고리1호기 증기발생기 제염해체 시 작업자 피폭선량 평가 및 저감화 방안 The Assessment and Reduction Plan of Radiation Exposure During Decommissioning of the Steam Generator in Kori Unit 1원문보기
대한민국 첫 상업원전인 고리1호기는 40년간의 성공적인 운전을 끝내고 2017년 6월 18일 영구정지 되었다. 고리1호기는 본격적인 해체에 앞서 터빈건물에 폐기물처리시설 건설을 계획하고 있다. 각종 방사성폐기물은 폐기물처리시설에서 제염, 해체, 절단, 용융되어 자체처분 되거나 방사성폐기물 처분장으로 보내 진다. 해체폐기물 중 대형금속방사성폐기물은 주로 1차 계통측 기기들로 높은 방사능을 띄고 있어 해체활동 중 작업자의 피폭관리가 필요하다. 본 논문에서는 대형금속방사성폐기물 중 크기가 가장 크고 형상이 복잡한 증기발생기를 선정하여 RESRAD-RECYCLE 코드를 이용하여 작업자 피폭선량을 평가하고 저감화 방안을 수립 하고자 한다.
대한민국 첫 상업원전인 고리1호기는 40년간의 성공적인 운전을 끝내고 2017년 6월 18일 영구정지 되었다. 고리1호기는 본격적인 해체에 앞서 터빈건물에 폐기물처리시설 건설을 계획하고 있다. 각종 방사성폐기물은 폐기물처리시설에서 제염, 해체, 절단, 용융되어 자체처분 되거나 방사성폐기물 처분장으로 보내 진다. 해체폐기물 중 대형금속방사성폐기물은 주로 1차 계통측 기기들로 높은 방사능을 띄고 있어 해체활동 중 작업자의 피폭관리가 필요하다. 본 논문에서는 대형금속방사성폐기물 중 크기가 가장 크고 형상이 복잡한 증기발생기를 선정하여 RESRAD-RECYCLE 코드를 이용하여 작업자 피폭선량을 평가하고 저감화 방안을 수립 하고자 한다.
Korea's first commercial nuclear power plant, Kori Unit 1, was permanently shut down on June 18, 2017, after 40 years of successful operation. Kori Unit 1 plans to construct a waste treatment facility in the turbine building prior to commencement of dismantling in earnest. Various radioactive wastes...
Korea's first commercial nuclear power plant, Kori Unit 1, was permanently shut down on June 18, 2017, after 40 years of successful operation. Kori Unit 1 plans to construct a waste treatment facility in the turbine building prior to commencement of dismantling in earnest. Various radioactive wastes are decontaminated, disassembled, cut and melted in the waste treatment facility and sent to the radioactive waste repository. The proportion of metal radioactive waste in dismantled waste is about 70%, of which large metal radioactive waste is mainly generated in the primary circuit and has high radioactivity, so radiation exposure must be managed during disassembly. In this study, the steam generators are selected as large metal radioactive waste, the exposure doses of the dismantling workers are calculated using RESRAD-RECYCLE code and the methods for reducing the exposure doses are suggested.
Korea's first commercial nuclear power plant, Kori Unit 1, was permanently shut down on June 18, 2017, after 40 years of successful operation. Kori Unit 1 plans to construct a waste treatment facility in the turbine building prior to commencement of dismantling in earnest. Various radioactive wastes are decontaminated, disassembled, cut and melted in the waste treatment facility and sent to the radioactive waste repository. The proportion of metal radioactive waste in dismantled waste is about 70%, of which large metal radioactive waste is mainly generated in the primary circuit and has high radioactivity, so radiation exposure must be managed during disassembly. In this study, the steam generators are selected as large metal radioactive waste, the exposure doses of the dismantling workers are calculated using RESRAD-RECYCLE code and the methods for reducing the exposure doses are suggested.
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문제 정의
피폭선량 평가에 필요한 선원항은 1998년 고리 1호기 교체 증기발생기 방사성오염도를 참고하였다[2]. 고리 1호기 증기발생기 해체 작업자 피폭선량 평가를 통하여 이미 교체한 증기발생기 해체 및 해체하게 될 원자력발전소의 증기발생기 해체 작업 시 작업자의 피폭선량 평가 방법을 제시하고, 고피폭 작업자에 대한 피폭 저감화 방안을 수립하고자 한다.
본 논문에서는 대형 금속방사성폐기물 중에서도 크기가 가장 크고 형상이 복잡한 증기발생기 제염해체 시 작업자 피폭선량을 도출해 보았다. 선량평가를 위해서는 방사선 핵종별선원항이 필요하다.
