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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 전한용
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수24
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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논문에서는 방사선 취급에 대한 두 가지 관점에서 진행된 연구를 기술하고 있다. 먼저 방사능 오염 폐기물 처리 관점에서 방사성이온 흡착부직포 제작에 대한 연구를 하였으며 방사선 차폐기술 측면에서 시뮬레이션을 이용해 제작한 흡착부직포의 차폐능에 대한 분석을 진행하였다.
방사성이온 흡착부직포 제작 연구에서는 다양한 환경에서 제올라이트와 프러시안블루를 포함한 다공성 무기물의 세슘 흡착성능을 평가하였으며 이를 바탕으로 세슘 흡착부직포를 제작 및 흡착성능을 평가하였다. 흡착물질 중 프러시안블루의 흡착성능이 제올라이트보다 높게 측정되었으나 입자분산에 있어 충분한 시간이 필요하다는 단점을 가지고 있었다. 흡착물질의 흡착시험 결과 흡착물질의 입도 및 분산성이 방사성이온 흡착부직포의 흡착효율에 매우 중요한 요소임을 알 수 있었으며 오염수의 pH에 따라 흡착물질의 흡착효율이 달라졌다. 오염수의 pH조절로 보다 효율적인 흡착환경을 만들어 줄 수 있을 것으로 생각되며 흡착물질의 종류에 따라 산성 오염수의 중화가 필요할 것이라 판단된다. 제작한흡착부직포는 흡착물질이 단독으로 사용될 때보다 높은 흡착효율을 보였으나 흡착물질의 탈락이 예상보다 빈번하게 발생되었으며 이로 인한 재오염이 우려된다.
제작한 세슘 흡착부직포에는 감마선 차폐물질이 포함되어 있지 않으므로 재료에 의한 감마선 차폐는 기대하기 어렵다. 그러나 미세기공을 가지는 흡착물질이 첨가되어 있으며 섬유상이 랜덤하게 배열된 복합부직포 형태를 가지므로 구조로 인한 감마선 차폐의 가능성을 알아보고자 하였다.
복합재의 차폐능 분석연구에서는 흡착부직포의 차폐시뮬레이션에 앞서 복합구조에 따른 감마선의 감쇠효과를 분석하였다. 층상 복합재, 섬유상 복합재, 입자첨가형 복합재 등 구조를 다르게 설정한 복합재의 감마선 차폐능을 비교하였다.
복합재의 두께에 상관없이 층상 복합재는 복합재의 구조로 인한 감마 선 감쇠효과를 볼 수 없었으며 방사선 차폐재를 설계할 때 방사선의 입사방향과 방사선이 통과하는 차폐재 내부 계면이 이루는 각이 직각일경우 방사선 감쇠에 도움이 되지 못할 것으로 보인다. 또한 이론식을 통해 계산한 선형감쇠계수의 값과 시뮬레이션을 통해 얻어진 선형감쇠계수에 차이가 있었으며 무기재료의 함량이 높아질수록 그 차이 값이 증가하는 경향을 보였다.
섬유상 복합재와 입자첨가형 복합재에서는 복합재의 구조에 의한 감마선 감쇠효과를 확인할 수 있었으며 복합재에 사용된 재료 간 선형감쇠계수 차이 값이 클수록 방사선 차폐능에 대한 섬유직경 및 입자크기의 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 방사선 차폐를 위한 복합재를 설계할 때는 사용한 재료간의 선형감쇠계수, 복합재 내 계면의 면적 및 구조, 방사선의 입사방향과 복합재 내 계면이 이루는 각 등이 중요한 인자로 작용할 것으로 판단된다.
세슘 흡착부직포에 대한 차폐시뮬레이션 결과 감쇠효과를 일정부분 기대할 수 있을 것으로 보인다. 부직포에 흡착된 세슘이온이 부직포의 중앙에 위치하고 부직포 내의 공극이 부직포 부피의 절반가량을 차지한다고 가정했을 때 프러시안블루가 30% 함유된 4 cm 두께의 부직포를 사용하면 방사성 세슘에서 방출되는 감마선의 50% 이상을 차폐하는 것이 가능할 것으로 예상된다.
세슘 흡착부직포가 이와 같은 차폐능을 가진다면 방사성 세슘을 흡착한 이후 흡착한 방사성 세슘으로 인한 감마선의 세기를 일정부분 감쇠시킬 수 있으며 이를 통해 방사능 폐기물에 대한 격리가 보다 용이해질 것으로 기대된다.
방사성이온 흡착부직포 제작 연구에서는 다양한 환경에서 제올라이트와 프러시안블루를 포함한 다공성 무기물의 세슘 흡착성능을 평가하였으며 이를 바탕으로 세슘 흡착부직포를 제작 및 흡착성능을 평가하였다. 흡착물질 중 프러시안블루의 흡착성능이 제올라이트보다 높게 측정되었으나 입자분산에 있어 충분한 시간이 필요하다는 단점을 가지고 있었다. 흡착물질의 흡착시험 결과 흡착물질의 입도 및 분산성이 방사성이온 흡착부직포의 흡착효율에 매우 중요한 요소임을 알 수 있었으며 오염수의 pH에 따라 흡착물질의 흡착효율이 달라졌다. 오염수의 pH조절로 보다 효율적인 흡착환경을 만들어 줄 수 있을 것으로 생각되며 흡착물질의 종류에 따라 산성 오염수의 중화가 필요할 것이라 판단된다. 제작한흡착부직포는 흡착물질이 단독으로 사용될 때보다 높은 흡착효율을 보였으나 흡착물질의 탈락이 예상보다 빈번하게 발생되었으며 이로 인한 재오염이 우려된다.
