불포화대 암반 단열에서 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 천층처분시설의 인공방벽을 통과해 누출된 방사성 핵종은 빗물이나 공극수에 의해 불포화대 암반 단열을 통하여 지하수로 도달하게 된다. 그러므로 처분장의 장기간 안전점검을 위해, 불포화대 암반 단열을 통한 방사성 핵종의 거동을 연구하는 것이 중요하다. 천층처분주변에서 채취된 불포화대 암반 단열 샘플을 이용하여 X-ray microtomography 분석을 수행하였고, 회분식 흡착실험을 이용하여 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 암반 단열의 충전물질로 불석광물 및 점토광물 존재 시 중흡착성 핵종인 $^{90}Sr$의 흡착 분배계수 값이 충전물질이 존재하지 않을 때 보다 높게 나타내었다. 본 연구를 통해, 암반 단열 특성화 및 방사성 핵종의 흡착분배계수를 구했으며, 불포화대 암반 단열을 통한 핵종의 거동이 지연됨을 이해할 수 있었다.
불포화대 암반 단열에서 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 천층처분시설의 인공방벽을 통과해 누출된 방사성 핵종은 빗물이나 공극수에 의해 불포화대 암반 단열을 통하여 지하수로 도달하게 된다. 그러므로 처분장의 장기간 안전점검을 위해, 불포화대 암반 단열을 통한 방사성 핵종의 거동을 연구하는 것이 중요하다. 천층처분주변에서 채취된 불포화대 암반 단열 샘플을 이용하여 X-ray microtomography 분석을 수행하였고, 회분식 흡착실험을 이용하여 방사성 핵종인 $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$의 흡착실험이 진행되었다. 암반 단열의 충전물질로 불석광물 및 점토광물 존재 시 중흡착성 핵종인 $^{90}Sr$의 흡착 분배계수 값이 충전물질이 존재하지 않을 때 보다 높게 나타내었다. 본 연구를 통해, 암반 단열 특성화 및 방사성 핵종의 흡착분배계수를 구했으며, 불포화대 암반 단열을 통한 핵종의 거동이 지연됨을 이해할 수 있었다.
Adsorption experiments for radionuclides such as $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$ were conducted using fractured rock collected in unsaturated zone. The released radionuclide through artificial barrier from the near surface repository can be transported by the flow of ...
Adsorption experiments for radionuclides such as $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$ were conducted using fractured rock collected in unsaturated zone. The released radionuclide through artificial barrier from the near surface repository can be transported by the flow of rainfall or pore water through fractures in unsaturated zone and reach to groundwater flow. Therefore, it is important to investigate transport behavior (retardation) of radionuclides through fractured rock for the safety assessment and long-term performance of repository. Fractured rock samples were collected and characterized by X-ray microtomography (XMT) analysis, which can be used to develop a more robust unsaturated fracture transport model. When fracture-filling materials are exist, distribution coefficient of $^{90}Sr$ is higher than without fracture-filling materials. In this study, batch sorption distribution coefficient ($K_d$) of radionuclide was determined and used to increase our understanding of radionuclide retardtion through fracture-filling materials.
Adsorption experiments for radionuclides such as $^3H$, $^{90}Sr$ and $^{99}Tc$ were conducted using fractured rock collected in unsaturated zone. The released radionuclide through artificial barrier from the near surface repository can be transported by the flow of rainfall or pore water through fractures in unsaturated zone and reach to groundwater flow. Therefore, it is important to investigate transport behavior (retardation) of radionuclides through fractured rock for the safety assessment and long-term performance of repository. Fractured rock samples were collected and characterized by X-ray microtomography (XMT) analysis, which can be used to develop a more robust unsaturated fracture transport model. When fracture-filling materials are exist, distribution coefficient of $^{90}Sr$ is higher than without fracture-filling materials. In this study, batch sorption distribution coefficient ($K_d$) of radionuclide was determined and used to increase our understanding of radionuclide retardtion through fracture-filling materials.
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문제 정의
본 연구는 퇴적암 암반의 불포화대 암반 단열이 발달된 지역에서 채취한 시료의 광물학적 특성을 밝히고, 다양한 핵종(3H, 90Sr, 그리고 99Tc)의 흡착 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 본 연구를 통한 결과 및 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.
본 연구에서의 목적은 (1) XMT를 이용하여 암석의 단열 구조를 파악하고, (2) 방사성 핵종이 불포화 암반의 단열을 통과할 때 단열 충전물이 핵종의 흡착에 미치는 영향을 조사하여 이를 지하수 및 핵종 이동 모델링의 입력 자료로 활용하고자 하는데 있다.
불포화 지역 암반내에 존재하는 단열면에서의 핵종거동을 예측하는 모델을 개발하기 위해 본 연구에서는 불포화 암반에서 시추코어를 채취하여 암반 단열면의 구조적 특징을 파악하고 암반 단열의 미세구조를 정량화하여 처분장 부지특성을 반영한 지하수 유동 모델링 및 핵종이동 모델 개발에 필요한 정보를 제공할 것이다. 단열구조를 파악하기 위해 기존에 방법들은 단열 특성을 정량적으로 산출해내기 어렵고 측정의 오차가 크게 발생하게 된다.
