처분환경 핵종거동 실증 기반기술 개발 추진전략

권장순(Jang-Soon Kwon),김건영(Geon Young Kim),조동건(Dong Keun Cho) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

사용후핵연료 저장·처분 안전성 확보를 위한 핵심기술개발 사업을 통하여 고준위방사성폐기물 처분종합 성능평가를 위한 처분시스템 다중방벽 내 핵종 지화학반응 특성 입력자료를 구축하고, 다중방벽 내 핵종이동 가속화/지연 평가 및 향후 지하연구시설(Underground Research Laboratory: URL)에서 핵종이동 실증을 위한 현장시험 기반기술을 KAERI Underground Research Tunnel (KURT)를 기반으로 개발하고자 한다. 주요 처분환경 핵종거동 실증 기반기술 개발은 1) 심층처분환경 모사 시험시설 및 분석장비를 구축하여 핵종 화학물의 용해/침전, 용존 화학종 반응, 수착/확산 특성자료 등 현장 실증시험에 필요한 핵종의 이동/지연에 대한 입력자료를 생산하고, 2) 처분환경 생지화학적 특성 변화에 따른 광물/콜로이드/가스와 핵종의 반응특성 평가 및 핵종의 이동/지연 특성 분석 기술을 개발하며, 3) 처분용기로부터 유출된 핵종의 장기 지화학 거동을 예측하기 위한 핵종 이동의 광물학적/지화학적/생물학적/방사선학적 영향을 평가하고, 4) 처분시스템 다중방벽 내 고이동성 핵종들의 반응특성(용해/침전, 화학종, 수착/확산 등) 평가 및 이동 제어 기술을 개발함으로서 향후 9년동안 추진하고자 한다. 관련된 연구활동은 사용후핵연료 처분사업 수행에 필요한 안전성 핵심 기술 및 자료 제공을 통한 대국민 신뢰도 확보뿐 아니라 핵종 이동 저지능 향상을 통한 처분 안전성 강화에 기여할 것으로 판단된다.

원자력이용시설 지하수 방사성오염 모니터링 전략

권장순(Jang-Soon Kwon),김봉주(Bong Ju Kim),전형섭(Hyeong-Seop Jeon),권만재(Man Jae Kwon) 대한지질학회 2019 대한지질학회 학술대회 Vol.2019 No.10

마이크로웨이브를 이용한 금정광 내 금 용출 효율 증가 기작

김봉주,권장순,고용권,박천영,Kim, Bong-Ju,Kwon, Jang-Soon,Koh, Yong-Kwon,Park, Cheon-Young 대한자원환경지질학회 2020 자원환경지질 Vol.53 No.2

본 연구에서는 금정광내 금회수율을 증진하고자 마이크로웨이브 전처리방법을 이용하여 티오요소용출 실험을 수행하였다. 이에 본 연구에서는 먼저 마이크로웨이브를 이용하여 금정광 시료 내 황철석의 분해에 따른 광물상 변화를 관찰하였다. 마이크로웨이브의 조사시간이 증가함에 따라 시료의 온도는 증가하였고, 황철석 내 S가 SO₂로 변환되어 시료 내 S의 함량이 감소되었다. X-선 회절분석 및 주사전자현미경 에너지 분산 분광분석을 통해 황철석은 자류철석과 적철석으로 변환되었으며, 미세균열이 발달된 다공질의 형태로 변질되었음을 확인할 수 있었다. 다양한 조건의 티오요소 혼합 용매를 이용하여 시료의 광물상변화에 따른 금 용출효율을 측정한 결과, 마이크로웨이브 조사시간 증가 및 용출실험 조건 내 용매의 농도 증가에 따라 용출효율이 증가하였다. 결론적으로, 마이크로웨이브를 활용한 금정광 조사는 시료 내 금의 최대용출효율과 용출속도를 증가시켰으며, 티오요소 용매제는 용출속도상수를 증가시켜주는 역할을 하였다. In this research, we investigate the effect of microwave pretreatment on the recovery of gold from the gold concentrates by thiourea leaching. The changes in mineral phases by decomposition of pyrites in the gold concentrates using microwave were observed, and the result of microwave irradiation showed that the temperature of the irradiated sample increases with increasing irradiation time. With the reaction of temperature increases, Sulfur (S) in pyrites was converted to sulfur dioxide (SO₂), and then the content of S in the sample was reduced. The analytical results of XRD and SEM-EDS showed that pyrites are converted to magnetite and hematite, and its surfaces are changed to a porous shape where micro-cracks are developed. The Au leaching efficiency from the irradiated gold concentrates using thiourea-mixed solvent increased with the increases of irradiation time and solvent concentration. The experimental results considering leaching parameters indicate that the mechanism of microwave irradiation increases the maximum leaching efficiency and leaching rate of the gold concentrates, and the solvent does a role for the increasing of leaching rate constant.

