고준위 핵폐기물 보호 콘크리트의 부식 방지 및 내구성 개선 Concrete World: Engineers To Improve Reinforced Steel To Contain High-Level Nuclear Waste
새로운 시멘트 기반 완충 물질 개발
콘크리트 속의 철근은 콘크리트가 쪼개지고 그것이 지탱하는 구조가 떨어질 때까지 부식, 녹슬고 약해질 수 있다. 미국 상무부 국립표준기술원(NIST)에 따르면 이러한 부식은 2021년 6월 24일 플로리다주 서프사이드 콘도 붕괴를 초래한 피해를 악화시킨 주요 이슈 중 하나로 여겨진다.
건축공학 조교수이자 미국 에너지부(DOE) 원자력대학으로부터 3년간 80만 달러의 보조금을 받은 수석 연구원인 후안 파블로 "JP" 게바우단에 따르면, 이러한 부식은 모든 분야에서 인프라 전반에 걸쳐 가장 큰 세계적인 내구성 문제 중 하나이다.고준위 핵폐기물(HLNW)에 적용되는 콘크리트의 전기화학 부식 열화 과학을 재현했다.
DOE에 의해 영구 격리가 필요한 방사성 물질로 정의되는 고준위 핵폐기물은 핵연료 처리에서 비롯될 수 있고 본질적으로 불안정하고 생명에 해로운 방사성 핵종, 방사성 원자를 생성할 수 있다. 현재, 고준위 핵폐기물은 금속 통에 포장되어 콘크리트에 내장되어 있다. 게바우단의 협력자들로는 공학 이공학과 기계학과 조교수인 Andrea Argüelles와 건축공학과 조교수인 Rebecca Napolitano가 있다.
게바우단은 "특히 인프라에서 부식을 이해하고 방지하는 것은 우리의 세계적인 큰 내구성 과제 중 하나입니다."라고 말했다. "콘크리트의 열화 과학은 많은 공학 분야에 적용되며, 우리는 모두 인프라를 개선하기를 원한다."
게바우단에 따르면, 그와 그의 협력자들이 핵연료 사이클의 수명이 다했을 때, 그들은 내장된 HLNW 금속 통의 부식을 연구한다는 DOE의 목표와 건설 환경의 내구성을 향상시키려는 건축 공학의 목표 사이에 즉시 시너지 효과를 보았다고 한다. 핵폐기물 처리 기반 시설 이 시너지를 대학 공원 전체로 확대하기 위해, 게바우단은 연구팀이 이미 켄과 메리 앨리스 린드퀴스트 원자력 공학부의 교수들을 만나 그들의 연구가 연계될 수 있는 분야를 확인했으며, 융합 연구 분야에 대한 논의를 계속할 계획이라고 말했다.
"이 독특한 프로젝트에서, 우리의 목표는 원자로에서 발생하는 반응의 부산물을 포함하고 있는 고준위 핵폐기물 금속통을 보호할 수 있는 새로운 물질을 만드는 것이다,"라고 게바우단은 말했다. "우리는 위험한 상황에서 고준위 핵폐기물 통에서 누출되어 쓰레기가 환경과 인간에 도달하는 것을 막을 수 있는 유해 방사성핵종을 고정시킬 수 있는 새로운 시멘트 기반 완충 물질을 개발하기를 희망한다. "
이 프로젝트를 위해, 게바우단은 그의 연구 그룹인 Response and Adaptive Infrastructure Materials (Re-AIM) 연구 그룹의 최근 발전을 활용하여 정밀하게 설계된 현대적인 콘크리트 재료를 개발할 예정이다. 나폴리타노는 이러한 새로운 완충 물질의 시간 경과에 따른 열화를 예측하기 위해 제안된 솔루션을 모델링하고 잠재적 결과를 테스트하는 디지털 쌍둥이 시스템을 만들 것이다. Argüell은 다양한 완충 재료 제형의 부식 가능성을 비파괴적으로 평가하기 위해 맞춤형 배열로 금속 인터페이스의 초음파 시험을 채택할 것이다. 이 팀은 함께 10월부터 시작되는 보조금 지급 기간의 첫 18개월을 원자로의 금속통에서 누출되는 해로운 폐기물을 막을 수 있는 콘크리트를 개발하는 데 보낼 계획이다. 두 번째 18개월 동안, 그들은 애초에 금속 통이 부식되는 것을 막기 위해 완충재를 개선할 계획이다.
황기철 콘페이퍼 에디터 Ki Chul Hwang Conpaper editor
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