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중소기업 기술혁신개발사업

최종보고서

방사능오염금속 전기화학제염(

공정 및 장치개발)

년 월 일2003 2 28

주관기업 대한원자력산업 주: ( )

개발참여기업 :

위탁연구기관 :

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제 출 문

중소기업청장 귀하

본 보고서를 방사능오염금속 전기화학제염 공정 및 장치개발 에 관한 중소기업"[ ]

기술혁신개발사업 개발기간 과제의 최종보고서로 제출합" ( : 2002. 04.~2002. 12.)

니다.

년 월 일2003 02 28

주관기업 대한원자력산업 주: ( )

과제책임자 김 장 회:

개발참여기업 :

위탁연구기관 :

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요 약 서 초 록( )

과 제 명 방사능오염금속 전기화학제염 공정 및 장치개발

주 관 기 업 대한원자력산업 주( ) 과제책임자 김 장 희

개 발 기 간 개월2002. 04. 01 ~ 2002. 12. 31 ( 9 )

총개발사업비

천원( )

정부출연금 68,000

총개발

사업비90,751

기업부담금

현금 13,757

현물 8,994

위탁연구기관

개발참여기업

주요기술용어

개(6~10 )

방사성오염 전해연마제염 방사성금속폐기물 원자력발전소 방사, , ,

성오염금속 방사성폐기물 방사성제염, ,

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요 약 서 초 록( )

기술개발목표1.

전해연마를 이용한 방사능오염금속 제염공정과 실용화장치의 개발

기술개발의 목적 및 중요성2.

원자력발전소 현장에 적용 가능한 전해연마 제염장치 및 공정개발원전 임시저장고 포화에 따른 폐기물 감량을 위한 제염기술 확보

기술개발의 내용 및 범위3.

방사능오염금속 전해연마제염장치의 실용화 설계 및 제작원자력발전소 적용 전해액 개발 및 차 폐기물 처리방법 개발2

기술개발 결과4.

전해연마제염 공정과 실용화 시제품 설계 제작/실용신안등록 및 특허출원특 허 출 원 전해연마를 이용한 방사능오염금속 전해연마제염장치:•

출원번호 호( : 10-30274 )

실용신안등록 방사능오염금속 전해연마제염장치:•

등록번호 호( : 0261686 )

사용후 핵연료 저장랙 전해연마제염장치

등록번호 호( : 0263935 )

기대효과5.

전기화학 제염장치 및 공정개발방사성오염금속 제염의 원천기술 확보 및 국산화

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목 차

제 장 서 론1

제 절 개발의 배경 및 필요성1

제 절 개발의 목적2

제 절 개발의 범위3

전해연마 제염장치의 개발1.

전해액의 개발2.

전해연마 제염공정의 개발3.

제 장 국내 외 기술개발 현황2 ·

제 절 전해연마를 이용한 방사성오염제거 기술1

전해연마 기본1.

전해연마 제염기술2.

제 절 국외 기술개발 현황2

제 절 국내 기술개발 현황3

제 장 기술개발 수행내용 및 결과3

제 절 전해연마 제염장치의 설계 제작 및 실험절차1 /

전해연마 제염장치의 설계 및 제작1.

전해연마 제염장치 실험2.

제 절 실험 결과 및 논의2

각 표준 시편 전해연마 제염 실험1.

전해연마 제염장치의 현장 제염실험2.

제 절 결 론3

전해연마 제염장치 개발1.

전해액의 개발2.

전해연마 제염공정 개발3.

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제 장 개발의 목표달성도 및 대외 기여도4

제 절 개발의 목표 달성도1

제 절 개발의 대외 기여도2

제 장 개발 결과의 활용계획5

제 절 향후 기술개발 계획1

제 절 결과의 활용 방안2

부록 특허출원 및 실용신안등록 현황A.

첨부 :※

특허출원①

전해연마를 이용한 방사능오염금속류 오염제거장치▷

출원번호( : 10-30274 )

실용신안등록②

전해연마를 이용한 방사능오염금속류 오염제거장치▷

등록번호 제 호( : 0261686 )

사용된 핵연료 보관랙 제염장치▷

등록번호 제 호( : 0263935 )

부록 전해연마 제염장치 현장 실험 방사선 측정현황 보고서B.

첨부 :※

고리 발전소 사용후 핵연료 저장랙 전해연마 제염결과 보고서2①

고리 발전소 사용후 핵연료 저장랙 전해연마 제염 핵종분석2②

영광원자력발전소 제염현황Plunger Ass'y③

영광원자력발전소 방사선 측정현황Plunger Ass'y④

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제 장 서 론1

제 절 개발의 배경 및 필요성1

현재까지 국내 원자력발전소 등에서 방사능오염 금속폐기물의 제염처리에 사용되는

방법에는 초음파를 이용한 제염과 세척액 등을 통한 수세식 제염 들이 활용되고 있

으나 이들 제염방식들은 방사성오염제거 작업자의 방사선 피폭과 함께 제염작업시,

오염확산의 우려가 있으며 제염 결과치 또한 기대치 이하인 실정이다, .

특히 금속 표면의 요철과 기계적 형상을 가진 오염물들과 고착화된 방사성오염의

제거에는 이들 제염방법의 적용 자체가 제한됨과 함께 제염효과를 전혀 기대할 수

가 없다.

현장에서의 실제 제염 시에는 오염 핵종과 폐기물의 방사선 준위 방사능 농도 등,

과 함께 폐기물의 형태와 상태를 고려하여 제염방법을 선택하게되고 이의 선택에

따라 단일 혹은 둘 이상의 복합 처리 제염공정이 선정된다 이때 선택의 가장 중요.

한 기준중의 하나는 어떤 제염공정이 방사성폐기물의 최대 감용 효과를 내는가 하

는 것이나 방사능오염 금속폐기물의 경우 폐기대상 폐기물인 경우 폐기물 감용을

위한 선택 없이 절단 해체하여 드럼에 넣어 압축하여 원자력발전소 부지 내 임시저/

장고에 보관하므로 금속 방사성폐기물 발생량 전체가 폐기물 저장량이 되고 있다.