지하공간건설 시 해안인근 담수-해수 혼합대의 지화학적 진화

김지연,김병우,권장순,고용권,Kim, Jiyeon,Kim, Byung-Woo,Kwon, Jang-Soon,Koh, Yong-Kwon 한국지하수토양환경학회 2015 지하수토양환경 Vol.20 No.7

To understand the hyrogeochemical variation of bedrock aquifer during underground space construction, various graphical methods including multiple-component plots and chemical trends were used to estimate the mixing rate between seawater and freshwater and to investigate the evolution of water quality. The water chemistry and mixing rate between fresh and sea waters, which are generally localized in the construction area (MW-7, in land), shows typical characteristics of freshwater that doesn’t affect its validity as seawater intrusion. Especially, the water chemistry of a MW-4 (coastline) was classified as Na-Cl type, Na-HCO₃ type, and Ca-Cl type due to the influence of the seawater intrusion. And hydrogeochemical and isotopic data show that local freshwater is subjected to geochemical processes, such as reverse ion-exchange. Throughout the Chadha’s diagrams, four different case histories with the temporal and spatial variation of groundwaters in the study area were proposed, which is recommended to interpret the hydrogeochemical reactions effectively.

시멘트-벤토나이트 상호작용에 의한 벤토나이트 변질 연구사례 분석

구자영,김진석,권장순,조호영,Goo, Ja-Young,Kim, Jin-Seok,Kwon, Jang-Soon,Jo, Ho Young 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.3

Bentonite is being considered as a candidate for buffer material in geological disposal systems for high-level radioactive wastes. In this study, the effect of cement-bentonite interactions on bentonite alteration was investigated by reviewing the literature on studies of cement-bentonite interactions. The major bentonite alteration by hyperalkaline fluids produced by the interaction of cementitious materials with groundwater includes cation exchange, montmorillonite dissolution, secondary mineral precipitation, and illitization. When the hyperalkaline leachate from the reaction of the cementitious material with the groundwater comes into contact with bentonite, montmorillonite, the main component of bentonite, is dissolved and a small amount of secondary minerals such as zeolite, calcium silicate hydrate, and calcite is produced. When montmorillonite is continuously dissolved, the physicochemical properties of bentonite may change, which may ultimately causes changes in bentonite performance as a buffer material such as adsorption capacity, swelling capacity, and hydraulic conductivity. In addition, the bentonite alteration is affected by various factors such as temperature, reaction period, pressure, composition of pore water, bentonite constituent minerals, chemical composition of montmorillonite, and types of interlayer cations. This study can be used as basic information for the long-term stability verification study of the buffer material in the geological disposal system for high-level radioactive wastes.

