DUPIC핵연료주기에 의한 사용 후 경수로핵연료의 방사선적 특성변화 분석

Study on Decay Characteristics Change of Spent Fuel Materials by DUPIC Fuel Cycle

DUPIC핵연료주기로 인해 변화되는 경수로 사용 후 핵연료 물질의 핵종별 농도, 방사능, 붕괴열, 위해지수 및 방사선원항등을 시간의 함수로 그 변화특성을 분석하고, 각 인자별로 크게 영향을 미치는 주요핵종의 거동을 물질농도 측면에서 추적 분석평가하였다. 방사성물질 농도에 있어서 연소도 19,000 MWD/MTU의 사용 후 DUPIC핵연료에 존재하는 악티나이드 양은 연소도 35,000 MWD/MTU의 경수로 사용후 핵연료에 비해 약 2% 감소한 반면 핵분열생성물의 양은 약 20% 증가된 것으로 나타났다. 그리고 사용 후 DUPIC핵연료의 방사능 및 붕괴열은 일반적인 사용후핵연료 특성과는 달리, 방사성물질 농도 변화와 비례하지 않는 것으로 나타났다. 사용후 DUPIC핵연료가 갖는 감마 스펙트럼을 경수로핵연료의 경우와 비교해 볼 때, 전체적인 특징은 사용후 DUPIC핵연료의 경우가 $0.01{\sim}0.575MeV$의 낮은 에너지 범위에서는 경수로핵연료 보다 약 $40{\sim}50%$ 낮은 감마선 세기를 보여주고 있으나, 3.5 MeV이상의 높은 에너지 범위에서는 사용후 DUPIC핵연료의 감마선 세기가 휭씬 크게 나타났다. 중성자 선원항은 모두 악티나이드 물질의$({\alpha},\;n)$ 반응 및 자발핵분열에 의해 결정되고 있고, 특히 Cm-244의 자발 핵분열에 의한 중성자선원이 지배적인 것으로 나타났다. 이런 이유 때문에 Cm-244의 농도가 약 3.3배 큰 사용후 DUPIC핵연료의 중성자 선원이 경수로핵연료보다 4배 이상 크게 나타났다.

The change in spent fuel characteristics by DUPIC fuel cycle(burnup of spent PWR fuel again in CANDU) is examined with time elapse since discharge. Major characteristics examined include isotopic concentration, radioactivity, decay heat radiotoxicity and radiation source-term of spent fuel material, which is existing in a type of spent PWR and DUPIC fuel. Behaviors of major nuclides contributing to such changes are also analyzed in terms of radionuclide concentration. From the analysis, the change in radionuclide concentration by DUPIC shows approximately 2% decrease in actinides concentration and 20% increase in fission products concentration. Radioactivity and decay heat of spent DUPIC fuel does not depend upon radionuclides concentrations, which is a unique in sence of general characteristics of spent fuel. In terms of gamma spectrum, spent DUPIC fuel shows lower values than that of spent PWR fuel by 40 to 50% in the range of $0.01{\sim}0.575$ MeV but much higher over 3.5MeV. Neutron Intensities of both spent fuels are mainly determined by $({\alpha},\;n)$ reaction and spontaneous fission reaction of actinides. Of them, especially, the spontaneous fission reaction Is a major neutron source-term, which causes that neutron intensities of spent DUPIC fuel $having{\sim}3.3$ times higher Cm-244 concentration are ${\sim}4$ times higher than that of spent PWR fuel.