가설 설정
19) 자연상의 암반은 기공과 단열면으로 구성되어져 있어서 기공 및 단열면에 기인한 공극률을 고려해야한다. 암반에 존재하는 공극을 통한 용질의 이동과 단열면에 의한 용질의 이동특성은 다르며, 단열면에 의한 용질의 이동이 공극을 통한 용질 이동보다 훨씬 우세하다. 단열면은 매우 거칠고 단열면 구멍크기는 다양하다.
제안 방법
암반 단열 내부의 암석과 단열면의 코팅(coating) 및 충전물(filling)을 분석하기 위하여, 암석박편과 코팅(coating)/충전물(filling)박편 그리고 연마박편을 제작하여, X-ray diffraction analysis (XRD), Electron Prove Micro Analysis (EPMA), Scanning electron microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), Polarized Light Microscopy (PLM), Inductively Coupled Plasma spectrometry (ICP)분석을 실시하였다. 편광현미경(PLM) 결과를 이용하여 코팅(coating)/충전물(filling)의 정량 분석을 실시하였다.
대상 데이터
Fig. 2와 같이 불포화 암반지역에서 시추한 코어 샘플에서 암반 단열이 발달된 부분을 채취하여 암반 단열면의 충전물을 포함한 부분과 포함하지 않은 부분을 나누어 흡착실험용 샘플로 준비하였고, XMT 분석을 위하여 컬럼 형태의 샘플을 준비하였다. 핵종 흡착 분배계수 측정을 위하여, 흡착정도에 따른 결과를 비교분석하기 위하여 흡착의 정도가 상이한 비흡착성(3H) 약흡착성(99Tc), 중흡착성(90Sr)의 핵종들을 선정하여 실험을 수행하였다.
핵종 흡착 분배계수 측정을 위하여, 흡착정도에 따른 결과를 비교분석하기 위하여 흡착의 정도가 상이한 비흡착성(3H) 약흡착성(99Tc), 중흡착성(90Sr)의 핵종들을 선정하여 실험을 수행하였다. 단열면의 구조 특성을 확인하기 위한 XMT 분석을 위하여 단열이 포함된 컬럼 형태의 샘플(직경 5.0 cm × 12.5 cm)을 준비하였다.
2와 같이 불포화 암반지역에서 시추한 코어 샘플에서 암반 단열이 발달된 부분을 채취하여 암반 단열면의 충전물을 포함한 부분과 포함하지 않은 부분을 나누어 흡착실험용 샘플로 준비하였고, XMT 분석을 위하여 컬럼 형태의 샘플을 준비하였다. 핵종 흡착 분배계수 측정을 위하여, 흡착정도에 따른 결과를 비교분석하기 위하여 흡착의 정도가 상이한 비흡착성(3H) 약흡착성(99Tc), 중흡착성(90Sr)의 핵종들을 선정하여 실험을 수행하였다. 단열면의 구조 특성을 확인하기 위한 XMT 분석을 위하여 단열이 포함된 컬럼 형태의 샘플(직경 5.
회분식 핵종 흡착실험에 사용할 목적으로 천층처분시설 건설 현장의 대표 지점을 선정하여 지하수를 채취하였다. 불포화 암반지역에서 시추한 코어샘플을 이용하여 단열면의 충전 물질을 포함한 시료와 충전 물질을 포함하지 않은 시료(시료크기: 75-250 µm)를 준비하였다.
이론/모형
Perkin Elmer 사의 농도를 알고 있는 99Tc(10-3 M)용액을 사용하여 시료 준비방법이 간단하고, 측정한도가 훨씬 우수하며, 가격이 저렴한 Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry (ICP-MS)를 사용하여 검량곡선을 구한 후 시료용액 중 99Tc의 농도를 측정한다. ICP-MS의 99Tc에 대한 신뢰 측정한계는 0.
성능/효과
1) 퇴적암 암반의 불포화대 암반 단열의 충전물질에 500µm 두께의 불석광물층이 단열면을 코팅하고 있으며, 불석 광물이 87%(heulandite 32%, laumontite 55%)로 대부분을 차지하며 소량의 점토광물 계열의 스멕타이트도 존재한다.
2) 중흡착성 핵종인 90Sr에 대하여 약흡착성 핵종인 99Tc 과 비흡착성 핵종인 3H보다 더 높은 흡착 분배계수 값을 나타내었으며, 90Sr의 경우 불포화대 암반 단열의 충전물이 존재할 경우 흡착반응이 더욱 크게 나타내었다. 이는 충전 물질에 존재하는 불석광물 및 점토광물에 의한 영향으로 판단된다.