해외원전 비계획적 방출 및 한국의 환경감시 현황 분석

박수찬,함박눈,권장순,조동건,정지혜,권만재,Park, Soo-Chan,Ham, Baknoon,Kwon, Jang-Soon,Cho, Dong-Keun,Jeong, Jihye,Kwon, Man Jae 한국지하수토양환경학회 2018 지하수토양환경 Vol.23 No.4

Despite of safety issues related to radiological hazards, 31 countries around the world are operating more than 450 nuclear power plants (NPPs). To operate NPPs safely, safety regulations from radiation protection organizations were developed and adopted in many countries. However, many cases of radionuclide releases at foreign NPPs have been reported. Almost all commercial NPPs routinely release radioactive materials to the surrounding environments as liquid and gas phases under control. These releases are called 'planned releases' which are planned, regularly monitored, and well documented. Meanwhile, the releases focused in this review, called 'unplanned releases', are neither planned nor monitored by regulatory and/or protection organizations. NPPs are generally composed of various structures, systems and components (SSCs) for safety. Among them, the SSCs near reactors are closely related to safety of NPPs, and typically fabricated to comply with stringent requirements. However, some non-safety related SSCs such as underground pipes may be constructed only according to commercial standards, causing the leakage of radioactive fluids usually containing tritium ($^3H$). This paper discusses SSCs of NPPs and introduces several cases of unplanned releases at foreign NPPs. The current regulation on the environmental radiological surveillance and assessment around the NPPs in South Korea are also examined.

고준위방사성폐기물 심지층처분 천연방벽재의 균열 간극 분포 평가

장기종(Ki-Jong Jang),남궁선이(Seonyi Namgung),김봉주(Bong-Ju Kim),권장순(Jang-Soon Kwon),박상희(Sang-Hee Park) 대한기계학회 2024 大韓機械學會論文集B Vol.48 No.3

Safe disposal of high-level radioactive waste (HLW) is a crucial concern for many countries operating nuclear plants. Deep geological disposal (DGD) has emerged as the preferred method to permanently isolate HLW from the biosphere. In the DGD system, HLW is securely stored in disposal canisters and placed within disposal holes at a depth of less than 500 m, surrounded by a buffer material. However, in the event that a disposal canister fails, radioactive material may leak through cracks in the surrounding rock mass. Therefore, to evaluate the behavior of radioactive materials in the rock, the crack characteristics in the rock must first be clearly identified. In this study, test equipment for fluid injection test was established in a natural cracked rock, and the size of the aperture in the fracture was determined using the test result. The average gap was calculated to be 0.102 mm, and the gap volume was 61 mL. The aperture distribution evaluation method was verified by CFD analysis.

국내 결정질암반의 심부환경 단열대 및 단열충전광물 특성 비교

정수림(Soolim Jung),권장순(Jang-Soon Kwon),류지훈(Ji-Hun Ryu),고용권(Yong-Kwon Koh) 대한지질학회 2015 대한지질학회 학술대회 Vol.2015 No.10

국내 심부 암반지하수에서의 고농도 불소 산출과 관련된 수리지구화학 진화

김경호,윤성택,채기탁,김성용,권장순,고용권,Kim Kyoung-Ho,Yun Seong-Taek,Chae Gi-Tak,Kim Seong-Yong,Kwon Jang-Soon,Koh Yong-Kwon 대한자원환경지질학회 2006 자원환경지질 Vol.39 No.1

