Earticle

실증용 UO pellet 산화로의 실증을 위한 제한된 핫셀 공간 안에서 사용후 핵 연료를 취급하는 산화로는 소형화 하여야 하고, 사용후 핵 연료 분말은 UO pellet 산화로 장치로부터 비산되지 않아야 한다. 본 연구에서는 분말의 최종속도를 구하기 위하여 Stokes식과 밀도비식을 제안하였다. UO 의 최종속도 SiO 의 최종속도를 사용하여 예측하였고, 비산방지를 할 수 있는 최적유량을 결정하였다. SiO 의 이론 최종속도 식을 검증하고, UO 과 관계식을 예측하기 위하여 아크릴 장치를 만들었다. 목업시설 에 설치 된 산화로에서 제안된 이론최종속도식 인 Stokes식 의 20 L/min과 밀도비식의 14.5 L/min을 적용하여 UO 분말의 필터감지에 의해 검증하였다. 그 결과 밀도비식에 의한 14.5 L/min은 UO 이전혀 검출되지 않았고, Stokes식의 20 L/min에서는 평균 7m 의 입도분말이 검출되었다. 따라서 UO pellet 산화로에서 UO이 비산되지 않는 최적유량은 14.5L/min임을 알 수 있었고, 제안된 밀도비식이 바람직함을 알 수 있었다.

A voloxidizer for a hot cell demonstration, that handles spent fuels of a high radiation level in a limited space should be small and spent fuel powders should not be dispersed out of the equipment involved. In this study a density rate equation as well as the Stokes'equation has been proposed in order to obtain the theoretical terminal velocity of powders. The terminal velocity of UO has been predicted by using the terminal velocity of SiO, and then determination has been the optimum air flow rate which is able to prevent powders from scattering. An equation which has shown a relationship between theoretical terminal velocities of UO and SiO has been derived with the help of the Stokes'equation, and then an experimental verification made for the theoretical Stokes' equation of SiO by means of an experimental device made of acryl. The theoretical terminal velocity based on the proposed density rate equation has been verified by detecting UO powders in a filter installed in the mock-up voloxidizer. As the results, the optimum air flow rates seem to be 20 LPM by the Stokes'equation while they are 14.5 L/min by the density rate equation. At the experiments with the mock-up voloxidizer, a trace amount of UO seems to be detectable at the air flow rate of 14.5 L/min by the density rate equation, but UO powders of 7m diameter seem detectable at the air flow rate of 20 L/min by the Stokes'equation. It is revealed that 14.5 L/min is the optimum air flowe rate which is capable of preventing UO powders from scattering in the UO voloxidizer and the proposed density rate equation is proper to calculate the terminal velocity of UO powders.

Isotopes of alkali and alkaline earth metals (AM and AEM) are the main contributors to the heat load and the radiotoxicity of spent fuel (SF) . These components are separated from the SF and dissolved in a molten LiCl in an electrolytic reduction process. A mass transfer model is developed to describe the diffusion behavior of Cs, Sr, and Ba in the SF into the molten salt. The model is an analytical solution of Fick's second law of diffusion for a cylinder which is the shape of a cathode in the electrolytic reduction process. And the model is also applied to depict the concentration profile of the oxygen ion which is produced by the electrolysis of LiO. The regressed diffusion coefficients of the model correlating the experimentally measured data are evaluated to be greater in the order of Ba, Cs, and Sr for the metal ions and the diffusion of the oxygen ion is slower than the metal ions which implies that different mechanisms govern the diffusion of the metal ions and the oxygen ions in a molten LiCl.

TRIGA 연구로의 해체 시 발생하는 금속성 폐기물의 용융기술을 확립하기 위한 기초연구로 전기로 내에서 방사성 핵종(Co, Cs, Sr)을 포함한 알루미늄의 용융 시 용융온도, 용융시간 및 플럭스(flux)의 종류가 핵종의 분배 거동에 미치는 영향을 조사하였다. 플럭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나, 플럭스의 첨가로 알루미늄 용융체의 유동성이 증가됨을 확인할 수 있었다 용융 후주괴(ingot) 및 슬래그(slag) 시료의 XRD분석을 통해 핵종이 주괴에서 슬래그 상으로 이동하고 슬래그를 구성하고 있는 산화알루미늄과 결합하여 안정한 화합물을 형성함을 알 수 있었다. 슬래그의 발생량은 용융온도와 용융시간이 증가할수록 증가하는 경향을 보였으며, 증가속도는 플럭스의 종류에 따라 차이를 보였다. 핵종 중 Co는 용융온도가 증가함에 따라 주괴 내 에서는 감소하였으나 슬래그 상에서는 증가하는 경향을 보였으며, 실험조건에 따라 최대 90까지 주괴에서 슬래그로 이동하였다. 휘발성이 강한 Cs과 Sr은 대부분이 슬래그와 분진으로 이동하여 매우 높은 제염계수를 얻을 수 있었다.