3) 천층처분시설에서 유출되는 핵종은 불포화대의 암반 단열을 통해 이동할 것으로 예상된다. 90Sr는 불포화대 암반 단열의 충전물질과의 흡착 반응에 의하여 핵종 거동이 지연될 수 있다.
후속연구
Tc의 불포화대 암반 단열에서의 흡착 상관관계를 해석하였지만, 실제 현장에서 핵종의 오염이나 거동을 평가하기 위해서 고려해야 하는 조건은 매우 다양하다. 광물에 대한 핵종 흡착 반응은 각 지역 매질의 유기물 함량, 점토 함량 이외에도 양이온교환능력 등과 같은 물리화학적 요인과, 빗물이나 지하수 내 존재하는 다른 이온과의 경쟁 등에 의해서도 영향을 받기 때문에, 명확한 핵종 흡착 메커니즘을 파악하기 위해서는 이와 같은 영향을 고려한 다양한 실험을 통한 전반적인 이해가 필요하다. 또한 정확한 핵종거동 예측 모델 개발을 위해서 단열면 특성 분석 및 불포화 조건에서의 단열 칼럼실험을 통하여 모델에 필요한 인자들이 제공되어야 한다.
광물에 대한 핵종 흡착 반응은 각 지역 매질의 유기물 함량, 점토 함량 이외에도 양이온교환능력 등과 같은 물리화학적 요인과, 빗물이나 지하수 내 존재하는 다른 이온과의 경쟁 등에 의해서도 영향을 받기 때문에, 명확한 핵종 흡착 메커니즘을 파악하기 위해서는 이와 같은 영향을 고려한 다양한 실험을 통한 전반적인 이해가 필요하다. 또한 정확한 핵종거동 예측 모델 개발을 위해서 단열면 특성 분석 및 불포화 조건에서의 단열 칼럼실험을 통하여 모델에 필요한 인자들이 제공되어야 한다.
흡착실험에 의해 구해진 흡착분배계수와 암반 단열 분석 및 정량화 결과는 처분장 불포화 암반을 통한 연속체 모델과 단열망 모델 개발에 이용될 것이며, 지하수 유동 경로에 대한 개념 모델 개발에 적용될 것이다. 또한 지하수 유동 모델링 결과와 실제 실험 데이터를 비교 분석하여 모델링 결과를 교정하는데 제공될 것이다.
흡착실험에 의해 구해진 흡착분배계수와 암반 단열 분석 및 정량화 결과는 처분장 불포화 암반을 통한 연속체 모델과 단열망 모델 개발에 이용될 것이며, 지하수 유동 경로에 대한 개념 모델 개발에 적용될 것이다. 또한 지하수 유동 모델링 결과와 실제 실험 데이터를 비교 분석하여 모델링 결과를 교정하는데 제공될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사성폐기물 처분시설은 어떻게 구분할 수 있는가?
방사성폐기물 처분시설은 그 깊이에 따라 천층처분시설, 동굴처분시설, 심지층처분시설로 구분할 수 있으며, 일반적으로 중·저준위방사성폐기물은 천층처분 혹은 동굴처분방식을 통해 최종 처분하며, 사용후핵연료 및 고준위폐기물은 지하 300 m~500 m 깊이에 심지층처분 방식을 수행한다.1) 국내에서는 중․저준위방사성폐기물 처분을 위한 1단계 시설이 공식적으로 운영에 착수하였으며, 2단계 천층처분시 설을 계획하고 있다.
방사성폐기물 금속 포장물이 장시간동안 환경에 노출 될 경우 어떠한 문제가 발생할 수 있는가?
방사성폐기물 금속 포장물이 장시간동안 환경에 노출 될 경우, 용기가 부식되어 다양한 방사성 핵종들이 주변 환경에 유출될 수 있다. 천층처분시설에서 방사성 핵종이 처분장 인공방벽을 통하여 처분장 주변의 암반으로 누출된다면 핵종의 이동은 주로 여러 규모의 불포화 암반에 발달한 단열대(fracture)를 통한 지하수의 흐름에 따라 자연 생태계에 도달하게 된다.
암반에 발달한 단열의 특징 및 미세구조를 정량화하기 위한 연구의 일환으로 X-ray microtomography를 활용한 연구가 많이 진행되는 이유는?
불포화 지역 암반내에 존재하는 단열면에서의 핵종거동을 예측하는 모델을 개발하기 위해 본 연구에서는 불포화 암반에서 시추코어를 채취하여 암반 단열면의 구조적 특징을 파악하고 암반 단열의 미세구조를 정량화하여 처분장 부지특성을 반영한 지하수 유동 모델링 및 핵종이동 모델 개발에 필요한 정보를 제공할 것이다. 단열구조를 파악하기 위해 기존에 방법들은 단열 특성을 정량적으로 산출해내기 어렵고 측정의 오차가 크게 발생하게 된다.22,23) 따라서 암반에 발달한 단열의 특징 및 미세구조를 정량화하기 위한 연구의 일환으로 X-ray microtomography (XMT)를 활용한 연구가 많이 진행되고 있다.
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