국내 심부 암반지하수에서의 고농도 불소의 산출을 지배하는 지질 및 수리지구화학적 환경을 이해하고자, 온천 개발 목적으로 착정한 심부지하수 관정(평균 심도 약 600m)에서 취득된 총 367개의 지하수 분석 자료에 대하여 지구화학적 고찰을 수행하였다. 이들 지하수에서의 불소 농도는 매우 높아 평균 5.65mg/L에 이르며, 특히 연구 대상 지하수 중 $72\%$에서 먹는 물 수질기준(1.5mg/L)을 초과하였다. 불소 함량은 일차적으로 지질 조건의 지배를 강하게 나타냄을 확인하였는데 가장 높은 농도는 화강암류 및 화강편마암 지역에서 산출되는 반면 화산암 및 퇴적암 지역에서는 가장 낮았다. 지하수의 수리지구화학상과 관련하여 보면, 중성 내지 약알칼리성인 $Ca-HCO_3$형 지하수에 비하여 알칼리성의 $Na-HCO_3$형 지하수가 현저히 높은 불소 함량을 나타내었다. 화강암류 및 화강편마암 지역에서 지하수의 심부 순환에 수반되는 장기간의 물-암석 반응이 고농도 불소 산출의 가장 중요한 이유로 생각된다. 방해석 침전 또는 양이온교환에 의한 Ca 이온의 감소, 그리고 뒤따라 발생하는 사장석과 불소 함유 수산화광물(특히 흑운모)의 용해로 특징되는 일련의 수리지구화학 반응이 이러한 환경 하에서의 고불소 지하수 생성의 원인으로 해석된다. 따라서 불소과다에 의한 물 공급 문제의 발생 가능성은 높은 pH 및 매우 높은 Na/Ca농도비를 나타내는 화강암류 및 화강편마암 지역의 지하수에서 가장 높다고 볼 수 있다 To understand the geologic and hydrogeochemical controls on the occurrence of high fluoride concentrations in bedrock groundwaters of South Korea, we examined a total of 367 hydrochemistry data obtained from deep groundwater wells (avg. depth=600 m) that were drilled fur exploitation of hot springs. The fluoride concentrations were generally very high (avg. 5.65mg/L) and exceeded the Drinking Water Standard (1.5 mg/L) in $72\%$ of the samples. A significant geologic control of fluoride concentrations was observed: the highest concentrations occur in the areas of granitoids and granitic gneiss, while the lowest concentrations in the areas of volcanic and sedimentary rocks. In relation to the hydrochemical facies, alkaline $Na-HCO_3$ type waters had remarkably higher F concentrations than circum-neutral to slightly alkaline $Ca-HCO_3$ type waters. The prolonged water-rock interaction occurring during the deep circulation of groundwater in the areas of granitoids and granitic gneiss is considered most important for the generation of high F concentrations. Under such condition, fluoride-rich groundwaters are likely formed through hydrogeochemical processes consisting of the removal of Ca from groundwater via calcite precipitation and/or cation exchange and the successive dissolution of plagioclase and F-bearing hydroxyl minerals (esp. biotite). Thus, groundwaters with high pH and very high Na/Ca ratio within granitoids and granitic gneiss are likely most vulnerable to the water supply problem related to enriched fluorine.

고이동성 방사성요오드 결정광물화 이동저지기술 기초연구

이승엽(Seung Yeop Lee),권장순(Jang-Soon Kwon) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10

사용후핵연료를 지하 심층에 처분하게 되면, 오랜 기간이 경과한 이후 사용후핵연료를 구성하는 다양한 핵물질들이 서서히 용출되어 나올 것으로 예상된다. 특히, 사용후핵연료를 구성하는 주요 핵종인 우라늄을 비롯하여 플루토늄, 세슘 등이 용출 핵종으로 대부분 차지하겠지만, 완충재 등에 의해서 이들의 이동이 저지될 것으로 예측된다. 하지만, 요오드와 같은 음이온성 핵종들은 공학적방벽 및 천연(자연)방벽을 통과할 때 거의 수착되지 않을 것으로 예상되고, 따라서 이에 대한 이동저지 방안 및 기술 등이 요구되고 있다. 우리는 반감기가 길 뿐만 아니라 이동성이 좋은 방사성요오드를 대상으로 처분환경에서 이의 이동을 저지할 수 있는 기술을 개발하고자 하였다. 먼저, 처분환경에서 생존 가능한 박테리아를 이용하여 요오드이온을 요오드광물 형태로 바꾸는 바이오기술을 개발하였다. 또 다른 하나는, 구리용기가 부식되어 나오는 구리이온이 지하수의 탄산이온과 결합하여 malachite라는 광물이 만들어지고, 이러한 광물이 주변의 방사성요오드를 강하게 끌어당겨 marshite라는 용해성이 낮은 단단한 광물로 새롭게 변형된다는 사실을 최근 발견하였다. 우리는 이러한 실내 실험 결과를 기초로, 향후 현장 조건에서 방사성요오드를 결정광물 형태로 안정하게 고정화할 수 있는 large scale 이동저지기술을 최종적으로 개발하고자 한다.