Effects of the aluminum melting temperature, melting time and a kind of flux agents on the distribution of surrogate nuclide were investigated in the electric furnace at the aluminum melting including surrogate radionuclides(Co, Cs, Sr) in order to establish the fundamental research of the melting technology for the metallic wastes from the decommissioning of the TRIGA research reactor. It was verified that the fluidity of aluminum melt was increased by adding flux agent but it was slightly varied according to the sort of flux agents. The results of the XRD analysis showed that the surrogate nuclides move into the slag phase and then they were combined with aluminum oxide to form more stable compound. The weight of the slag generated from aluminum melting test increased with increasing melting temperature and melting time and the increase rate of the slag depended on the kind of flux agents added in the aluminum waste. The concentration of the cobalt in the ingot phase decreased with increasing reaction temperature but it increased in the slag phase up to 90according to the experimental conditions. The volatile nuclides such as Cs and Sr considerably transferred from the ingot phase to the slag and dust phase.

650의 LiCl-LiO 용융염계에서 10 g UO/batch 규모의 장치를 이용해서 우라늄산화물의 전해환원 특성에 대한 평가를 수행하였다. 일체형 음극은 고체전극, 우라늄산화물과 우라늄산화물을 담아주는 다공성 용기(멤브레인)로 구성된다. 멤브레인 재료로는 325-mesh 스테인레스강막과 다공성 마그네시아 도가니를 사용하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 LiCl-3 wt LiO계와 UO-LiCl-3 wt LiO계의 순환 전압측정법 결과로부터 전해환원 반웅 메커니즘을 규명하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 우라늄산화물의 직접 및 간접 전해환원에 대한 실험을 수행하였다. 그 결과, 325-mesh스테인레스강막을 사용하여 직접 및 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때 낮은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시키지 못했으며, 마그네시아 다공성 도가니를 사용하여 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때는 높은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시킬 수 있었다

The electrolytic reduction of uranium oxide in a LiCl-LiO molten salt system has been studied in a 10 g UO /batch-scale experimental apparatus with an integrated cathode assembly at 650. The integrated cathode assembly consists of an electric conductor, the uranium oxide to be reduced and the membrane for loading the uranium oxide. From the cyclic voltammograms for the LiCl-3 wt LiO system and the UO-LiCl-3 wt LiO system according to the materials of the membrane in the cathode assembly, the mechanisms of the predominant reduction reactions in the electrolytic reactor cell were to be understood; direct and indirect electrolytic reduction of uranium oxide. Direct and indirect electrolytic reductions have been performed with the integrated cathode assembly. Using the 325-mesh stainless steel screen the uranium oxide failed to be reduced to uranium metal by a direct and indirect electrolytic reduction because of a low current efficiency and with the porous magnesia membrane the uranium oxide was reduced successfully to uranium metal by an indirect electrolytic reduction because of a high current efficiency.

자기필터시스템을 이용한 원자로 냉각재로부터의 방사성 부식생성물 제거는 원자력 발전소의 운전 및 유지보수 종사자에 대한 방사선 피폭 준위를 낮추는 방법으로 많은 연구가 이루어지는 분야 중 하나이다. 그 결과, 보다 높은 신뢰성과 여과성능을 갖춘 자기필터를 개발하고자 수화학 분야에서는 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 부식생성물의 자기적 성질을 이용하여 원자력 발전소 냉각재내의 방사성 부식생성물을 제거하기 위해 영구자석과 전자석 이 조합된 자기필터 시스템을 개발하였다. 영구자석은 부식생성물의 여과를 위해 사용되며 전자석은 아주 미세한 콜로이드 부식생성물 입자의 크기를 증가시키기 위한 응집에 이용된다. 선행 연구에서 영구자석만을 사용한 필터 실험결과 대부분의 부식생성물 입자에 대해 만족할만한 수준의 제거효율을 달성하였으며 특히, 크기가 5m 이상인 입자의 경우 제거효율은 90를 상회하였다. 전자석을 이용한 응집 실험결과 화학응집제의 첨가 없이 대부분의 부식생성물 입자가 전자기장에 의해 응집하여 크기가 5m 이상으로 증가되어 응집실험에 대해 전반적으로 만족스러운 결과를 도출하였다. 따라서, 영구자석과 전자석이 조합된 자기필터시스템은 방사성 부식생성물 제거를 위한효과적인 방법으로 높은 제거효율을 보여주리라 여겨진다.