세관절단 작업자는 법령 선량 기준치인 이하 이지만 고피폭을 받는 작업자로 피폭 저감화 방안을 수립해 보았다. 연구 결과 화학제염을 통한 증기발생기 방사능저감, 방사성 붕괴 후 처리, 폐증기발생기 활용을 통해 작업자 피폭선량 저감효과가 있을 것으로 예상된다.
가설 설정
33 TBq으로 수실에 약 5%, 세관에 95%가 존재한다. 고리1호기 터빈건물에 해체설비가 완공되는 시점인 2026년에 증기발생기를 처리하는 것으로 가정하였다. 평가 코드 RESRAD-RECYCLE 를 이용하였다.
용융로는 3.2 ton 용량으로 한번 배치 시 1 ton의 ingot 3개를 생산하는 설비로 가정하였다. 하루에 2번 배치로 총 6ton의 ingot을 생산하는 것으로 가정하였다.
작업자는 밀링머신에 절단된 금속을 고정하고 밀링머신을 작동하는 작업자로 밀링머신은 자동으로 운전된다고 가정하였다. 1개의 금속조각을 밀링머신에 설치하는데 5분으로 설정하였고 총 작업시간은 21시간으로 설정하였다.
절단된 tube를 운반하는 작업자로 한번 운반 시 450 kg을 운반한다고 가정하였다. 운반용기는 1 cm 두께의 steel을 사용하며, code입력 시 steel 1 cm의 차폐체가 있는 것으로 설정하였다.
2 ton 용량으로 한번 배치 시 1 ton의 ingot 3개를 생산하는 설비로 가정하였다. 하루에 2번 배치로 총 6ton의 ingot을 생산하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
작업자는 밀링머신에 절단된 금속을 고정하고 밀링머신을 작동하는 작업자로 밀링머신은 자동으로 운전된다고 가정하였다. 1개의 금속조각을 밀링머신에 설치하는데 5분으로 설정하였고 총 작업시간은 21시간으로 설정하였다. 작업 인원은 1명이다.
잔열 제거펌프 이용 시에는 유량이 적어 증기발생기 제염이 불가능하다[4]. 그러므로 화학제염 방법 및 예상 제염계수가 결정되지 않아, 본 논문에서는 증기발생기 화학제염은 하지 않는 것으로 설정하여 선량평가를 하였다.
방사성금속폐기물의 이동과 유통에 따라 다양한 시나리오를 설정하여 작업자와 일반인이 받는 선량을 평가할 수 있다. 금속 방사성폐기물의 수집, 운반, 처리 작업자(Worker)와 소비재 및 공공재를 이용하는 일반인(Public)에 대해서 총 41개의 시나리오와 54개의 핵종에 대해서 잠재 피폭선량 및 위해도를 평가하도록 고려되었다. RESRAD-RECYCLE의 금속 재활용 과정은 Fig.
세분화된 조각을 밀링 작업대로 운반하는 작업자로 1개의 조각을 운반하는데 약 10분으로 설정하고 총 작업시간은 42시간으로 설정하였다. 작업인원은 2명이다.
용융로에서 생성된 slag를 걷어내는 작업자로 60 kg을 제거하는데 0.2시간으로 설정하였다. 이 시간은 스웨덴의 Studsvik에서 사용 후 연료 저장조 랙 용융 시 직접 측정한 데이터를 사용하였다[7].
해외 증기발생기 처리 사례 및 국내 증기발생기 처리 연구자료를 이용하여 작업시간, 인원, 차폐 등을 설정하였다. 시나리오는 수실해체작업과 세관해체작업 두 가지로 나누어질 수 있다.
대상 데이터
본 논문에서는 ingot (98.35%)-slag (1.64%)-dust (0.01%) 값을 사용하였다. 이 데이터는 Studsvik에서 사용 후 연료 저장조 랙 3.
본 논문에서는 독일 CARLA 용융설비의 Radionuclide Partitioning Factor값을 사용하였다. Table 3은 CARLA 용융설비의 Radionuclide Partitioning Factor값으로 20년간 금속 방사성폐기물을 용융한 데이터를 이용하여 도출된 값이다[8].
본 논문에서는 수실내부의 크래딩 부위에 미세한 균열이 있을 것을 고려하여 밀링 두께를 1 mm이상으로 설정하였다.
