Kim, Tae-Man;Ku, Ji-Young;Dho, Ho-Seog;Cho, Chun-Hyung;Ko, Jae-Hun
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.14
no.4
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pp.343-356
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2016
The Korea Radioactive Waste Agency (KORAD) has developed a dual-purpose metal cask for the dry storage of spent nuclear fuel that has been generated by domestic light-water reactors. The metal cask was designed in compliance with international and domestic technology standards, and safety was the most important consideration in developing the design. It was designed to maintain its integrity for 50 years in terms of major safety factors. The metal cask ensures the minimization of waste generated by maintenance activities during the storage period as well as the safe management of the waste. An activation evaluation of the main body, which includes internal and external components of metal casks whose design lifetime has expired, provides quantitative data on their radioactive inventory. The radioactive inventory of the main body and the components of the metal cask were calculated by applying the MCNP5 ORIGEN-2 evaluation system and by considering each component's chemical composition, neutron flux distribution, and reaction rate, as well as the duration of neutron irradiation during the storage period. The evaluation results revealed that 10 years after the end of the cask's design life, $^{60}Co$ had greater radioactivity than other nuclides among the metal materials. In the case of the neutron shield, nuclides that emit high-energy gamma rays such as $^{28}Al$ and $^{24}Na$ had greater radioactivity immediately after the design lifetime. However, their radioactivity level became negligible after six months due to their short half-life. The surface exposure dose rates of the canister and the main body of the metal cask from which the spent nuclear fuel had been removed with expiration of the design lifetime were determined to be at very low levels, and the radiation exposure doses to which radiation workers were subjected during the decommissioning process appeared to be at insignificant levels. The evaluations of this study strongly suggest that the nuclide inventory of a spent nuclear fuel metal cask can be utilized as basic data when decommissioning of a metal cask is planned, for example, for the development of a decommissioning plan, the determination of a decommissioning method, the estimation of radiation exposure to workers engaged in decommissioning operations, the management/reuse of radioactive wastes, etc.
Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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2005.06a
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pp.335-343
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2005
The Methodology of burnup calculation with EPMA test set up in this study. The spent fuel from PWR nuclear power plant was used as specimen. This $UO_2$ fuel with $3.2\%$ of enrichment had been irradiated up to 35,000 MWd/MTU(reference data). The burnup is very important factor for nuclear fuel to estimate all fuel behaviors in reactor. To measure amounts of fission products and actinides for the burnup calcualation, chemical analysis (destructive method) has been used but it mattes long experimental time and second radio-wastes. In this study, EPMA test was available to measure amount of fission products. Neodymium is able to be detected and quantified. It can be compared with the results from chemical analysis and ORIGEN-2 code calculation. Concentration of Nd from EPMA test showed good agreement with result of ORIGEN-2 code in the same burnup.
In order to simultaneously vitrify the ton Exchange Resin(IER) and Dry Active Waste(DAW) generated from the Nuclear Power Plants, a vitrification pilot test was conducted using an induction cold crucible melter. The PCT result evaluating the chemical durability of the vitrified from showed that the final glass was more durable than the benchmark glass. Liquidus temperature for the final vitrified form was 1048 K(775$\^{C}$) fur heat treatment experiments. The value of the compressive strength for the vitrified form was ninety times higher than the regulation limit, 34 kg/㎠. The glasses on bottom, middle and top of the CCM were homogeneous with no secondary phase. The precipitation of the magnetic metal phase was able to be avoided by simultaneously fEeding of DAW with IER containing strongly reducing organics. Volume reduction factor of 74 was achieved through the vitrification Pilot test for mixed waste.