The removal of radioactive corrosion products from the reactor coolant through a magnetic filter system is one of the many approaches being investigated as a means to reduce radiation sources and exposures to the operational and maintenance personnel in a nuclear power plant. Many research activities in water chemistry, therefore, have been performed to provide a filtration system with high reliability and feasibility and are still in process. In this study, it was devised the magnetic filter system with permanent and electric magnets to remove the corrosion products in the coolant stream taking an advantage of the magnetic properties of corrosion particles. Permanent magnets were used for separation of corrosion products and electric magnets were utilized for flocculation of colloidal particles to increase in their size. Experiments using only permanent magnets, in the previous study, displayed the satisfactory outcome of filtering corrosion products and indicated that the removal efficiency was more than 90 for above 5 m particles. Experiments using electric magnets also showed the good performance of flocculation without chemical agents and exhibited that most corrosion particles were flocculated into larger aggregates about 5 m and over in diameter. It is, thus, expected that the magnetic filter system with the arrangement of permanent and electric magnets will be an effective way for the removal of radioactive corrosion products with considerably high removal efficiency.

삼중수소의 환경방출에 따른 주민선량의 규제이행을 위해 개발된 NEWTRIT모델, AIRDOS-EPA 모델, NRC 모델의 평가 방법을 고찰하고, 활용 가능한 국내 특성자료를 사용하여 예측결과를 비교하였다. 이들 모델 중에서 가장 최근에 개발된 NEWTRIT 모델만이 tritiated water (HTO) 방출에 따른 organically bounded tritium (OBT)의 영향을 고려한다. 평가결과 삼중수소의 환경방출로 인해 모든 가능한 경로로부터 받게 되는 총 피폭선량은 AIRDOS-EPA 모델의 예측결과가 NEWTRIT모델과 NRC모델에 비해 각각 1.03배, 2.46배 높은 결과를 나타냈다. 이러한 결과로부터 NRC모델로 예측되는 피폭선량이 실제 주변주민이 받을 수 있는 피폭선량을 과소평가할수 있다고 이해해서는 안될 것이다. 왜냐하면 삼중수소의 환경내 거동에 대한 불확실성은 매우 크기 때문에 규제이행을 위한 수학적 모델과 관련 변수 값은 극히 보수적 가정에 근거하기 때문이다. NEWIRIT 모델로 예측된 식품섭취에 의한 피폭선량에서 우리나라의 주식인 곡류의 상대적으로 많은 섭취로 OBT는 HTO와 거의 대둥한 수준의 영향을 나타내었다. 삼중수소의 환경방출에 따른 총 피폭선량에서 NRETRIT 모델은 AIRDOS-EPA 모델과 유사한 예측결과를 나타내지만, NEWTRIT 모델은 식품섭취에 따른 OBT의 영향을 고려함으로써 환경으로 방출된 HTO 거동의 현상적 이해 둥에 있어서 보다 의미가 있다고 판단된다.

Methodologies of NEWTRIT model, NRC model and AIRDOS-EPA model, which are off-site dose assessment models for regulatory compliance from routine releases of tritium into the environment, were investigated. Using the domestic data, if available, the predictive results of the models were compared. Among them, recently developed NEWTRIT model considers only doses from organically bounded tritium (OBT) due to environmental releases of tritiated water (HTO) . A total dose from all exposure pathways predicted from AIRDOS-EPA model was 1.03 and 2.46 times higher than that from NEWTRIT model and NRC model, respectively. From above result, readers should not have an understanding that a predictive dose from NRC model may be underestimated compared with a realistic dose. It is because of that both mathematical models and corresponding parameter values for regulatory compliance are based on the conservative assumptions. For a dose by food consumption predicted from NEWTRIT model, the contribution of OBT was nearly equivalent to that of HTO due to relatively high consumption of grains in Korean. Although a total dose predicted from NEWTRIT model is similar to that from AIRDOS-EPA model, NEIIfTRIT model may be have a meaning in the understanding of phenomena for the behavior of HTO released into the environment.