본 논문에서는 해체 방사성페기물의 약 70%를 차지하는 금속방사성폐기물 중 크기가 크고 형상이 복잡한 증기발생기를 선정하였다. 증기발생기 해체작업자의 피폭을 저감화 하는 방안을 제안하기 위한 작업자 기초 피폭계산을 RESRAD-RECYCLE을 이용하여 분석하였다.
5 m, 무게 약 326 ton이며 그 중 수실 55 ton, 세관 45 ton 등으로 구성된다[5]. 선량평가 자료로 1998년 고리 1호기 증기발생기 교체 당시 측정한 데이터를 이용하였다. Table 1 에는 핵종별 방사능이 자세히 나타나 있다.
절단된 tube를 운반하는 작업자로 한번 운반 시 450 kg을 운반한다고 가정하였다. 운반용기는 1 cm 두께의 steel을 사용하며, code입력 시 steel 1 cm의 차폐체가 있는 것으로 설정하였다. 총 작업시간은 15시간이다.
2시간으로 설정하였다. 이 시간은 스웨덴의 Studsvik에서 사용 후 연료 저장조 랙 용융 시 직접 측정한 데이터를 사용하였다[7].
1개의 금속조각을 밀링머신에 설치하는데 5분으로 설정하였고 총 작업시간은 21시간으로 설정하였다. 작업 인원은 1명이다.
세분화된 조각을 밀링 작업대로 운반하는 작업자로 1개의 조각을 운반하는데 약 10분으로 설정하고 총 작업시간은 42시간으로 설정하였다. 작업인원은 2명이다.
55의 조각이 생산되며, 밀링에 적당크기이다. 조각의 수는 약 250개로 설정하였다. 수실 및 튜브시트를 세분화하는 과정은 band saw를 이용하며 이때 작업자는 절단 대상물의 위치를 조정하고 절단장비를 운전하는 역할을 한다.
해외 증기발생기 처리 사례 및 국내 폐증기발생기 처리 상용화 연구자료를 이용하여 작업자 및 작업시간을 선정하였다. 그 결과 증기발생기 제염해체 작업자의 피폭선량은 국내법령 선량 한도 기준치인 20 mSv·yr-1이하를 만족하는 것을 알 수 있었다.
데이터처리
본 논문에서는 해체 방사성페기물의 약 70%를 차지하는 금속방사성폐기물 중 크기가 크고 형상이 복잡한 증기발생기를 선정하였다. 증기발생기 해체작업자의 피폭을 저감화 하는 방안을 제안하기 위한 작업자 기초 피폭계산을 RESRAD-RECYCLE을 이용하여 분석하였다. 피폭선량 평가에 필요한 선원항은 1998년 고리 1호기 교체 증기발생기 방사성오염도를 참고하였다[2].
이론/모형
RESRAD-RECYCLE code를 이용하여 증기발생기 해체작업자 별 피폭선량을 평가하였다. 평가 결과는 Table 7, 8과 같다.
RESRAD-RECYCLE코드는 내부피폭 선량환산인자(Dose Conversion Factor)를 ICRP-26을 사용하고 있어, 국내에서는 ICRP-60선량모델을 사용하기 때문에 선량환산인자를 수정하였다. 작업자의 경우 ICRP-72에 따라 호흡과 섭취의 선량환산인자를 적용하여 내부피폭 선량을 평가하였다[7].
고리1호기 터빈건물에 해체설비가 완공되는 시점인 2026년에 증기발생기를 처리하는 것으로 가정하였다. 평가 코드 RESRAD-RECYCLE 를 이용하였다.
성능/효과
붕괴기간이 10년 이상 넘어가면서 단주기 핵종들의 방사성농도는 무시할 수 있을 만큼 낮았으며, 60Co만이 남아 있었다. 60Co의 반감기가 약 5년으로 5년이 지날 때마다 약 1/1.9만큼 감소하는 것을 확인하였다. 독일과 같이 대형폐기물 중간저장 시설만 갖추어 진다면 20년 이상 보관 후 처리하는 것이 작업자 피폭 저감화 측면에서 효과가 있다.
그 결과 증기발생기 제염해체 작업자의 피폭선량은 국내법령 선량 한도 기준치인 20 mSv·yr-1이하를 만족하는 것을 알 수 있었다.
평가 결과는 Table 7, 8과 같다. 수실해체 작업자 중 수실 및 튜브시트를 절단하는 scrap cutter가 가장 많은 피폭을 받았으며, 세관해체 작업자 중에서는 tube cutter가 가장 많은 피폭을 받았다.