Kim, In-Tae;Kim, Hwan-Young;Park, Geun-Il;Yoo, Jae-Hyung;Kim, Joon-Hyung;Seo, Yong-Chil
Proceedings of the IEEK Conference
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2001.10a
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pp.586-591
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2001
This research investigated the feasibility of the accelerated carbonation of cement waste forms with carbon dioxide in a supercritical state. Hydraulic cement has been used as a main solidification matrix for the immobilization of radioactive and/or hazardous wastes. As a result of the hydration reaction for major compounds of portland cement, portlandite (Ca(OH)$_2$) is present in the hydrated cement waste form. The chemical durability of a cement form is expected to increase by converting portlandite to the less soluble calcite (CaCO$_3$). For a faster reaction of portlandite with carbon dioxide, SCCD (supercritical carbon dioxide) rather than gaseous $CO_2$, in ambient pressure is used. The cement forms fabricated with an addition of slated lime or Na-bentonite were cured under ambient conditions for 28days and then treated with SCCD in an autoclave maintained at 34$^{\circ}C$ and 80atm. After SCCD treatment, the physicochemical properties of cement matrices were analyzed to evaluate the effectiveness of accelerated carbonation reaction. Conversion of parts of portlandite to calcite by the carbonation reaction with SCCD was verified by XRD (X-ray diffraction) analysis and the composition of portlandite and calcite was estimated using thermogravimetric (TG) data. After SCCD treatment, tile cement density slightly increased by about 1.5% regardless of the SCCD treatment time. The leaching behavior of cement, tested in accordance with an ISO leach test method at 7$0^{\circ}C$ for over 300 days, showed a proportional relationship to the square root of the leaching time, so the major leaching mechanism of cement matrix was diffusion controlled. The cumulative fraction leached (CFL) of calcium decreased by more than 50% after SCCD treatment. It might be concluded that the enhancement of the characteristics of a cement matrix by an accelerated carbonation reaction with SCCD is possible to some extent.
To understand characteristics of biogeochemical corrosion for the metal canisters that usually contain the radioactive wastes for a long-term period below the ground, some metal materials consisting of cast iron and copper were reacted for 3 months with D. desulfuricans, a sulfate-reducing bacterium, under a reducing condition. During the experiment, concentrations of dissolved metal ions were periodically measured, and then metal specimen and surface secondary products were examined using the electron microscopy to know the chemical and mineralogical changes of the original metal samples. The metal corrosion was not noticeable at the absence of D. desulfuricans, but it was relatively greater at the presence of the bacterium. In our experiment, darkish metal sulfides such as mackinawite and copper sulfide were the final products of biogeochemical metal corrosion, and they were easily scaled off the original specimen and suspended as colloids. For the copper specimen, in particular, there appeared an accelerated corrosion of copper in the presence of dissolved iron and bacteria in solution, probably due to a weakening of copper-copper binding caused by a growth of other phase, iron sulfide, on the copper surface.
The objective of this investigation is to establish the rejection characteristics of caesium and cobalt from radioactive liquid waste by chemical/ultrafiltration process. An extensive experimental investigation was conducted with inactive caesium and cobalt ions, utilizing ultrafiltration stirred cell. Caesium and cobalt could be effectively removed from waste solution using copper ferrocyanide and polyarcylic acid(PAA). The rejection dependence of the caesium was found to be a function of caesiun to potassium copper ferrocyanide feed molar ratio. The binding behavior of caesium on K$_2$Cu$_3$(Fe(CN)$\sub$6/)$_2$, particles was explained in terms of a Langmuir adsorption isotherm. When Cs/K$_2$Cu$_3$(Fe(CN)$\sub$6/)$_2$molar ratio was 1.5, the removal of caesium was the most efficient. The rejection efficiency of cobalt is dependent upon various parameters such as pH, cobalt concentration and PAA concentration. The rejection behavior of cobalt was explained in term of a equilibrium model taking into account the reaction between the ligand group, the proton and the cobalt ion. At the conditions of PAA/Co ratio of 2 and pH of 5.6, the removal of cobalt was over 90%. Also, the effect of chemical addition sequence for the simultaneously removal of caesiun and cobalt was discussed.
In the our country, especially in Yeongil and Wolsung area, abundant authigenic zeolites are found from the tuffaceous sediments and volcanic rocks of Miocene age showing wide variation in their mineralogy and abundance from horizon to horizon. The principal zeolite species identified are clinopti-lolite. mordenite. heulandite. ferrierite, and erionite. etc. Zeolite minerals are widely used in many countries in the following applications; (a) in air separation adsorption processes; (b)as desiccants; (c)in inorganic building materials; (d)in papermaking; (e)in fertilizers; (f)as soilconditioners-this application is based upon the ability of the zeolite to ion exchange with soil nutrients; (g)in the treatment of radioactive wastes; and (h)as adsorbents for toxic gases, etc. In the present paper, using natural zeolite mordenite treated with IN hydrochloric acid or IN sodium chloride solution as column packings, separation characteristics of argon, nitrogen, carbon monoxide, and methane gases have been studied by gas chromatography. By the use of mordenite treated with hydrochloric acid solution, the tailing peak of methane showed from untreated mordenite was satisfactorily reduced, although it was difficult to separate it from carbon monoxide with a column activated at $300^{\circ}C$. Using a column activated at $350^{\circ}C$, methane could be separated from carbon monoxide easily but only carbon monoxide eluted as a bad defined peak. Mordenite treated with sodium chloride solution was generally similar to chromatograms obtained by using the untreated mordenite. Both the above chemical treatments of mordenite had little effect on the separations of argon and nitrogen. The separations and the HETP values obtained from natural zeolite mordenite treated with continuously hydrochloric acid and sodium chloride solutions were almost identical with those obtained with synthetic molecular sieve 5A zeolite. On the other hand, the efficiency of column was good in the range 20~3Oml/min of the carrier helium gas rate.