전해연마 제염은 금속 방사성폐기물의 형태와 상태에 따른 적용 가 다양하고Mode

원격조작에 의한 작업자 피폭의 최소화가 가능할 뿐 아니라 제염후 제염대상물의

표면 상태가 부동화 되어 재오염 억제가 가능한 제염으로서 원자력선진국에서는,

원전시설의 교체와 해체시 발생되는 방사성오염금속류의 오염제거에 일찍이 채택되

어 사용되어온 기술이다.

전해연마 제염 기술은 전해액의 종류 산성 중성염 및 알칼리성 와 전해공정 산화( , ) ( ,

환원 교번 전해 에 따라 제염효과와 제염후 표면상태 및 발생폐액형태 등의 제염, , )

특성이 다르므로 제염 대상에 따른 적합한 제염 공정을 필요로 한다 그러나 전해.

연마 제염은 금속의 유리성 또는 고착성 방사성오염에 관계하지 않고 방사성오염을

제염할 수 있는 기술이다 따라서 제염 대상에 따른 적합한 제염공정과 장치100% .

의 개발이 이루어진다면 원자력발전소 등에서 발생되는 방사능오염 금속폐기물의

양을 획기적으로 감용 할 수 있게 될 것이다 더욱이 기존의 어떠한 제염법으로도.

불가능했던 표면 방사화가 진행된 방사능 금속폐기물의 제염에도 효과가 입증되는

등 점차 전해연마제염법의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.

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그러므로 국내에서는 아직 원자력발전소 제염에 적용되고 있지 않은 전해연마 제염

기술 개발의 경쟁력 확보와 방사능 오염금속폐기물 감량에의 적용을 위해 연해연마

제염 장치와 공정의 개발을 착수하게 되었다.

제 절 개발의 목적2

원자력발전소에서 발생되는 금속방사성폐기물의 대부분은 스테인레스 강철 니켈,

합금 인고넬등 지르코늄 등으로 스테인레스강철 이외의 재질은 전량 수입에 의존( ),

하는 금속들이며 부가가치가 높은 재활용 재료들이다 우리나라에는 금속방사성 폐.

기물의 재활용 기술 미확보로 금속의 종류에 관계없이 전량 수거 전용폐기물 드럼,

에 압축하여 적재 보관하고 있는 실정이다 국외의 경우 금속 방사성폐기물 전용, .

용해로를 설치 원전 전용기기의 생산이나 방사선 차폐체 등의 제작에 재활용하고,

있으며 이같은 전용 용해로를 설치하여 운용하고 있는 나라들로는 독일 미국 스웨, ,

덴 프랑스 일본 영국 등이 있다, , , .

이에 원전시설의 노후화에 따른 시설교체와 각종 신기술 개발에 따른 시설교체 핵,

폐기물처분장의 미확보로 인한 원전내 사용후 핵연료 저장랙 교체 연구용 원자로,

및 핵연료 변환공장의 폐쇄 의 이용 증대에 따른 일반 산업체에서의 방사성 폐, RI

기물 발생량 증가 원자력발전소 폐쇄 계획 등에 따라 향후 금속성 방사성폐기물의,

급격한 증가가 예상되는 바 이러한 방사성폐기물의 증가와 폐기에 대비한 금속성방

사성폐기물의 오염제거 기술의 필요성이 한층 더 요구되고 있다.

그럼에도 현재 국내에서는 방사성오염 금속에 대한 독자적인 제염에 대한 연구 개

발이 미미한 실정이다.

전해연마 제염의 기본 원리는 전기화학적인 방법을 이용하여 금속 표면을 미세하

게 깍아내어 금속 표면에 묻어 있거나 고착화된 방사성 오염물질을 벗겨내는 방식

이다.

본 기술개발의 목적은 금속성 방사성폐기물의 제염 기술의 도입 초기 단계에서 전

기화학 제염기술의 확보로 금속성 방사성 폐기물 제염 기술을 국산화하고 현장에

적용하여 폐기물 감량의 효과와 함께 제염작업자의 방사선 피폭의 저감화 할 수 있

는 방사능오염금속 제염법인 전해연마 제염장치의 개발과 최적 공정의 개발에 있

다.

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제 절 개발의 범위3

전해연마 제염장치의 개발1.

가 전해연마 제염 장치의 개발.

전해연마를 이용한 방사능오염 금속폐기물 제염장치 개발.

나 차 발생 방사성 폐기물 처리장치 개발. 2

기체 방사성폐기물 처리장치 개발(1)

전해연마 제염 중 발생하는 전해에서 발생하는 수소와 제염대상 금속의 휘발성 또

는 유기성 방사성 핵종의 처리를 위한 기체 방사성폐기물 처리 장치 개발.

액체 방사성폐기물 처리장치 개발(2)

전해연마 제염 후 수명을 다한 전해액 교체로 인해 발생하는 액체 방사성 폐기물의

처리장치 개발.

다 방사선 피폭방지 기술개발.

제염 작업중 제염대상물 및 전해연마 제염 장치의 조작으로 인한 제염작업 자의 방

사선 피폭 방지 저감화 를 위한 장치의 개발( ) .

전해질의 개발2.

제염으로 방사성에 오염된 전해액의 처리를 용이하게 함과 더불어 제염효과를 높일

수 있는 전해액의 개발.

전해연마 제염공정의 개발3.

제염의 효율울 높이고 조작의 편이성과 제염작업자의 방사선 피폭을 저감화 하기

위한 최적의 전해연마 제염 공정의 개발.

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제 장 국내 외 기술개발 현황2 ·

제 절 전해연마를 이용한 방사성 오염제거 기술1

전해연마1.

전해연마는 전기화학적 반응을 이용한 연마법으로 공작물을 양극 전극을 음극으로,

하여 양극 표면에서의 금속용출을 이용하여 표면평활도 광택도 내식성 등을 향상, ,

시키는 연마법이다.

그림 은 전해연마의 기본원리를 설명한 그림으로 적절한 전해액 속에 양극인2.1【 】

공작물과 음극인 전극을 넣고 전류를 인가하면 양극 측에서는 미량의 산소가스 발

생하면서 금속의 용해가 이루어지고 음극 측에서는 용해작용이 일어난다, .

그림 전해연마의 기본원리2.1【 】

전해연마 제염기술2.

