Spent resin often exceeds radiation limits for safe disposal, creating a need for commercial-scale treatment techniques to reduce resin radioactivity. In this study, the radiological safety of a commercialized spent resin treatment device with a treatment capacity of 1 ton/day was evaluated. The results confirm that the device is radiologically safe in the event of an accident. This device desorbs 14C from the spent resin, allowing disposal as low-level waste instead of intermediate-level waste. The device also reduces overall waste by recycling the extracted 14C. Potential accident scenarios were explored to enable dose assessments for both internal and external exposure while preventing further spillage of the device and processing the spilled resin. The scenarios involved the development of a surface fracture on the resin mixture separator and microwave systems, which were operated under pressure and temperature of 0-6 bar and 0-150 ℃, respectively. In the case of accidents with separator and microwave device, the maximum allowable working time of worker were derived, respectively, considering external and internal exposures. When wearing the respirator corresponding to APF 50, in the case of the microwave device accident scenario, the radiological safety was confirmed when the maximum worker worked within 132.1 h.
Kim Kyoung-Doek;Choi Young-Ku;Kang Ki-Du;Yang Ho-Yeon
한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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한국방사성폐기물학회 2005년도 Proceedings of The 6th korea-china joint workshop on nuclear waste management
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pp.165-175
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2005
Measurement of spent resin activity was initiated in 2004 in order to develop the C-14 removal technology for safe disposal. As part of this program, spent resins were sampled and measured in the in-station resin storage tank 2 at Wolsong Nuclear Power Plant Unit 1. At the time of sampling, the resins had been in storage tank from 3 to 23 years. Total 72 resin samples were sampled, which were collected from both man-hole (68 samples) and test-hole (4 samples) in the in-station resin storage tank 2. They were separated into liquid, activated carbon, zeolite, and spent resin. The spent resins were oxidized with sample oxidizer and analyzed for C-14. Ten of collected mixed resin samples were separated by density into cation and anion resins using a sugar solution. The C-14 concentration in anion exchange resin was approximately 2 times higher than in the mixed resin. The average concentration of C-14 in the cation/anion mixed exchange resin was $460\;GBq/m^3$ from test-hole and $53.1\;GBq/m^3$ from man-hole. We have found that concentration of C-14 in the spent resin is about from 0.4 to $1,321\;GBq/m^3$. So it could be a problem, when dispose of at a repository, since there is a disposal limit of $222\;GBq/m^3$. This means we should develop the C-14 removal technology.
고밀도폴리 에틸렌 고건전성용기에 담은 폐수지의 운반을 위해 원전 폐수지의 방사능 분석결과를 사용하여 운반물 등급 분류방법을 도출하였다. 원전 폐수지의 방사능 분석결과로부터 폐수지 내 핵종 존재비를 구하였고, 폐수지의 표면선량률로 핵종재고량을 평가하기 위해 MCNP 코드로 방사능대선량 환산인자를 모사하였다. 이로부터 고밀도폴리에틸렌 고건전성용기에 담은 폐수지에 대한 A형 운반물과 B형 운반물의 경계값은 1.19 TBq 이고 이를 표면선량으로 환산한 결과는 124.2 mSv/h임을 알 수 있었다.
When reactor coolant leaks occur due to cracks of a steam generator's tube, radioactive materials contained in the primary cooling water in nuclear power plant are forced out toward the secondary systems. At this time the secondary water purification resin in the ion exchange resin tower of the steam generator blowdown system is contaminated by the radioactivity of the leaked radioactive materials, so we pack this in special containers and store temporarily because we could not dispose it by ourselves. If steam generator tube leakage occurs, it produces contaminated spent resins annually about 5,000~7,000 liters. This may increase the amount of nuclear waste productions, a disposal working cost and a unit price of generating electricity in the plant. For this reasons, it is required to develop a decontamination process technique for reducing the radioactive level of these resins enough to handle by the self-disposal method. In this research, First, Investigated the structure and properties of the ion exchange resin used in a steam generator blowdown system. Second, Checked for a occurrence status of contaminated spent resin and a disposal technology. Third, identified the chemical characteristics of the waste radionuclides of the spent resin, and examined ionic bonding and separation mechanism of radioactive nuclear species and a spent resin. Finally, we carried out the decontamination experiment using chemicals, ultrasound, microbubbles, supercritical carbon dioxide to process these spent resin. In the case of the spent resin decontamination method using chemicals, the higher the concentration of the drug decontamination efficiency was higher. In the ultrasound method, foreign matter of the spent resin was removed and was found that the level of radioactivity is below of the MDA. In the microbubbles method, we found that the concentration of the radioactivity decreased after the experiment, so it can be used to the decontamination process of the spent resin. In supercritical carbon dioxide method, we found that it also had a high decontamination efficiency. According to the results of these experiments, almost all decontamination method had a high efficiency, but considering the amounts of the secondary waste productions and work environment of the nuclear power plant, we judged the ultrasound and supercritical carbon dioxide method are suitable for application to the plant and we established the plant applicable decontamination process system on the basis of these two methods.
Park Geun-IL;Kim In-Tae;Kim Kwang-Wook;Lee Jung-Won;Won Jang-Sik;Yang Ho-Yeon
한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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한국방사성폐기물학회 2005년도 Proceedings of The 6th korea-china joint workshop on nuclear waste management
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pp.214-221
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2005
Spent ion-exchanged resin generated from various purification systems in CANDU reactor is causing concern due to a limited storage capacity and safe disposal. As a suggestion for a proper treatment technology for the spent ion-exchanged resin containing a high activity of C14 radionuclide which would be classified as Class A and C wastes, a fundamental study for the development of C-14 removal technology from a spent resin was performed. The adsorption characteristics of the inactive $HCO_3^-$ ion and other ions in a stripping solution on IRN-150 mixed resin was evaluated and the removal technology of the $HCO_3^-$ ion adsorbed on IRN-150 by an alkaline stripping method was proposed.
