태로 해 두지 않으면 안된다. 이에, 도 5에 나타낸 바와 같이, 원자로 압력 용기(12)와 터빈(13)의 사이에 방사성 요오드 처리부(1)를 설치하고, 터빈(13)에 증기를 보내기 전에 방사성 요오드의 흡착, 및 수소의 제거를 방사성 요오드 흡착제 K에 의해 행할 수 있다. 이와 같이 설치함으로써, 안전한 상태의 증기에 의해 터빈(13)을 돌릴 수 있어, 방사성 요오드나 수소에 기인하는 위험성을 회피하는 것이 가능하게 된다.
[제4 실시형태]
상기한 제1 실시형태 내지 제3 실시형태는, 모두 비등수형로에 대한 실시형태였지만, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제 K 및 방사성 요오드 처리 방법은, 가압수형로(PWR)에 있어서도 적용 가능하다. 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가압수형로(200)는, 방사성 물질을 포함하는 물이 터빈(24)에 직접 보내지지 않기 때문에, 비등수형로보다 안전하고 메인터넌스성이 향상되어 있는 원자로이다. 그러나, 원자로는 핵연료라는 매우 위험한 물질을 취급하는 설비이므로, 위기 관리는 엄중하게 행할 필요가 있다. 이 때문에, 이 가압수형로에 대하여도, 방사성 요오드 흡착제 K를 사용하면 긴급 사태에 대응할 수 있다. 가압수형로(200)에 방사성 요오드 흡착제 K를 사용하는 경우, 예를 들면, 도 6에 나타낸 바와 같이, 증기 발생기(23)로부터 터빈(24)으로 증기를 보내는 도중의 위치에 방사성 요오드 처리부(1)를 설치할 수 있다. 또한, 비등수형로와 마찬가지로, 사고 등으로 원자로가 손상된 경우의 대책으로서, 방사성 요오드 처리부(1)를 필터 벤트에만 인접하도록 설치하는 것이나, 원자로 격납 용기와 필터 벤트의 사이에 설치할 수도 있다(도시하지 않음).
실시예
[실시예 1]
실시예 1로서, 본 발명의 방사성 요오드 처리 방법에 의해, 방사성 요오드의 흡착 시험을 행하였다.
먼저, 13X형 제올라이트에서의 나트륨 사이트의 97%를 은과 이온 교환하고, 은 성분이 36 중량%, 입자의 사이즈가 10×20 mesh(JIS K 1474-4-6), 150℃ 하에 있어서 3시간 건조한 후의 수분 함유량이 12 중량%가 되도록 조립하고, 통기성의 케이스 중에 충전 밀도가 1.0 g/ml가 되도록 충전하여, 방사성 요오드 흡착제를 조제하였다. 이와 같이 조제한 방사성 요오드 흡착제의 경도는 94%(JIS K 1474-4-7)였다. 이어서, 습도를 95%로 설정하고, 온도가 130℃, 압력이 399 kPa, 1.75 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3 131I)을 포함하는 증기에 대하여, 선속도를 20 cm/초, 및 41 cm/초로 설정하고, 다양한 방사성 요오드 흡착제의 두께에 대하여, 케이스 내에서의 증기의 체류 시간과 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112016038953526-pct00001
표 1의 결과로부터, 선속도 41 cm/초로 설정한 경우라도 요오드화 메틸의 흡착율이 높은 것을 알 수 있었다. 특히, 체류 시간이 0.061초라는 매우 단시간의 경우라도, 요오드화 메틸의 흡착율은 97.989%로 양호한 결과였다.
[실시예 2]
실시예 2에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제의 두께를 5.0 cm로 하고, 압력이 101 kPa, 17 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3I)을 포함하는 증기에 대하여, 선속도를 46 cm/초로 설정했을 때의 각각의 온도에서의 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure 112016038953526-pct00002
표 2의 결과로부터, 증기의 온도가 100℃ 이상의 고온 하라도, 요오드화 메틸의 흡착율은 99% 이상으로 높은 흡착율인 것을 알았다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 100 cm×83 cm, 방사성 요오드 흡착제 두께가 26 ㎜, 질량이 26 kg이도록 필터 가공하고, 압력이 101 kPa, 0.608 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3I)을 포함하는 증기에 대하여, 선속도를 20 cm/초로 설정했을 때의 각각의 온도에서의 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure 112016038953526-pct00003
실시예 3에서는, 실시예 1 및 실시예 2와는 달리, 방사성 요오드 흡착제의 사이즈나 질량을 실제로 사용할 때의 형태에 가까운 형태로 하여 흡착율의 측정을 행하였다. 표 3의 결과로부터, 이와 같은 형태에 있어서, 증기의 온도가 상승하여 150℃의 고온 하라도 여전히 요오드화 메틸의 흡착율은 높은 것을 알 수 있어, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제가 실용성을 가지는 것인 것을 나타낸다.