방사성오염은 원하지 않는 곳에 방사성 물질이 존재하는 것을 말하며 제염이란 이,

오염물질을 제어 저장 및 처분이 가능한 장소로 이동시켜 제거시키는 것을 말한다, .

전해연마 제염이란 상기의 전해연마 공법을 방사성오염 제거에 적용시킨 방사성오

염 제거 공법으로서 이를 방사성오염 제거에 적용하기 위해서는 방사선 안전관리의

만족과 제염효율 차 발생폐기물의 처리방안 등이 고려되어야 한다, 2 .

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제 절 국외 기술개발 현황2

년 미국의 과 미국에너지 연구개발국과의 계약으로1977 Pacific Northwest Lab.

전해연마 기술을 방사성오염제거에 적용하여 실험한 이래 이른바 원자력 선진국을

중심으로 전해연마를 이용한 방사성오염 금속 제염에 대한 활발한 연구 개발들이

이루어져 왔으며 근래에 이에 대한 실증을 통해 일부 상용화하였거나 상용화계획,

을 추진하고 있는 것이 전해연마 제염 기술의 단계이다.

그리고 국외의 경우 기 습득 및 확보한 기술을 원자력 산업을 포함한 산업 응용에

적용하기 위해 각국의 국 공립 연구소와 기업들이 활발한 영구개발 활동을 벌이고·

있다.

한편 지금까지 조사된 자료에 의하면 전해연마제염장치와 기체상 액체상으로 발생·

되는 차 방사성폐기물의 처리기술을 일체화한 사례는 없었으며 별도의 처리장치2 ,

를 이용하여 처리하고 있는 것으로 나타났다.

국 명 개 발 社 사용전압 사용전해질 비 고

미국 PNL 8~12VDC 고농도인산 자국내 상용화 단계

영국 연구소Harwell 5~8VDC 질산 자국내 상용화 단계

독일 Kraftanlagen 15~24VDC 유기산혼합액

일본Hitachi 8~10VDC 중성염

JAERI 10VDC 황산

스웨덴 ABB Atom 8~10VDC 중성염 자국내 상용화 단계

프랑스 공동Framatome & STMI 12VDC 인산 황산+

표 국외에서의 전해연마제염 연구개발 사례2.1【 】

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제 절 국내 기술개발 현황3

전해연마 기술과 공정의 산업 응용은 반도체 산업 의료기 산업 광학산업 금속 산, , ,

업 등 다양하게 활용되고 있으나 원자력 산업 분야 특히 제염 분야에서는 적용이

되지 않고 있다 원자력산업의 경우 방사성폐기물의 제염 원자력 시설들의 표면처. ,

리 등에 활용이 이루어진다면 방사성폐기물 감량과 원자력시설의 유지보수에 많은

이점을 제공할 수 있을 것이나 보수적이며 안정적 접근을 시도하는 국내 원자력계

의 특성상 원자력산업에의 응용은 매우 미진하며 초보적인 상태에 머물러 있는 실

정이다.

국내에서의 전해연마를 방사성제염에 응용하기 위한 연구개발은 년대 중반1980 現

원자력연구소 전신인 에너지연구소에서부터 실시하였으나 기초개념연구에 머물러舊

원자력산업에의 적용을 위한 장치개발과 상용화에는 접근을 하지 못한 상태로서 이

후 몇 차례 같은 연구개발이 시도되었으나 그 역시 원자력산업에 반영되지는 못하

고 있다.

국내에서의 전해연마 기술과 공정의 원자력산업에의 적용 연구개발 사례는 손꼽을

정도로 미미하며 이를 표 에 정리하였다2.2 .【 】

연구개발처 연구개발목적 현상태 비고

원자력연구소 방사성오염금속 제염 기초개념연구

두산중공업 원전구성품 품질관리해외사례중심으로

자료 정립단계

자체자료 확보단

계

한국전력연구원 방사성오염금속제염 년 월 연구추진2001 08

한일원자력 방사성오염금속 제염해외사례중심으로

자료 정립단계

자체자료 확보단

계

표 국내애서의 전해연마제염 연구개발 현황2.2【 】

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제 장 기술개발 수행내용 및 결과3

제 절 전해연마 제염장치의 설계 제작 및 실험1 /

전해연마 제염장치의 설계 및 제작1.

가 전해연마 제염 제염장치 개요.

본 기술개발의 목적에 따라 제작된 전해연마제염 장치는 그림 과 같이 구성3.1【 】

되어 있다 그림 는 기술개발 장치의 개념도인데 크게 직류전원 공급장치. 3.1(a)【 】

그림 전해연마 제염조 그림 차 발생 기체 폐기물 처리장( 3.1(b) ), ( 3.1(c) ), 2【 】 【 】

치 그림 차 발생 액체상 폐기물 처리장치 그림 로 나누어져( 3.1(d) ), 2 ( 3.1(e) )【 】 【 】

있다.

그림 전해연마 제염 실험장치3.1【 】

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그림 전해연마 제염 실험장치의 개념도3.1(a)【 】

그림 직류전원 공급장치3.1(b)【 】 그림 전해연마 제염조3.1(c)【 】

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그림 기체폐기물 처리장치3.1(d)【 】 그림 액체폐기물처리장치3.1(e)【 】

나 전해연마 제염장치의 설계 개념 및 주안점.

장치의 안전성 확보(1)

고전류를 사용하는 전해연마의 특성상 전원공급기의 차측 단락과 누전으로 인한1,2

장치의 손상과 작업자의 전기적 안전을 고려하여 설계 제작 되었으며 산성 전해액/ ,

에 의한 장치의 부식을 방지하기 위하여 전해조와 밸브 및 전해액과 직접 접촉하는

부위의 재질은 을 사용하고 기타 재질은 를 사용하였고 배관은 내SUS 316 SUS304

식성과 교체 및 수리시를 고려하여 플렉시블 테프론 호스를 사용하였다.

개발된 공정의 수행성 확보(2)

장치의 개발 및 제작 목적이 개발된 제염공정의 수행에 있으므로 공정수행에 필요

한 공정의 수행성을 고려하였으며 이동 실험을 위하여 주요 구성부위를 분리하여,

제작하였다.

