듀크리트

Ducrete

DUCREET(Defluted 우라늄콘크리트)는 방사성 폐기물 저장용 통조림 건설에 사용하기 위해 조사된 고밀도 콘크리트 대안이다. 기존 자갈 대신 고갈된 이산화 우라늄 골재를 포틀랜드 시멘트 바인더와 함께 함유한 복합소재다.

배경과 발전

1993년 미국 에너지부 환경관리국은 고농축 콘크리트에 고갈된 우라늄의 잠재적 사용에 대한 조사를 시작했다. 이 조사의 목적은 고갈된 우라늄의 응용 프로그램을 동시에 찾고 사용후 핵연료의 저장과 운송을 위한 새롭고 효율적인 방법을 만드는 것이었다. 이 물질은 W. Quapp과 P에 의해 아이다호 국립공학환경연구소(INEEL)에서 처음 구상되었다. 레싱은 1998년과 2000년 각각 미국 특허와 외국 특허를 동시에 취득한 바 있다.[1]

설명

듀크리테는 표준 굵은 골재를 고갈된 우라늄 세라믹 소재로 대체하는 콘크리트의 일종이다. DUCREET(포트랜드 시멘트, 모래, 물)에 존재하는 다른 모든 재료는 일반 콘크리트에 사용되는 동일한 부피비용으로 사용된다. 이 세라믹 소재는 감마 차폐를 위한 높은 원자 번호(우라늄)와 중성자 차폐를 위한 낮은 원자 번호(콘크리트 내 결합된 물)를 모두 제시하기 때문에 매우 효율적인 차폐 물질이다.[2] 주어진 벽 두께에서 감마선과 중성자 방사선의 결합 감쇠에 대한 최적 우라늄 대 분쇄 비율이 존재한다. 중성자 플럭스를 감쇠시키기 위해 DUO(2Deconomica Oxide)에서 감마 플럭스의 감쇠와 물을 사용한 시멘트 단계 사이에 균형을 맞출 필요가 있다.

고갈된 우라늄 세라믹 콘크리트로 효과적인 차폐의 핵심은 최대 우라늄 산화물 밀도다. 불행히도, 가장 고갈된 우라늄 산화물은 화학적으로 가장 불안정하다. 듀오는2 최대 이론 밀도가 10.5g/cm이고3 순도는 95%이다. 그러나 산화 조건에서 이 물질은 보다 안정적인 삼산화우라늄(DUO)3 또는 삼산화우라늄(DUO)으로 쉽게 변형된다.38[3] 따라서 벌거벗은 UO2 Aggregate를 사용할 경우 이러한 전환으로 인해 재료에 균열이 생길 수 있는 응력이 생성되어 압축 강도를 낮출 수 있다. ).[4] 고갈된 이산화 우라늄 분말을 직접 사용하는 또 다른 제한사항은 콘크리트가 압축응력을 전달하기 위해 굵은 골재에 의존한다는 것이다. 이러한 문제를 극복하기 위해, DUAG가 개발되었다.

DUAG(Deputed 우라늄 골재)는 안정화된 DUO2 세라믹에 적용되는 용어다. 이는 표면을 덮고 곡물 사이의 공간을 채워 산소 장벽 역할을 하는 규산염 기반 코팅의 소결 DUO2 입자와 부식 및 침출 저항성으로 구성된다. DUAGG는 최대 8.8g/cm의3 밀도를 가지며 콘크리트의 기존 골재를 대체해 기존 콘크리트의 경우 2.3g/cm에3 비해 5.6~6.4g/cm의3 밀도로 콘크리트를 생산한다.[5]

또한 DUCRETE는 친환경적인 특성을 제시한다. 아래 표는 잠재적 침출량이 높은 순서로 감소하기 때문에 고갈된 우라늄을 콘크리트로 변환하는 효과를 보여준다. 사용된 침출물 시험은 환경에 대한 중금속 위험을 평가하는 데 사용되는 EPA 독성 특성 침출 절차(TCLP)이다.

우라늄형태 침출수 내 U 농도(mg U/L)
듀크리트 0.42
듀아그 4
UO2 172
U3O8 420
UF4 7367
UO3 6900

생산

미국식 방법

듀크리테는 포틀랜드 시멘트와 DUO2 골재를 혼합하여 생산된다. DU는 원자력 발전 및 기타 분야에서 사용하기 위한 우라늄 농축의 결과물이다.[6] DU는 보통 6불화 우라늄에서 불소와 결합된다. 이 화합물은 반응성이 매우 높아서 DUCREAT에는 사용할 수 없다.[7] 그러므로 6불화 우라늄은 옥산화 삼황산염과 삼산화 우라늄으로 산화되어야 한다. 이 화합물들은 수소 가스의 첨가를 통해 UO2(우라늄 산화물)로 전환된다. 그리고 나서2 UO는 건조되고, 으스러지고, 균일한 침전물에 밀려진다. 이후 고압(6000psi(410bar) 사용으로 소형 연탄으로 전환했다. 그런 다음 저원자 번호 바인더가 추가되어 열분해 과정을 거친다. 그리고 나서 화합물은 원하는 밀도가 달성될 때까지 1300 °C에서 액체 위상 변동을 거친다(보통 약 8.9 g/cm3).[8] 그런 다음 연탄은 찌그러지고 갭을 분류하여 이제 듀크리트(DUCRETE)에 섞일 준비가 되어 있다.[9]

