Abstract
Source terms of metal waste comprising a spent fuel assembly are relatively important when the spent fuel is pyroprocessed, because cesium, strontium, and transuranics are not a concern any more in the aspect of source term of permanent disposal. In this study, characteristics of radiation source terms for each structural component in spent fuel assembly was analyzed by using ORIGEN-S with a assumption that 10 metric tons of uranium is pyroprocessed. At first, mass and volume for each structural component of the fuel assembly were calculated in detail. Activation cross section library was generated by using KENO-VI/ORIGEN-S module for top-end piece and bottom-end piece, because those are located at outer core with different neutron spectrum compared to that of inner core. As a result, values of radioactivity, decay heat, and hazard index were reveled to be $1.40{\times}10^{15}$ Bequerels, 236 Watts, $4.34{\times}10^9m^3$-water, respectively, at 10 years after discharge. Those values correspond to 0.7 %, 1.1 %, 0.1 %, respectively, compared to that of spent fuel. Inconel 718 grid plate was shown to be the most important component in the all aspects of radioactivity, decay heat, and hazard index although the mass occupies only 1 % of the total. It was also shown that if the Inconel 718 grid plate is managed separately, the radioactivity and hazard index of metal waste could be decreased to 20~45 % and 30~45 %, respectively. As a whole, decay heat of metal waste was shown to be negligible in the aspect of disposal system design, while the radioactivity and hazard index are important.
사용후핵연료를 파이로 건식처리하면 사용후핵연료 자체 내에 존재하는 세슘, 스트론튬, 초우라늄 계열 등이 중간저장 되어 영구처분 방사선원항에서 제외되므로 사용후핵연료집합체를 구성하는 구조재, 즉 금속폐기물의 방사선원항이 중요해지게 된다. 따라서 본 연구에서는 $17{\times}17$ KOFA 사용후핵연료 10 톤이 파이로 건식처리 되었을 경우를 가정하여 각 구조재 부품별로 방사선원항 특성을 분석하였다. 우선 구조재 부품별로 질량 및 부피를 상세히 계산하였다. 핵연료 상단 및 하단 고정체에서의 중성자스펙트럼이 노심과 다르므로 각 구조재 부품별로 핵반응단면적라이브러리를 KENO-VI/ORIGEN-S 모듈로 직접 생산하였으며, 이를 적용하여 ORIGEN-S 코드로 방사화 방사선원항을 평가하였다. 평가결과 원자로 방출후 10 년 시점에서의 방사능세기, 붕괴열, 위해지수 값은 각각 $1.40{\times}10^{15}$ Bequerels, 236 Watts, $4.34{\times}10^9m^3$-water 로 나타났으며, 이는 사용후핵연료 자체 값의 0.7 %, 1.1 %, 0.1 %에 해당하는 값이다. 방사능세기, 붕괴열, 위해지수 모든 측면에서는 금속폐기물 전체물량의 1 %만을 차지하는 인코넬 718 그리드판이 가장 중요한 것으로 평가되었으며, 특히 이를 따로 분리하여 관리하면 금속폐기물 전체 방사능세기를 20~45 % 정도, 위해지수를 30~45 % 정도 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 전체적으로 볼 때, 금속폐기물의 방사능세기 및 위해지수는 처분시스템 설계 시 중요한 인자로 고려되어야 하나, 붕괴열은 그 열량이 작아 중요하지 않은 것으로 나타났다.