차 발생 폐기물의 억제 및 장치의 재활용성(3) 2

장치의 교체 수리 폐기 등을 고려하여 모든 자재는 재사용이 가능하도록 하였으, ,

며 부득이 교체 폐기 시에는 제염이 용이한 재질과 폐기시 폐기물 발생량을 고려, ,

한 재질의 선택과 설계가 이루어졌다.

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다 전해연마 제염 실험장치의 설계 및 제작.

전원공급 장치(1)

본 실험장치의 전원공급장치는 전압 전류 가변 형으로 설계 제작 되었으, S.M.P.S

며 세부 사양과 시험석정은 표 과 표 와 같다3.1(a) 3.2(b) .【 】 【 】

구 분 Specifications

형식 S.M.P.S

입력전압 단상 상A.C 220V or 3 380V

출력전압 D.C, 0~24V

출력전류 0~300A, 0~1000A

전압조정방식 PWM Switching

주파수Switching 35KHz

보호장치 Emergency Trip Relay

표 전원공급장치 세부사양3.1(a)【 】

검 사 내 역 특 성 적용조건 전원인가 분후( 2 )

Out-Put Volt ADJ 0~24V 정상입력 최대전류,

Line Regulation ± 0.1% 최대전류에서 입력 변동± 15%

Load Regulation ± 0.1% 정상입력 부하 변화, 0~100%

Ripple & Noise 0.5% 정상입력 최대전류에서 측정,

절연저항 절연체(DC 500V ) 이상100MΩ 입 출력 입력 외항 출력 외함간, ,• • •

내압실험(AC 1500V, 10mA) 이상1Min 입 출력 입력 외함간,• •

Efficiency 이상75% 정상입력 부하에서, 75%

표 전원공급장치 시험성적3.2(b)【 】

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전해연마 제염조(2)

전해연마 제염조는 전해액에 의한 부식을 방지하기 위하여 전체 연마조 재질을 부

식에 강한 을 사용하였으며 내벽에는 세라믹 코팅으로 처리하여 부식에 대SUS316 ,

한 안전을 한층 강화 하였다.

그리고 연마조 아래에 전해액 순환 펌프와 전해액 가열 냉각장치를 설치하여 일체·

화 시켰다.

전해연마조 사양

- CelI Size : 450mmx450mmx450mm, 55Litter≒

내벽- Materials : SUS 316, Ceramic Coated

그림 전해연마조 및 작업대3.2【 】 그림 전해연마조 내부3.3【 】

차 발생 기체폐기물 처리장치(3) 2

전해연마시 제염시 발생되는 냄새와 휘발성 방사성오염입자의 처리를 위해 단계의3

여과 기능을 가진 을 설계 제작하였다 전단의 는 후단FiIteration System . Pre FiIter

보호와 큰 입상의 을 포집하고FiIter Particle Chacoal Filter (Activity Carbon Filter)

는 전해연마 제염시 발생되는 냄새 유해 가스 와 유기방사성동위원소의 흡착을 위( )

해 설치하였으며 후단의 는 의 이하의 미세 방사성입자를 포집하, HEPA FiIter 0.1㎛

기 위하여 설치하였다 각 의 후단에는 미세 차압계를 설치하여 의 막힘. FiIter FiIter

과 교환 시기를 쉽게 알수 있게 설계 제작되었으며 그 개념도는 그림 와 같/ 3.4【 】

다.

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그림 차발생 방사성기체폐기물 처리장치 개념도3.4 2【 】

차 발생 액체폐기물 처리장치(4) 2

전해연마 제염의 진행으로 생성되는 전해액중의 방사성 슬러지의 제거를 백필터와

금속소결필터를 통하여 수행토록 하고 우회 배관을 통해 전해조로 재공급 되게 하

고 그 후단에는 양 음이온교환 수지 을 두어 전해액의 폐기시 전해액 중의, / Module

방사성 오염물들을 제거하는 구조로 차 발생 액체 폐기물 처리장치를 설계 제작하2 /

였으며 장치 및 계통의 재질 또한 과 를 선택적으로 사용하였다, SUS316 SUS304 .

차 발생 액체폐기물 처리장치의 개념도는 그림 과 같다2 3.5 .【 】

그림 차 발생 액체폐기물 처리장치의 개념도3.5 2【 】

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전해연마 제염장치의 실험2.

여기에서는 전반적인 전해연마 제염장치의 실험절차 각 실험에 사용한 실험시편의,

준비과정 각 실험인자에 따른 실험 수행절차 등을 기술하고자 한다, .

가 표준 전해연마 제염 실험 절차.

모든 실험은 우선 전해 연마조와 시편의 불순물 제거로부터 시작된다.

특히 실험을 위한 시편의 불순물 기름때 먼지 등 은 연마에 영향을 미치므로 전해( , )

연마 실험 전에 시편 상태를 파악하여 시편의 표면 세척을 반드시 실시하여야 한

다.

다음 공정으로 조성된 전해액을 전해조에 적당량 채운 후 전해액 가열장치를 가동

하여 전해액의 온도가 로 상승하면 시편에 양극의 전극을 연결하고 직류전40~70℃

원을 투입한다.

이때 전류 전원공급장치의 전압과 전류 제한치를 설정하여야 하는데 전압은 일반적

인 전해연마 작업시 각 금속 특성별로 최적화된 전압을 공급하면 되나 전류는 시편

의 표면적 계산을 통하여 적정 전류가 공급될 수 있게 하여야 한다.

전원이 공급되면 시편 주위에 거품이 발생하게 되는데 전해액 중의 물성분의 전기

분해로 인해 발생하는 산소와 수소이며 점차 발열반응에 의해 전해액의 온도가 증,

가되므로 전해액의 온도가 적절하게 유지될 수 있도록 전해액의 냉각 가열 장치가/

가동되어야 하며 시편 주변에 발생되는 거품의 공동화로 인한 연마의 불균일 현상,

이 발생되지 않도록 전해액의 교반이 요구 된다.

실험 목적에 적합한 연마 시간이 경과하면 시편에 인가되고 있는 전원을 차단하고

시편을 꺼내 수세 후 연마의 상태를 살핀다.