VNIINM(러시아어) 방식

VNIINM 방식은 분쇄 후 바인더와 UO를2 갭 정렬하지 않는다는 점을 제외하면 미국 방식과 매우 유사하다.[10]

적용들

처리 후 DUCREET 합성물은 방사성 폐기물을 저장하는 데 사용될 수 있는 컨테이너 용기, 차폐 구조물 및 격납 보관 구역에 사용될 수 있다. 이 물질의 1차 구현은 고준위 폐기물(HLW)과 사용후핵연료(SNF)를 위한 건식통 저장장치 내에 있다.[11] 그러한 시스템에서 복합체는 작업자와 일반인의 방사선을 보호하는 데 사용되는 주요 구성요소가 될 것이다. DUCREATE로 만든 Cask 시스템은 전통적인 콘크리트와 같은 전통적인 재료로 만든 Cask보다 작고 무게가 가볍다. DUCREET 용기는 콘크리트 시스템과 동일한 수준의 방사선 차폐를 제공하기 위해 두께의 1/3 정도만 있으면 된다.[12]

기존 소재보다 DUCRET가 비용 효율적이라는 분석이 나왔다. DUCREATE로 만든 통의 생산원가는 높은 밀도의 결과로 필요한 재료가 적기 때문에 강철, 납, DU 금속과 같은 다른 차폐 재료에 비해 낮다. 사바나 강에 있는 핵폐기물 시설의 듀크엔지니어링이 실시한 연구에서는 DUCRET 캐스크 시스템을 대체 유리폐기물 저장소 건물보다 저렴한 비용으로 평가하였다.[13] 그러나 DUCREATE의 처분은 고려되지 않았다. 듀크리트(DUCREET)는 저준위 방사성 합성물이기 때문에 상대적으로 비용이 많이 드는 폐기물로 인해 이러한 시스템의 비용 효율성이 저하될 수 있다. 이러한 처리의 대안은 빈 DUCREAT 통을 고활동 저준위 폐기물을 위한 용기로 사용하는 것이다.[14]

DUCREET는 미래의 핵폐기물 프로그램에 대한 가능성을 보여주지만, 그러한 개념은 활용과는 거리가 멀다. 지금까지 미국에서는 DUCRETE 캐스크 시스템이 허가되지 않았다.[15][16]

참조

  1. ^ M. J. Haire와 S. Y. Lobach, "고갈된 우라늄 이산화물(DUO)-2콘크리트 물질의 사용을 통한 캐스크 크기 및 중량 감소" 2006년 2월 26일부터 3월 2일까지 애리조나주 투손 소재 웨이백 머신, 폐기물 관리 2006 컨퍼런스에서 2012-09-26일 보관.
  2. ^ M. J. Haire 및 S. Y. Lobach, "고갈된 이산화 우라늄(DUO)-2콘크리트 재료의 사용을 통한 캐스크 크기 및 중량 감소" 웨이백 머신, 폐기물 관리 2006 컨퍼런스에서 2012-09-26 보관,2006년 2월 26일–3월 2일 애리조나주 투손.
  3. ^ J.J. 페라다, L.R. 돌, M. 해밀턴, 2002년 12월, ORL/TM-2002/274, Oak Ridge 국립 연구소, Oak Ridge, Tenn, Oak Ridge., "차폐된 캐스크에 사용하기 위한 DUAGG를 생산하는 상업 공장의 사전 개념 설계 및 비용 연구".
  4. ^ L.R. Dole과 W. J. Quapp, "비금속 매트릭스에서 고갈된 우라늄 산화물을 사용한 방사선 차폐", ORL/TM-2002/111, Oak Ridge 국립 연구소, Oak Ridge, Tenn, 2002년 8월.
  5. ^ W. J. Quapp, W.H. Miller, J. Taylor, C. Hundley와 N. Levoy, "DUCRET: 비용 효율적인 방사선 차폐 물질", Chatanooga, TN, 2000년 9월.
  6. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/IHLWM_Dole_paper.pdf
  7. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  8. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  9. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  10. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/DUCRETEIntroductionJune2003.pdf
  11. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/ducretecosteffec.pdf
  12. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  13. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  14. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  15. ^ http://web.ead.anl.gov/uranium/pdf/Global99Paper2.pdf
  16. ^ "Concrete drilling process". 2020년 5월 3일 일요일

외부 링크