Reference Spent Nuclear Fuel for Pyroprocessing Facility Design

파이로공정 시설 개념설계를 위한 기준 사용후핵연료 선정

An estimation has been made for inventories and characteristics of spent nuclear fuel(SNF) to be generated from existing and planned nuclear power plants based on the 3rd Basic Plan for Electric Power Demand and Supply. The characteristics under consideration in this study are dimensions, a fuel rod array, a weight, $^{235}U$ enrichment, and the discharge burnup in terms of fuel assembly. These are essentially needed for designing a pyroprocessing facility. It is appeared that the anticipated quantity by the end of 2077 is about 23,000 tU for PWR spent nuclear fuel. It is revealed that the proportion of SNF with the initial $^{235}U$ enrichment below 4.5 weight percent(wt.%) is approximately 95 % in total. For SNF with 16$\times$16 fuel rod array the proportion is expected approximately 74% in total. It appears that the average burnup of SNF will be 55 GWd/tU after the medium and/or latter part of 2010s while the average burnup is 45 GWd/tU at present. Finally, a requirement in terms of reference SNF for designing the pyroprocessing facility has been derived from the above-mentioned results. The anticipated SNF seems to be 16$\times$16 Korean Standard Fuel Assembly with a cross section of 21.4 cm$\times$21.4 cm, a length of 453 cm, a mass of 672 kg, the initial $^{235}U$ enrichment of 4.5 wt.%, and the discharge burnup of 55 GWd/tU.

제3차 전력수급기본계획에 근거하여 현재 운영중이거나 계획중인 원자력발전소에서 발생할 사용후핵연료의 양과 특성을 추정하였다. 본 연구에서 고려된 대상 특성은 핵연료집합체에 대한 제원, 핵연료봉 배열, 무게, $^{235}U$ 초기 농축도 및 방출연소도이다. 이들은 파이로공정 시설을 설계하는데 필수적인 것이다. 2077년말까지 가압경수로 사용후핵연료의 예상발생량은 약 23,000 tU이 될 것으로 보인다. $^{235}U$ 초기 농축도 4.5 wt.% 이하를 갖는 사용후핵연료의 비율은 전체 발생량의 약 95%를 차지할 것이며, 16$\times$16 배열을 갖는 핵연료집합체는 74%를 차지할 것 같다. 현재 사용후핵연료의 평균연소도는 45 GWd/tU인데 반해, 2010년대 중 후반 이후 발생할 사용후 핵연료의 평균연소도는 55 GWd/tU이 될 것 같다. 이상의 결과에 따라 파이로공정 시설의 설계를 위한 기준 사용후핵연료를 도출하였다. 예상 사용후핵연료는 21.4 cm $\times$ 21.4 cm의 단면적, 453 cm의 길이, 672 kg의 질량, 4.5 wt.%의 $^{235}U$ 초기 농축도 및 55 GWd/tU의 방출연소도를 갖는 16$\times$16 한국표준형연료가 타당할 것으로 판단된다.