제작한 세슘 흡착부직포에는 감마선 차폐물질이 포함되어 있지 않으므로 재료에 의한 감마선 차폐는 기대하기 어렵다. 그러나 미세기공을 가지는 흡착물질이 첨가되어 있으며 섬유상이 랜덤하게 배열된 복합부직포 형태를 가지므로 구조로 인한 감마선 차폐의 가능성을 알아보고자 하였다.
복합재의 차폐능 분석연구에서는 흡착부직포의 차폐시뮬레이션에 앞서 복합구조에 따른 감마선의 감쇠효과를 분석하였다. 층상 복합재, 섬유상 복합재, 입자첨가형 복합재 등 구조를 다르게 설정한 복합재의 감마선 차폐능을 비교하였다.
복합재의 두께에 상관없이 층상 복합재는 복합재의 구조로 인한 감마 선 감쇠효과를 볼 수 없었으며 방사선 차폐재를 설계할 때 방사선의 입사방향과 방사선이 통과하는 차폐재 내부 계면이 이루는 각이 직각일경우 방사선 감쇠에 도움이 되지 못할 것으로 보인다. 또한 이론식을 통해 계산한 선형감쇠계수의 값과 시뮬레이션을 통해 얻어진 선형감쇠계수에 차이가 있었으며 무기재료의 함량이 높아질수록 그 차이 값이 증가하는 경향을 보였다.
섬유상 복합재와 입자첨가형 복합재에서는 복합재의 구조에 의한 감마선 감쇠효과를 확인할 수 있었으며 복합재에 사용된 재료 간 선형감쇠계수 차이 값이 클수록 방사선 차폐능에 대한 섬유직경 및 입자크기의 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 방사선 차폐를 위한 복합재를 설계할 때는 사용한 재료간의 선형감쇠계수, 복합재 내 계면의 면적 및 구조, 방사선의 입사방향과 복합재 내 계면이 이루는 각 등이 중요한 인자로 작용할 것으로 판단된다.
세슘 흡착부직포에 대한 차폐시뮬레이션 결과 감쇠효과를 일정부분 기대할 수 있을 것으로 보인다. 부직포에 흡착된 세슘이온이 부직포의 중앙에 위치하고 부직포 내의 공극이 부직포 부피의 절반가량을 차지한다고 가정했을 때 프러시안블루가 30% 함유된 4 cm 두께의 부직포를 사용하면 방사성 세슘에서 방출되는 감마선의 50% 이상을 차폐하는 것이 가능할 것으로 예상된다.
세슘 흡착부직포가 이와 같은 차폐능을 가진다면 방사성 세슘을 흡착한 이후 흡착한 방사성 세슘으로 인한 감마선의 세기를 일정부분 감쇠시킬 수 있으며 이를 통해 방사능 폐기물에 대한 격리가 보다 용이해질 것으로 기대된다.
목차
Part 1. 다공성 흡착물질 함유 부직포의 제조 및 세슘 흡착 성능 평가 11. 서론 11.1. 연구배경 21.2. 연구목적 31.3. 배경지식 41.3.1. 방사능 오염수 처리 방법 41.3.2. 방사성 세슘 흡착물질 61.3.2.1. 제올라이트 61.3.2.2. 프러시안블루 92. 실험 112.1. 흡착물질 선정 112.1.1. 이미지분석 122.1.2. 입도분석 122.2. 흡착물질의 세슘 흡착성능 평가 132.2.1. 고농도 오염수 132.2.2. 저농도 오염수 132.2.3. 초저농도 오염수 142.2.4. 흡착물질의 양 142.2.5. 산/염기 환경 142.3. 흡착물질의 입자분쇄 및 수분산 162.4. 세슘 흡착용 복합부직포의 제조 및 흡착성능 평가 173. 결과 및 고찰 193.1. 흡착물질 분석 193.1.1. 이미지분석 193.1.2. 입도분석 213.2. 흡착물질의 세슘 흡착성능 평가 233.2.1. 고농도 오염수 233.2.2. 저농도 오염수 253.2.3. 초저농도 오염수 253.2.4. 흡착물질의 양 283.2.5. 산/염기 환경 303.3. 흡착물질의 입자분쇄 및 수분산 333.4. 세슘 흡착부직포의 세슘 흡착성능 평가 364. 결론 39Part 2. 몬테카를로 시뮬레이션을 통한 세슘 흡착부직포의 감마선 차폐능 고찰 411. 서론 411.1. 연구배경 421.2. 연구목적 431.3. 배경지식 441.3.1. 방사선 차폐재 441.3.2. 선형감쇠계수 451.3.3. MCNP(Monte Carlo N-Patricle code) 462. 시뮬레이션 502.1. 층상 복합재의 방사선 차폐 시뮬레이션 502.1.1. 기하학적 구조 512.1.2. 시뮬레이션 조건 532.2. 필름형 복합재의 방사선 차폐 시뮬레이션 552.2.1. 기하학적 구조 562.2.2. 층상 복합재 582.2.3. 섬유상 복합재 582.2.4. 입자첨가형 복합재 582.3. 세슘 흡착부직포의 방사선 차폐 시뮬레이션 653. 시뮬레이션 결과 및 고찰 663.1. 복합재의 선형감쇠계수에 대한 이론적 접근 663.2. 층상 복합재의 선형감쇠계수 683.3. 필름형 복합재의 선형감쇠계수 933.3.1. 층상 복합재 953.3.2. 섬유상 복합재 993.3.3. 입자첨가형 복합재 1083.4. 복합재의 구조에 따른 차폐능 비교 1124. 세슘 흡착부직포의 선형감쇠계수 1205. 결론 122참고문헌 125
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