Intermediate-level radioactive waste (ILW) is not subject to legal approval for cave disposal in Korea. To solve this problem, a spent resin treatment device that separates 14C-containing resin from zeolite/activated carbon and desorbs 14C through a microwave device has been developed. In this study, we evaluated the radiological safety of the operators performing repair work in the event of a failure in such a device treating 1 ton of spent resin mixture per day. Based on the safety evaluation results, it is possible to formulate a design plan that can ensure the safety of workers while developing a commercialized device. When each component of the resin treatment device can be repaired from the outside, the maximum and minimum allowable repair times are calculated as 263.2 h and 27.7 h for the 14C-detached resin storage tank and zeolite/activated carbon storage tank, respectively. For at least 6 h per quarter, the worker's annual dose limit remains within 50 mSv/year; further, over 5 years, it remained within 100 mSv. At least 6 h of repair time per quarter is considered, under conservative conditions, to verify the radiological safety of the worker during repair work within that time.
To determine the contents of $^{99}Tc$ in the spent PWR (pressurized water reactor) nuclear fuels by ICP-MS (inductively coupled plasma-mass spectrometry), a technetium separation method using an extraction chromatographic resin (TEVA Spec resin) has been established. $^{99}Tc$ was separated from a spent PWR nuclear fuel solution by this separation procedure and its concentration was determined by ICP-MS. The result agrees well with the value calculated by the program ORIGEN 2 and also the value measured by AG MP-1 resin/ICP-MS method described in our previous paper. It can be concluded that the present separation procedure is superior to the AG MP-1 resin procedure with respect to the time required for technetium separation as well as the efficiency of decontamination from other radioactive nuclides.
The radiological safety of workers in a newly developed microwave-based spent resin treatment facility was assessed based on work location and operational scenarios. The results show that the remote-operation room worker was exposed to maximum annual dose of 3.19E+00 mSv, which is 15.9% of the dose limit, thereby confirming radiological safety. Inside the pathway, annual doses in the range of 7.87E-02-2.07E-01 mSv were measured initially at the mock-up tank and later at the point between the spent resin separation and treatment parts. The dose of emergency maintenance workers was below the dose limit (4.08E-03-4.99E+00 mSv); however, before treatment (separation and microwave), the dose of maintenance and repair workers exceeded the dose limit. The doses of the effluent removal workers at the zeolite and activated carbon storage tank and spent resin storage tank were the lowest at 2.79E-01-2.87E-01 mSv and 9.27E-01 mSv in "1 h" and "4-5 h of operation", respectively. The immediately lower and upper layers of the facility room exhibited the highest annual doses of 1.84E+00 and 3.22E+00 mSv, respectively. Through this study, a scenario that can minimize the dose considering the movement of spent resin through the facility can be developed.
Park, Seung-Chul;Cho, Hang-Rae;Lee, Ji-Hoon;Yang, Ho-Yeon;Yang, O-Bong
Nuclear Engineering and Technology
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제46권6호
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pp.847-856
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2014
Spent resin waste containing a high concentration of $^{14}C$ radionuclide cannot be disposed of directly. A fundamental study on selective $^{14}C$ stripping, especially from the IRN-150 mixed bed resin, was carried out. In single ion-exchange equilibrium isotherm experiments, the ion adsorption capacity of the fresh resin for non-radioactive $HCO_3{^-}$ ion, as the chemical form of $^{14}C$, was evaluated as 11mg-C/g-resin. Adsorption affinity of anions to the resin was derived in order of $NO_3{^-}$ > $HCO_3{^-}{\geq}H_2PO_4{^-}$. Thus the competitive adsorption affinity of $NO_3{^-}$ ion in binary systems appeared far higher than that of $HCO_3{^-}$ or $H_2PO_4{^-}$, and the selective desorption of $HCO_3{^-}$ from the resin was very effective. On one hand, the affinity of $Co^{2+}$ and $Cs^+$ for the resin remained relatively higher than that of other cations in the same stripping solution. Desorption of $Cs^+$ was minimized when the summation of the metal ions in the spent resin and the other cations in solution was near saturation and the pH value was maintained above 4.5. Among the various solutions tested, from the view-point of the simple second waste process, $NH_4H_2PO_4$ solution was preferable for the stripping of $^{14}C$ from the spent resin.
중수로 원전내 여러 계통으로 부터 발생된 폐수지내에는 $^{14}C$ 핵종이 다량 함유되어 있으며, Class A 및 C 폐기물로 분류되는 폐수지의 적정 처리 기술 개발을 위한 기초연구를 수행하였다. IRN-150 혼상 이온교환수지를 이용하여 비방사성 $HCO_3$ 이온과 양이온의 흡착 특성 및 탈차용액을 이용한 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 고찰하였다. IRN-150 수지의 $HCO_3$ 이온의 흡착능은 이론값에 근접한 11 mg-C/g-IRN-150을 나타내었고, $CS^+,\;CO_2^+,\;Na^+,\;NH_4^+$ 양이온의 흡착 친화도를 단일성분 및 복합성분 시스템을 이용하여 분석하였다. 여러 가지 탈착용액을 이용한 폐수지로부터 $HCO_3$ 이온의 제거 특성을 평가한 결과, $^{14}C$ 핵종을 전량 효과적으로 제거하기 위해서는 $NaNO_3,\;Na_3PO_3$ 보다도 $NH_4H_2PO_4$ 용액이 유리한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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