시편의 연마 상태는 시편의 질량변화 두께변화 표면상태 등으로 판단하며 본 실험, ,

에서는 편의상 마이크로 캘리퍼스에 의한 두께변화와 육안에 의한 표면상태 만을

측정 관찰하도록 하였다/ .

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표준실험 시편의 준비(1)

본 실험 목적은 본 개발 사업의 개발 장치의 정상 동작여부와 방사능오염 금속 제

염에의 적용여부의 판단을 위한 것이므로 원판형 표준시편 종 나사산이 있는 파45

이프 시편 종 파이프 시편 종 구동 기능이 있는 기계부품 시편 등을 전해 시간2 . 1 ,

대 인가 전압 인가 전류의 변화에 따른 연마의 상태 장치의 동작상태를 파악하였, , ,

다.

원판헝 표준시편의 전해연마(2)

표준전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 표면적이 다른, 3

종의 시편으로 각각의 동일 표면적당 개씩 총 개의 원형 표준시 편을 준비하15 , 45

여 전해 시간 인가 전압 인가 전류를 변화시켜 연마의 정도와 변화 상태를 실험을, ,

수행하였다.

(a) (b)

(c)

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 원판형 표준시편 종3.6 3【 】

- 21 -

나사산이 있는 파이프의 전해연마(3)

표준 전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 원판형 표준시편,

의 전해연마 실험으로 본 전해연마 제염장치의 연마와 동작 상태가 파악된 상태이

므로 요철부위 나사산 의 연마 상태를 파악하기 위하여 종의 파이프를 준비하고( ) 2

전해시간만 변화 시키고 전압 전류는 동일하게 공급하여 연마상태를 실험을 수행,

하였다.

(a) (b)

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 나사산이 있는 파이프3.7【 】

파이프 내부 전해연마(4)

전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 파이프 내부의 전해연,

마와 전해연마 제염공정을 얻기 위하여 실험을 수행하였다.

(a) (b)

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 파이프3.8【 】

- 22 -

나 전해연마 장치의 전해연마제염 실험.

구동 기능을 가진 부품의 전해연마 제염(1)

전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 전해연마 제염 후 구,

동 기능의 정상 구동 등을 파악하기 위하여 실험을 수행하였다.

조립상태(a) 해체상태(b)

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 구동 기능을 가진 부품3.9【 】

사용후 핵연료 저장랙의 전해연마 제염(2)

전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 고리원자력 발전소, 4

호기와 울진원자력 호기에서 철거된 사용후 핵연료 저장랙의 방사성 오염 제거 여1

부를 판단하기 위하여 고리원자력발전소내 방사성폐기물 임시 저장고에서 실험을

수행하였다.

사용후 핵연료 저장랙 시편(a) 사용후 핵연료 저장랙 시편(b) Support

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 사용후 핵연료 저장랙 시편3.10【 】

- 23 -

핵연료 제어봉 구성부품 전해연마 제염(3) (E.S.A)

전해연마 제염의 실험절차와 동일하게 실험을 수행하였으며 영광원자력 발전소, 6

호기에 사용되었던 핵연료 제어봉 구성부품중 의 방사성 오염제거 여부를 판E.S.A

단하기 위하여 영광원자력 발전소 호기내 에서 실험을 수행하6 Hot Machine Shop

였다.

(a) Drive Shaft

(b) Gripper (c) Spring

그림 표준 전해연마 제염 실험에 사용된 핵연료 제어봉 구성부품3.11 (E.S.A)【 】

- 24 -

제 절 실험결과 및 논의2

각 표준 시편의 전해연마 제염 실험1.

먼저 각 표준 시편에 대한 표준 전해연마 제염 실험은 본 개발사업의 전해연마 제

염 장치의 개발과 최적 공정을 확보하기 위한 실험으로 전해연마의 각 조건들을 변

화시켜 최적 조건을 구하기 위하여 수행되었는데 일반적으로 전해연마에 있어 본

실험 표준 시편의 재질인 인 경우 전해연마조건이 이미 자료화되어 있으나 본SUS

실험에서는 전해액을 원자력발전소 특성에 맞게 조성하여 사용하므로 조건에 맞는

전해연마 최적조건을 확보할 필요가 있었다.

각 실험의 기본조건

전해액의 온도 전해액의 조성- : 40~70 - : H℃ 3Po4외 다수 첨가제 첨가

실험결과(1)

표 원판형 표준시편의 전해 연마 실험 결과표3.2【 】

- 25 -

실험의 결과 방사능오염금속 제염을 위해 조성된 전해액의 기능은 실험 결과로 기

본 전해질 기능이 충분하다고 판단되었으며 각 시편의 연마정도는 표 에서, 3.2【 】

와 같이 일정부분 전해연마 시간과 인가 전류에 비례하여 진행 되는 것으로 나타났

다.

그러나 시편 그림 의 경우 전혀 연마는 진행되지 않고 표면 광택도I - i ( 3.12 )【 】

만 변하게 되는데 이는 전해연마 시간에 전해연마 개시시간이 존재한다는 것을 보

여 준다고 할 수 있겠다.

한편 실험결과표에는 나타내지 않았으나 그림 처럼 연마중 발생하는 기포와3.13【 】

전해액 표면의 끓어오르는 작용에 의해 연마 대상물이 전해액속에 침지되었다 하더

라도 일부분이 연마가 되지 않게 되므로 전해연마중 연마대상 물을 흔들어 주거나

전해액을 교반 순환시켜야 균일한 연마 결과를 얻을 수 있으며 연마 대상물의 표면/

이물질을 완전히 제거하지 않은채 연마 실험을 실시한 시편은 그림 와 같3.14【 】

이 이물질이 존재하는 곳에는 연마의 진행이 더디거나 되지 않게 된다.

정상적인 연마 조건에 대한 연마 상태는 표 의 결과와 같이 만족한 결과를3.2【 】

얻을 수 있었다.

그림 시편 의 제염후 사진3.12 1- i【 】 그림 기포에 의한 불균일 연마3.13【 】

그림 표면이물질 미제거후 연마실험 진행한 시편3.12【 】

- 26 -

실험결과(2)

표 의 결과표와 같이 나사산이 있는 파이프의 외경 제염에도 실험을 위한 표3.3【 】

준 시편 제염 결과와 유사한 제염 결과가 얻어졌으며 제염효과 또한 역시 우수하,

게 나왔다.

