원전 해체 등에서 발생하는 입자성 방사성 폐기물은 콜로이드에 의한 핵종 이동 우려로 인해 시멘트 고형화 처리가 필수적으로 수행되어 왔으나, 이는 폐기물 부피 증가와 처분장 용량 부족...

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서울 : 서울대학교 대학원, 2026
학위논문(석사) -- 서울대학교 대학원 , 에너지시스템공학부 원자핵공학 , 2026. 2
2026
영어
622.33
서울
vi, 94 ; 26 cm
지도교수: 최성열
I804:11032-000000196539
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원전 해체 등에서 발생하는 입자성 방사성 폐기물은 콜로이드에 의한 핵종 이동 우려로 인해 시멘트 고형화 처리가 필수적으로 수행되어 왔으나, 이는 폐기물 부피 증가와 처분장 용량 부족을 초래한다. 본 연구는 대표적인 입자성 폐기물인 콘크리트와 유리 폐기물에서 발생하는 콜로이드의 형성 및 안정성을 과학적으로 평가하여, 이러한 고형화 처리의 타당성을 재검토하였다.
저농도 콜로이드 분석의 한계를 극복하기 위해 Polystyrene (PS) 나노입자 표준용액을 이용하여 분석 기준을 확립하였으며, 처분장 모사 환경에서 장기(20℃, 8개월) 및 가속(60℃, 90일) 실험을 수행하였다. 입자의 형성은 동적광산란(DLS)법으로 분석하였으며, 안정성은 PHREEQC 모델링과 DLVO 이론을 적용하여 평가하였다.
연구 결과, 콘크리트 폐기물에서는 배경 농도와 구별되지 않을 정도로 입자 발생이 미미하였다. 유리 폐기물의 경우 가속 조건에서 Tobermorite 계열의 입자가 일부 형성되었으나, 이론적 분석 결과 반발력이 부족하여 열역학적으로 불안정한 것으로 확인되었다. 즉, 두 폐기물 모두에서 콜로이드는 처분장 환경 내에서 안정하게 존재하지 못하고 침전될 것으로 예측된다. 결론적으로 본 연구는 입자성 폐기물의 시멘트 고형화를 면제할 수 있는 과학적 근거를 제시하며, 이를 통해 방사성 폐기물 처분 효율성을 제고할 수 있다.
다국어 초록 (Multilingual Abstract)
Particulate radioactive waste generated during nuclear decommissioning has traditionally been solidified with cement to inhibit colloid-facilitated radionuclide migration. However, cement solidification significantly increases waste volume, straining ...
Particulate radioactive waste generated during nuclear decommissioning has traditionally been solidified with cement to inhibit colloid-facilitated radionuclide migration. However, cement solidification significantly increases waste volume, straining disposal repository capacity. This study re-evaluates the necessity of solidification by scientifically assessing the formation and stability of colloids derived from representative particulate wastes, namely concrete and glass.
To address the analytical challenges associated with low-concentration colloids, specific evaluation criteria were established using Polystyrene (PS) nanoparticle standard solutions. Experiments were conducted by contacting simulated waste with synthetic porewater under long-term (20°C, 8 months) and accelerated (60°C, 90 days) conditions. Particle behavior was characterized using Dynamic Light Scattering (DLS), while thermodynamic stability was evaluated through PHREEQC modeling and DLVO theory.
The results indicated that colloid generation from concrete waste was negligible and indistinguishable from background levels. In contrast, limited particle formation was observed from glass waste under accelerated conditions, these particles were identified as Tobermorite-group (C-S-H). However, theoretical analyses demonstrated that these colloids were thermodynamically unstable due to insufficient repulsive potential. Consequently, colloids derived from both waste types are expected to aggregate and precipitate within the repository environment. These findings provide scientific evidence that cement solidification for particulate waste may be unnecessary, offering a potential pathway to optimize disposal capacity.
목차 (Table of Contents)