방사성 폐기물의 지층 처분장 건설 및 운영을 위한 개념 선정 단계에서는 폐기물 운반 및 거치뿐 아니라, 처분장의 건설/운영/폐쇄 기간 동안 지하 처분장의 작업 환경 및 위생, 안전, 그리고 처분장내의 수분 제거와 같은 향후 처분장의 환경을 위해 처분장 환기시스템에 대한 고려가 향후 처분장의 환경을 위해 반드시 필요하다. 본 논문은 동굴처분 방식의 중-저준위 처분장 및 지하 심부에 위치하게 될 고준위 처분장에 대한 환기시스템 개념설계 기준 및 요구사항에 대한 내용이다. 방사성폐기물 처분장의 환기 시스템에서 가장 주된 기본 설계 개념은 처분장 건설과 폐기물저장을 위한 작업활동을 위해 각각 독립적이고 분리된 환기시스템을 적용하여야 한다는 것이다. 본 논문에서는 방사성폐기물 처분장의 환기시스템의 설계과정에 대해 기술하고 환기회로 모델링 방법, 자연 환기, 환기 모니터링 시스템과 실시간 환기 시뮬레이션, 화재 시뮬레이션 및 비상 방재 시스템에 관한 사항도 논의하였다

In the stage of conceptual design for the construction and operation of the geologic repository for radioactive wastes, it is important to consider a repository ventilation system which serves the repository working environment, hygiene & safety of the public at large, and will allow safe maintenance like moisture content elimination in repository for the duration of the repositories life, construction/operation/closure, also allowing safe waste transportation and emplacement. This paper describes the possible ventilation system design criteria and requirements for the prospective Korean radioactive waste repositories with emphasis on the underground rock cavity disposal method in the both cases of low & medium-level and high-level wastes. It was found that the most important concept is separate ventilation systems for the construction (development) and waste emplacement (storage) activities. In addition, ventilation network system modeling, natural ventilation, ventilation monitoring systems & real time ventilation simulation, and fire simulation & emergency system in the repository are briefly discussed.

원자력연구시설의 핫셀 내 바닥이나 장치표면에 부착된 고방사능분진의 제거를 위해서 PFC제염기술을 적용한다. 고가인 PFC 용액의 재사용을 위해서는 여과장치의 개발이 필요하고 제염종료 후 이차폐기물의 양을 최소화할 필요가 있다. PFC 제염폐액 내 방사성 입자를 제거하기 위해 핫셀 내의 고방사능분진의 오염 특성을 조사했다. 여과 막을 이용한 입자의 제거효율 측면에서 보면 세라믹 , PVDF, PP 막 모두가 95 이상의 높은 여과 성능을 보였다. 기공 크기가 같은 동일 여과 막에서는 입자가 크거나 가하는 압력이 높을수록 좀더 높은 제거효율을 나타내었고, 3psi이하에서는 PVDF의 제거효율이 다른 막에 비해 작게 나타났다. 플럭스 성능은 PVDF 막이 가장 높은 수준을 나타냈고 세라믹과 PP 막에서는 다소 낮은 성능을 보였다. PVDF 막은 낮은 압력과 짧은 여과시간으로 최대(한계)플럭스에 도달함을 확인하였다. 세라믹 막은 모의입자의 제거 효율은 높지만 다소 낮은 Flux 성능을 나타냈다. 또한, 막 자체의 비싼 가격과 쉽게 부서지는 성질의 단점을 지니고 있지만 무기화합물의 재질로 되어있기 때문에 알파방사능 환경에서 H, 가스를 발생하는 고분자 막인 PVDF, PP 막과 비교하여 훨씬 안정적이었다. 그리고 이들 소수성 여과막들의 특성 비교를 바탕으로 세라믹 막을 적용한 PFC 실증 여과장치의 공정도를 살펴보았다.

PFC(Perfluorocarbon) decontamination process is one of best methods to remove hot particulate adhered at inside surface of hot cell and surface of equipment in hot cell. It was necessary to develop a particulate filtration equipment to reuse PFC solution used on PFC decontamination due to its high cost and to minimize the volume of second wastewater. Contamination characteristics of hot particulate were investigated and then a filtration process was presented to remove hot particulate in PFC solution generated through PFC decontamination process. The removal efficiency of PVDF(Poly vinylidene fluoride), PP(Polypropylene), Ceramic(AlO filter showed more than 95. The removal efficiency of PVDF filter was a little lower than those of other kiters at same pressure(3psi). A ceramic filter showed a higher removal efficiency with other filters, while a little lower flux rate than other filters. Due to inorganic composition, a ceramic filter was highly stable against radio nuclides in comparison with PVDF and PP membrane, which generate H gas in e-radioactivity atmosphere. Therefore, the adoption of ceramic filter is estimated to be suitable for the real nitration process.