참고로 그림 연마실험 전 후의 나사산 상태를 비교한 사진을 나타내었는데3.13 ·【 】

나사 산의 날카로운 부위의 연마가 더욱 진행되었으나 일반 배관용으로 체결하여

사용하는데는 기능상 하자가 발생하지 않았다.

표 나사산이 있는 파이프 시편의 전해 연마 실험 결과표3.3【 】

연말실험 전(a) 연마실험 후(b)

그림 연마실험 전 후의 나사산 상태 비교3.13【 】 •

실험결과(3)

표 파이프 시편의 내부 전해 연마 실험 결과표3.4【 】

- 27 -

파이프 시편의 내부 전해 연마 실험은 참고 자료로 활용하기 위한 실험으로 실험

결과는 표 과 같으며 파이프 내경의 연마일지라도 일반 표면 연마의 특성3.4 ,【 】

을 그대로 지닌다.

그러나 내경을 연마하기 위해서는 음극의 전극을 파이프 내경으로 삽입하여야 하는

등으로 연마의 공법을 일반 표면연마와 달리 적용하여야 한다.

이러한 공법은 추후 개발 과제로 지속적인 공법과 공정 개발이 이루어져야 할 것으

로 판단된다.

전해연마 장치의 원전현장 전해연마제염 실험2.

실험결과(1)

표 구동 기능을 가진 부품 의 전해 연마제염 실험 결과표3.5 (Spray Nozzle)【 】

표 의 전해연마제염 실험결과는 기계적 구조를 가진 에 대한3.5 SPray Nozzle【 】

제염실험 결과로서 제염에 사용된 은 개 부분으로 이루어져 이들의Spray Nozzle 4

조합으로 구동이 되는데 제염후 기능 회전 살수기능 의 작동에는 아무린 문제가 없( )

었다.

제염전 이 살수노즐의 방사능 오염형태는 방사성물질들이 노즐 표면에 묻은 상태에

서 노즐표면이 산화된 전형적인 고착성 방사성오염 물질이었다.

그러나 전해연마 제염을 통하여 노즐 표면의 산화막이 제거됨으로서 표 의3.5【 】

결과에서 보여주듯 완전 제염이 이루어졌다는 것을 알 수 있다 결론적으로 본 전.

해연마 제염장치에 의한 제염으로 정도의 정밀도 이하의 기계장치 들은1/100mm

제염 후 부품의 재사용이 가능할 것으로 사료된다.

- 28 -

실험결과(2)

사용후 핵연료 저장랙은 사용후 핵연료에 의한 중성자 조사로 인해 표면 오염과 함

께 재질 자체의 방사화가 진행된 방사능 오염물질이다.

본 실험을 위하여 울진원자력 호기에서 철거된 사용후 핵연료 저장랙의 시편을 고1

리원자력 발전소로 이송하였으며 각각의 시편은 저장랙 부분과 부, Plate Support

분으로 개의 시편으로 실험을 실시하였다3 .

제염의 결과는 표 에서와 같이 개의 시편 모두 상태의 완전 제염이3.6 3 B.K.G【 】

이루어짐으로서 본 개발사업의 전해연마 제염장치의 개발이 성공적으로 이루어졌음

을 보여주는 결과물이다.

본 실험은 본 개발 사업의 하나로 개발된 전해연마 제염공법에 따라 실험되었는데,

실험에 사용된 시편은 각각 적당한 크기로 절단되었으며 절단에는 그라인드를 사용

하였다.

그러나 초기 절단시 산소용접기로 절단을 실시하여 용접기에 의해 용융된 부분들이

가장자리에 남아있는 관계로 수세 작업시 줄작업으로 이를 제거한 후 제염을 실시

하였다.

이것은 전해연마 제염을 위한 전처리 단계에서 제염대상물의 절단방법 등에도 선택

성이 있다는 것을 보여 주는 것으로 중요한 공정의 하나이다.

표 은 원자력발전소 내부보고 자료를 이용하여 작성된 것이며 보고서는3.6【 】

【부록 B 에 시편의 제염후 방사성핵종분석 자료와 함께 첨부하였다.】

표 사용후 핵연료 저장랙의 전해 연마제염 실험 결과표3.6【 】

- 29 -

실험결과(3)

방사선량

(uSv/hr)

표면오염도

(cpm)

방사선량

(uSv/hr)

표면오염도

(cpm)

Plunger Ass'y 2.9 5,000 0.16 400

표 핵연료 제어봉 구성부품 전해 연마제염 실험 결과표3.4 (ESA)【 】

표 는 핵연료 제어봉 구성부품중 에 대한 전해연마제염의 실3.4 Plunger Ass'y【 】

험 결과로서 또한 사용후 핵연료 저장랙과 같은 방사성오염 특성을Plunger Ass'y

지니고 있으며 그림 와 같은 크기와 형상이었으나 제염의 편의를 위하여, 3.14【 】

그림 에 표시된 점선 부위로 절단하여 제염을 실시하였다3.14 .【 】

특히 본 실험 대상 방사성오염물질인 는 이미 수차례 수세미 등에 의Plunger Ass'y

한 수세식 제염과 초음파에의한 제염을 실시하였으나 원자력 발전소 반출기준을 만

족하지 못하여 전해연마제염을 실시하게된 것이다.

전해연마 제염의 실험 결과는 대단히 만족한 수준으로 표 는 그 결과이며3.4【 】

이 결과물은 영광원자력발전소 내부 보고 및 관리용 자료를 참조하였으며 【부록

B 에 의 제염현황과 방사선 측정현황자료 영광원자력 발전소 자료Plunger Ass'y ( )】

를 첨부하였다.

- 30 -

그림 와 절단부위3.14 Plunger Ass'y【 】

- 31 -

제 절 결 론3

전해연마 제염장치 개발1.

본 사업의 개발 목표는 전해연마 장치를 이용하여 방사능에 오염된 금속의 방사는

오염을 제거하는 전해연마 제염장치의 개발과 이 장치를 이용한 방사능오염 제거

공정의 개발 제염 대상 물질의 전해연마에 대한 전기 화학적 반응으로 방사능 오, ·

염의 제거를 담당하는 적절한 전해질의 개발 등에 있는데 이 장의 앞절에서와 같이

수차례의 자체실험과 현장 제염실험을 통한 결론으로 본 사업의 개발 목표가 매우

성공적으로 수행되었음을 알 수 있다.