[실시예 4]
실시예 4에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 압력이 103 kPa, 온도가 66℃, 선속도가 20.3 cm/초이며, 1.75 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3 131I)을 포함하는 증기에 대하여, 습도가 70%일 때, 방사성 요오드 흡착제의 두께마다 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure 112016038953526-pct00004
[실시예 5]
실시예 5에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 압력이 103 kPa, 선속도가 20.3 cm/초이며, 1.75 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3 131I)을 포함하는 증기에 대하여, 습도가 95%일 때, 방사성 요오드 흡착제의 두께와 온도에 관한 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 5에 나타낸다.
[표 5]
Figure 112016038953526-pct00005
표 4의 결과로부터, 습도가 70%일 때, 어느 경우에도 요오드화 메틸의 흡착율이 99.999% 이상이며, 매우 높은 흡착율인 것을 알았다. 한편, 표 5의 결과로부터, 습도가 95%라는 고습도 하에 있어서도, 요오드화 메틸의 흡착율이 높은 것을 나타내었다. 따라서, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제는, 고습도 하에 있어서도 우수한 흡착 효과를 가지는 것을 알 수 있었다.
[실시예 6]
실시예 6에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 압력이 101 kPa, 선속도가 20 cm/초, 방사성 요오드 흡착제의 두께가 5.0 cm, 체류 시간이 0.25초이며, 1.75 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3 131I)을 포함하는 증기에 대하여, 건조 상태 하의 각각의 온도에 있어서의 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure 112016038953526-pct00006
표 6의 결과로부터, 온도가 150℃의 고온의 경우라도 요오드화 메틸의 흡착율이 높은 것을 알 수 있었다.
[실시예 7]
실시예 7에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 압력이 101 kPa, 선속도가 20 cm/초, 방사성 요오드 흡착제의 두께가 5.0 cm, 체류 시간이 0.25초이며, 1.75 mg/m3의 요오드화 메틸(CH3 131I)을 포함하는 증기에 대하여, 온도가 80℃일 때의 각각의 습도에 있어서의 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 7에 나타낸다.
[표 7]
Figure 112016038953526-pct00007
표 7의 결과로부터, 온도가 80℃일 때 습도가 90%의 고습도라도 요오드화 메틸의 흡착율이 높은 것을 알 수 있었다.
[실시예 8]
실시예 8에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 압력이 104 kPa, 선속도가 20 cm/초이며, 75 mg/m3의 요오드(131I)를 포함하는 증기에 대하여, 건조 대기압 하에 있어서, 방사성 요오드 흡착제의 두께와 온도에 관한 요오드화 메틸의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure 112016038953526-pct00008
표 8의 결과로부터, 건조 대기압 하에서는 어떤 경우라도 요오드의 흡착율이 100%가 되어, 매우 고성능의 방사성 요오드 흡착제인 것을 나타낸다.
[실시예 9]
실시예 9에서는, 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제에 대하여, 방사성 요오드 흡착제의 두께가 5 cm일 때의 수소의 흡착 효과에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 표 9에 나타낸다.
[표 9]
Figure 112016038953526-pct00009
표 9의 결과로부터, 온도가 100℃ 이상의 고온 하의 경우, 방사성 요오드 흡착제의 통류 후의 수소 함유율은 0.5% 이하, 즉 약 83% 이상의 수소가 흡착되어 있는 것을 나타내었다. 또한, 온도가 137℃, 또는 136℃일 때, 각각 15℃, 17℃의 온도 상승이 확인되었지만, 이 경우라도 방사성 요오드 흡착제의 통류 후의 수소 함유율은 0.5% 이하였다. 이러한 사실로부터, 본 발명의 방사성 요오드 흡착제는, 고온 하라도 안정된 상태에서 수소를 흡착할 수 있는 고성능의 흡착제인 것을 알았다.