Solid beta-dicalcium silicate hydrate $(\beta-C_2SH)$ synthesized under hydrothermal conditions at $240^{\circ}C$ and Ca/Si=2 molar ratio shows cation exchange properties towards divalent metal cations such as Fe, Cu, Zn, Cd, or Pb. The ability of metal cation uptake by the solid was found to be in the order: $Fe^{2+}$〉$Cu^{2+}$〉$Zn^{2+}$〉$Cd^{2+}$ = $Pb^{2+}$. Cesium selectivity of the solid was demonstrated in the presence of univalent cation such as $Li^+$, $Na^+$ and $K^+$ and divalent cations such as $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$ and $Ba^{2+}$, which are one hundred times more concentrated than the $Cs^+$. The uptake of $Cs^+$ is maximum in the presence of $Mg^{2+}$ whereas it is minimum in the presence of $K^+$. The different affinities of ${\beta}-C_2SH$ towards divalent metal cations can be used for the separation of those ions. Due to its selectivity for cesium it can be used in partitioning of radioactive Cs+ from nuclear wastes containing numerous cations. The mechanism of the metal cation exchange and cesium selectivity reactions by the solid is studied.
Some industrial minerals used in domestic industries such as monazite, apatite, bauxite, and ilmenite belong to NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials) because they show a high radioactivity. Products, semi-products, wastes, and by-products which show higher radioactivity than NORM belong to TENORM (Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials). Apatite used for manufacturing phosphate fertilizer in Namhae Chemical company belongs to NORM, and its by-product, phospo-gypsum, belongs to TENORM. A geological investigation is needed for the future environmental impact assessment of the Namhae Chemical company's site. According to survey results of the Namhae Chemical company's site, soil mineral composition indicated the mixture of minerals derived from the country rock (quartz, feldspar, mica, $l4{\AA}$ mineral, kaolin and amphibole) and minerals from the gypsum open-air storage yard (gypsum and apatite). Soil samples showed average content of U 4.6 ppm and Th 10 ppm, which are similar to average crustal abundances. They also show average contents of $^{40}K$ 191-1,166 Bq/kg, $^{226}Ra$ 15.6-710 Bq/kg, and $^{232}Th$ 17.4-72.7 Bq/kg, which indicate moderate levels of radio nuclide. But $^{226}Ra$ anomaly in the gypsum open storage yard is clearly confirmed and $^{232}Th$ anomaly is also confirmed in the east road side of the factory and nearby mountain areas. Soil external hazard indices ranged 0.24-2.01 with the average 0.54. Although most external hazard indices were lower than 1, which means radiation hazard index to be negligible, 5 samples out of total 40 samples showed higher values than 1, and further detailed investigation is needed.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.1
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pp.19-27
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2007
Combined method of extraction chromatography and liquid scintillation analysis was established for determinating $^{55}Fe\;and\;^{63}Ni$ radioactivity in solid samples. Activated concrete wastes generated from dismantling KRR-2 were analysed. The sequential separation including precipitation and extraction chromatography resulted in the above 90% chemical recoveries of Fe. Above 62% recoveries of Ni were obtained by this procedure exception to 43.6 and 46.5% recoveries. The seperation and counting procedure was also confirmed with spiked samples of known quantity. The measured and spiked quantity were agreed with the 3.7% and 0.7% variations in the $^{55}Fe\;and\;^{63}Ni$ experiments, respectively. The radioactivities of $^{55}Fe$ in the dismantled concretes are shown from below MDA to maximum 362 Bq/g. The radioactivities of $^{63}Ni$ in all concrete samples are below MDA. The $^{63}Ni$ doesn't exist in dismantled concretes from KRR-2. The radioactivity of $^{55}Fe$ is decreased rapidly as the sampling depth is increased from the concrete surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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