그러나 본 사업의 실험과 공정 개발의 목적으로 개발된 전해연마 제염장치는 목적

에 따라 장의 그림 과 같이 각 요소 장치별로 분리하여 제작되었으나 실용3 3.1【 】

화를 위해서는 이들 장치의 일체화 등에 대한 고려가 있어야 할 것이다.

전해액의 개발2.

개발된 전해연마 제염장치와 공정에 의한 전해연마 제염 작업에 적용되는 전해액

은 독자적인 조성개발이 된 상태이나 이의 자세한 조성에 관한 자료는 산업재산권

보호 차원에서 자세하게 다루지는 않았으나 전해연마 제염에 사용시 만족하게 기

기능을 보이고 있음을 실험에서의 결과로 알 수 있을 것이다.

본 사업의 목적으로 개발된 전해액은 인산(H3Po4 계 전해액으로 다수의 첨가제가)

일정비율로 조성되었으며 조성시 각 액별 조성순서와 각 액의 온도에 따라 조성 상

태가 변하므로 주의하여야 하며 전해액의 개발은 전해 제염 품질과 폐액의 처리,

등의 요구에 따른 다양한 종류의 개발이 계속하여 이루어져야 할 과제이다.

전해연마 제염공정 개발1.

개발된 공정으로 현장에서의 전해연마 제염 실험결과 공정 진행상 큰 문제는 발생

하지 않았으나 방사능 오염 제거 대상 금속의 형상과 오염형태 현장 상황 등에 따,

른 다양한 공정 개발이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

- 32 -

그림 확립된 전해연마 제염공정3.14 Flow Chart【 】

- 33 -

제 장 기술개발의 목표달성도 및 대외 기여도4

제 절 기술개발의 목표달성도1

본 기술 개발은 년 월 일부터 월 일 까지 개월 동안 수행되었으며 다2002 4 1 12 31 9

음의 개발 목표를 달성하였으며 달성된 개발목표는 부록에 첨부되었다.

개발목표

방사성오염 금속의 전해연마 제염장치 및 공정개발

개발사업 결과물 특허출원과 실용신안등록 및 전해연마 제염 장치( : Mock-up )

개발사업 결과물

특허출원①

특허출원 명칭 전해연마를 이용한 방사능 오염금속류 오염제거장치:

출 원 번 호 : 10-30274

특허내용 요약 :

방사성물질에 의해 표면이 오염된 금속성방사성폐기물로부터 방사성물질을 제거하

는 장치로서 전해연마 공정을 통하여 금속의 표면을 미세하게 벗겨내어 금속의 표,

면에 묻어있는 방사성물질을 대상 금속으로부터 제거하여 재활용할 수 있도록 하고

종래 수세에 의한 제염시 수반되는 제염작업자의 방사선 피폭을 방지 또는 최대한

억제하는 장치에 대한 출원임.

실용신안 획득(1)②

실용신안 명칭 전해연마를 이용한 방사능 오염금속류 오염제거장치:

등 록 번 호 제 호: 0261686

등록내용 요약 항의 특허와 동시 등록으로 내용 동일: .①

- 34 -

실용신안 획득(2)③

실용신안 명칭 사용된 핵연료 보관랙 제염장치:

등 록 번 호 제 호: 0263935

등록내용 요약 :

원자력발전소의 사용후 핵연료 보관랙의 방사성오염을 전해연마방법에 의하여 제염

할 수 있도록 한 사용된 핵연료 보관랙 제염장치에 관한 것으로서 전해연마조와,

냉각효율 향상과 함께 슬러지 필터링 효율를 보다 높일 수 있도록 한 사용된 핵연

료 보관랙 제염장치를 제공코자 하는것에 대한 실용신안 등록임.

전해연마 제염 장치 부록 참조Mock-up ( B )④

본 사업의 기술개발 추진체계에 의해 수집 구축된 자료를 토대로 전해연마 제염/

장치를 개발 제작하였으며 그 사진 부록 과 상세 사양 부록Mock-up / ( B- I ) ( B-II)

을 작성하였음.

제 절 기술개발의 대외 기여도2

전해연마 제염의 경우 국내에서는 표 와 같이 일부 연구 개발이 실행되고 있2.2【 】

으나 아직 시작단계에 있는 분야이다.

현재 원자력발전소에서 방사능에 오염된 금속물을 제염 처리하는 방법으로는 초음

파 세척에 의한 제염과 수세미 브러쉬 등으로 표면을 문지르는 문지를 제염 등을

이용하는 실정이나 고착성 오염이나 표면방사화가 진행된 방사능에 오염된 금속물

에는 제염 효과를 전혀 얻지 못하고 있는 실정이다.

본 기술개발에 의한 전해연마 제염장치와 공정이 원자력 분야에 적용되어지면 금속

성 방사성 폐기물의 제염이 가능하여 금속성 방사성폐기물의 감량효과가 매우 클

것으로 기대된다.

본 기술개발은 아직까지 기본개념에 머물러 있을 뿐 현장 실험 한번 실시한 경험

이 없었던 지금까지의 전해연마 제염 기술을 실제 현장에 적용하여 제염에 성공하

는 등으로 인해 전해연마 제염 기술의 개발 및 응용에 중요한 기폭제가 될 것으로

판단되며 이러한 기술 개발의 효과는 친환경적인 측면에서도 지대한 공헌을 할 수,

있을 것이다.

- 35 -

제 장 기술개발 결과의 활용계획5

제 절 향후 기술 개발계획1

전해연마 제염장치의 실용화 자동화 장치 및 공정개발1. /

전해연마 제염을 위한 별도의 운전원을 필요로 하지 않는 범용 전해연마제염 장치

및 공정의 개발.

전해연마제염 적용 의 다양화2. Mode

가 현장제염. (Loca I De-contamination)

방사성오염금속이 존재하는 현장에서 직접적인 제염을 행할 수 있는 화된Module

전해연마제염 장치의 개발.