[실시예 10]
실시예 10에서는, 수소 함유율이 3%인 증기에 대하여, 온도를 136℃로 설정하고 실시예 1에서 조제한 방사성 요오드 흡착제를 통류시키고, 통류 후의 수소 함유율이 0.5% 이하였을 때의 방사성 요오드 흡착제의 온도 상승에 대하여 측정한, 측정 결과를 도 7의 그래프에 나타낸다.
도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이, 방사성 요오드 흡착제는 크게는 온도 상승이 일어나지 않고, 안정된 상태에서 수소를 흡착하는 것을 알았다.
상기한 실시예 1∼실시예 8의 결과로부터, 본 발명에 따른 방사성 요오드 흡착제, 및 본 구성의 방사성 요오드 처리 방법은, 고온, 고압, 고습도의 증기에 대하여도 매우 우수한 흡착 효과를 발휘하는 것을 나타내었다. 또한, 단시간에 고효율의 흡착 효과를 가지는 것도 나타내었다. 나아가서는, 실시예 9, 및 실시예 10의 결과로부터, 방사성 요오드뿐만 아니라 수소도 고효율로, 또한 효과적으로 흡착하는 것이 판명되었다.
[산업상의 이용가능성]
본 발명의 방사성 요오드 흡착제, 및 방사성 요오드 처리 방법은, 원자로 시설에 있어서 방사성 요오드의 누설·비산이나 원자로 사고 등의 위험성을 회피하는 것에 대단히 유효하다.
1: 방사성 요오드 처리부
2: 케이스
10: 원자로 건물
11, 20: 원자로 격납 용기
12, 21: 원자로 압력 용기
100: 비등수형로
200: 가압수형로
K: 방사성 요오드 흡착제

Claims (10)

  1. X형 제올라이트를 조립(造粒)하여 이루어지는 방사성 요오드 흡착제로서,
    원자력 시설로부터 배출되는 증기에 포함되는 방사성 요오드 및 수소 분자를 동시에 흡착하기 위한 것이며,
    상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트를 은으로 치환함으로써, 상기 X형 제올라이트의 미세공(微細孔)의 사이즈를 수소 분자의 사이즈에 적합시키고 있고,
    은 성분의 비율이 건조 상태 하에서 36 중량% 이상이며, 입자의 사이즈가 10×20 mesh이며, 150℃ 하에 있어서 3시간 건조 감량했을 때의 수분 함유량이 12 중량% 이하인, 방사성 요오드 흡착제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트의 97% 이상이, 은으로 치환되어 있는, 방사성 요오드 흡착제.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 X형 제올라이트가 가지는 이온 교환 사이트는, 은 이외의 물질로 치환되어 있지 않은, 방사성 요오드 흡착제.
  4. 원자력 시설로부터 배출되는 증기에 포함되는 방사성 요오드를 처리하는 방사성 요오드의 처리 방법으로서,
    제1항에 기재된 방사성 요오드 흡착제를, 통기성을 구비한 케이스에 충전(充塡)하는 충전 공정; 및
    상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스에, 상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기를 통류(通流)시키는 통류 공정
    을 포함하는, 방사성 요오드의 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기는, 수소 분자를 포함하는, 방사성 요오드의 처리 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 원자력 시설로부터 배출되는 증기는, 100℃ 이상의 온도를 가지는 과열 증기인, 방사성 요오드의 처리 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 충전 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제의 충전 밀도를 1.0 g/ml 이상으로 조정하는, 방사성 요오드의 처리 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 통류 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스 내에 있어서의 상기 증기의 체류 시간을 0.06초 이상으로 설정하는, 방사성 요오드의 처리 방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 통류 공정에 있어서, 상기 증기의 압력은 399 kPa 이상인, 방사성 요오드의 처리 방법.
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 통류 공정에 있어서, 상기 방사성 요오드 흡착제가 충전된 케이스 내의 습도는 95% 이상인, 방사성 요오드의 처리 방법.
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