폐기물처리 설비가 완공되는 2026년 폐증기발생기를 처리한다고 가정하였을 때 약 28년 동안 방사성 붕괴를 하므로 방사능이 감소할 수 있다. 정지 후 초기 방사능 농도와 비교하면 제염계수 DF는 수실의 경우 약 200, u-tube 의 경우 약 73으로 총방사능이 감소되었다. 증기발생기 제염해체는 국내에서 최초로 이루어지는 프로젝트이므로 많은 시행착오가 예상된다.
제시한 3가지 방안을 모두 적용하면 큰 효과를 볼 수 있다. 모든 방법을 함께 적용하지 못한다면 증기발생기 해체 전 화학제염을 하지 않았을 경우 별도의 저장 시설에 보관하여 붕괴 후 처리하고, 화학제염을 하였을 경우 즉시 해체 하는 방법을 적용하는 것이 작업자 피폭선량 저감에 가장 적합할 것이다.
무제한 재활용 가능한 무게비율은 약 86%이다. 증기발생기 제염 해체 시 집단선량은 23.9 man-mSv이며, 세관 절단작업자는 5.02 mSv로 가장 많은 방사선 피폭선량을 받았다. 증기발생기 세관처리 작업은 상대적으로 고피폭 작업으로 작업자 선량 저감화 방안의 수립이 필요함을 알 수 있다.
그 결과 증기발생기 제염해체 작업자의 피폭선량은 국내법령 선량 한도 기준치인 20 mSv·yr-1이하를 만족하는 것을 알 수 있었다. 집단선량은 23.9 man-mSv이며, 작업자 중 가장 피폭선량이 가장 큰 작업자는 증기발생기 세관절단 작업자로 5.02 mSv를 받는 것으로 나타났다.
후속연구
따라서 28년간 붕괴한 2기의 폐증기발생기를 먼저 처리하여 작업자 숙련도 향상 및 작업 시 생기는 예상치 못한 상황이나 결과를 수정한다면 고리1호기 증기발생기를 처리 시 제염해체 작업자 피폭선량 저감화 효과가 있을 것으로 기대된다.
제시한 3가지 방안을 모두 적용하면 큰 효과를 볼 수 있다. 모든 방법을 함께 적용하지 못한다면 증기발생기 해체 전 화학제염을 하지 않았을 경우 별도의 저장 시설에 보관하여 붕괴 후 처리하고, 화학제염을 하였을 경우 즉시 해체 하는 방법을 적용하는 것이 작업자 피폭선량 저감에 가장 적합할 것이다.
세관절단 작업자는 법령 선량 기준치인 이하 이지만 고피폭을 받는 작업자로 피폭 저감화 방안을 수립해 보았다. 연구 결과 화학제염을 통한 증기발생기 방사능저감, 방사성 붕괴 후 처리, 폐증기발생기 활용을 통해 작업자 피폭선량 저감효과가 있을 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대한민국 첫 상업원전인 고리1호기가 영구정지된 날짜는?
대한민국 첫 상업원전인 고리1호기는 40년간의 성공적인 운전을 끝내고 2017년 6월 18일 영구정지 되었다. 고리1호기는 본격적인 해체에 앞서 터빈건물에 폐기물처리시설 건설을 계획하고 있다.
방사성폐기물 어떤 과정을 거쳐 처리되는가?
고리1호기는 본격적인 해체에 앞서 터빈건물에 폐기물처리시설 건설을 계획하고 있다. 각종 방사성폐기물은 폐기물처리시설에서 제염, 해체, 절단, 용융되어 자체처분 되거나 방사성폐기물 처분장으로 보내 진다. 해체폐기물 중 대형금속방사성폐기물은 주로 1차 계통측 기기들로 높은 방사능을 띄고 있어 해체활동 중 작업자의 피폭관리가 필요하다.
고리1호기 화학제염 방법의 종류와 장단점은?
고리1호기 화학제염 방법은 원자로냉각재펌프를 이용하는 방법과 잔열제거펌프를 이용하는 두 가지 방안이 있다. 원자로냉각재 펌프를 이용 시 증기발생기 및 원자로용기 제염이 가능하다. 하지만 계통 가압 및 원자로냉각수펌프 밀봉수를 처리해야 한다는 단점이 있다. 잔열 제거펌프 이용 시에는 유량이 적어 증기발생기 제염이 불가능하다[4]. 그러므로 화학제염 방법 및 예상 제염계수가 결정되지 않아, 본 논문에서는 증기발생기 화학제염은 하지 않는 것으로 설정하여 선량평가를 하였다.
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