나 국부제염. (Spot De-contamination)

방사성오염 금속의 절단 해체 없이 오염된 부위만 선택적으로 제염할 수 있는 기술/

의 개발.

다 살수제염. (Spray De-contamination)

방사성물질에 오염된 대형 금속구조물 등을 절단 해체, Loop, System, Equipment /

없이 제염할 수 있는 전해연마 제염장치의 개발.

다양한 전해질 의 개발3. (E lectroIyte)

원자력발전소 구성 주요 부품 및 설비의 금속 재질별 전해연마 제염의 최적화를•

위한 다양한 전해액의 개발.

차 발생 액체방사성폐기물 사용후 전해액 처리가 용이한 잔해액의 개발2 ( ) .•

- 36 -

제 절 결과의 활용방안2

각 원자력발전소의 방사성오염 금속의 제염을 위한 기본설비화1.

계획원전 건설의 방사성오염 금속의 제염을 위한 기본설비로 초음파 제염장치와 함

께 현장 적용할 수 있도록 추진.

원자력발전소 현장서비스2. (F ie ld Service)

원자력발전소 가동 및 계획예방정비 기간 중 발생되는 방사성오염 금속의 제염을

위한 각 원자력발전소별 현장제염 서비스.

기 교체 원전 시설물 및 방사성오염급속의 전해연마제염3.

형 원자로의 사용후 핵연료저장의 능력을 증가하기 위하여 조밀 핵연료 저장PWR•

랙과 교체 후 절단 하여 각 원전 부지 내 임시저장고에 보관중인 핵연료/Drumming

저장랙의 제염.

고리원자력발전소 호기의 수영연장 가동을 위하여 교체 철거되어 고리원전 부지1 /•

내 임시저장고에 저장되어있는 증기발생기의 제염.

각 원자력발전소의 임시저장고에 보관중인 의 제염Matal Scrap•

- 37 -

부록 특허출원 및 실용신안등록 현황A.

첨부 :※

방사능오염금속 전해연마제염장치 특허 출원서 사본①

방사능오염금속 전해연마제염장치 실용신안등록증 사본②

사용후 핵연료 저장랙 전해연마제영장치 실용신안등록증 사본③

- 38 -

부록 전해연마 제염장치 현장 실험 방사선 측정현황 보고서B.

첨부 :※

고리 발전소 사용후 핵연료 저장랙 전해연마 제염결과 보고서2①

고리 발전소 사용후 핵연료 저장랙 전해연마 제염 핵종분석2②

영광원자력발전소 제염현황Plunger Ass'y③

영광원자력발전소 방사선 측정현황Plunger Ass'y④

- 39 -

사용후 연료 저장랙 제염결과 보고

제염일자1. : 2001. 08.10 13:15 ~ 17:00

제염장소 저장고 내부2. : 3

제염현황3.

가 제염방법 전해연마 방식. :

나 제염 대상물 울진 발 사용후 핵연료 저장랙 시편. : 1

다 제염결과.

구분 크기제염

시간

두께

감소

제염전 값 제염후 값

선량을

mR/hr

고착성

오염도

Cpm

검즐

핵종

선량을

mR/hr

고착성

오염도

Cpm

검즐

핵종

시편 155mm x 30mm

(T2mm) 23.48g분5 0.08mm

0.04~

0.07200 Co-60

0.04~

0.05N/D 믈검즐

시편 255mm x 25mm

(T2mm) 21.18g분10 0.2mm

0.04~

0.07200 Co-60

0.04~

0.05N/D 믈검즐

시편 3150mm x 170mm

(T2mm)분3 0.07mm

0.04~

0.07800 Co-60

0.04~

0.05N/D 믈검즐

결론 정확한 제염결과 산출을 위해 시편 개를 시험시편으로 사용하였으며 핵종분석* : 3

결과 불검출 임.

- 40 -

- 41 -

- 42 -

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- 45 -

- 46 -

전해연마 제염현황

작업 일시1. : 2002. 11. 26

작업 대상2. : Gripper & Plunger Assy

작업 장소3. : Hot Machine Shop

작 업 자 한일원자력 주4. : ( )

작업결과5.

제염전 제염후

방사선량

( Sv/hr)μ

표면 오염도

(cpm)

방사선량

( Sv/hr)μ

표면 오염도

(cpm)

Plunger Ass'y 2.9 5,000 0.16 400

제염결과6.

는 무조건 반출 가능1) Plunger Ass'y

표면 오염도의 무조건 반출기준 이하: 720cpm※

- 47 -

비정기능방사선 능 측정일지(RWB) ( )

- 48 -

특허출원서 전해연마를 이용한 방사능 오염 금속류 오염 제거 장치-

- 49 -

출원번호통지서

- 50 -

실용신안등록증 전해연마를 이용한 방사능 오염 금속류 오염 제거 장치-

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실용신안등록증 사용된 핵연료 보관랙 제염장치-

제 1장 서 론제 1절 개발의 배경 및 필요성제 2절 개발의 목적제 3절 개발의 범위1. 전해연마 제염장치의 개발2. 전해질의 개발3. 전해연마 제염공정의 개발

제 2장 국내·외 기술개발 현황제 1절 전해연마를 이용한 방사성 오염제거 기술1. 전해연마2. 전해연마 제염기술

제 2절 국외 기술개발 현황제 3절 국내 기술개발 현황

제 3장 기술개발 수행내용 및 결과제1절 전해연마 제염장치의 설계/제작 및 실험1. 전해연마 제염장치의 설계 및 제작2. 전해연마 제염장치의 실험

제 2절 실험결과 및 논의1. 각 표준 시편의 전해연마 제염 실험2. 전해연마 장치의 원전현장 전해연마제염 실험

제 3절 결 론1. 전해연마 제염장치 개발2. 전해액의 개발1. 전해연마 제염공정 개발

제 4장 기술개발의 목표달성도 및 대외 기여도제 1절 기술개발의 목표달성도제 2절 기술개발의 대외 기여도

제 5장 기술개발 결과의 활용계획제 1절 향후 기술 개발계획제 2절 결과의 활용방안

부록 A. 특허출원 및 실용신안등록 현황부록B. 전해연마 제염장치 현장 실험 방사선 측정현황 보고서