• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.4 no.3
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• pp.255-263
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• 2006

Vol-oxidizer is a device to convert $UO_2$ pellets into $U_3O_8$ powder and to feed a homogeneous powder into a Metal Conversion Reactor in the ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process). In this paper, we propose a design model of the vol-oxidizer, develop the new vol-oxidizer with a capacity of 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets, and conduct a verification for the device. Design considerations include the internal structure, the capacity, the heating position of the device, and the size. The dimensions of the new vol-oxidizer are decided by the design model. We determine a permeability test of the $U_3O_8$ measuring the temperature distribution, and the volume of $UO_2$ and $U_3O_8$. We manufactured the new vol-oxidizer for a 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets, and then analyzed the characteristics of the $U_3O_8$ powder for the verification. The experimental results show that the permeability of the $U_3O_8$ throughout mesh enhance more than old vol-oxidizer, the oxidation time takes only 8 hours when compared with the 13 hours of the old device, and the average distribution of particle size is $40{\mu}m$. The capacities of new vol-oxidizer for a 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets were agree well with the predictions of design model.

• Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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• 2007.05a
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• pp.151-152
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• 2007

ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process)의 금속전환로에 $U_{3}O_{8}$을 공급하기 위하여 20 kgHM/batch의 $UO_{2}$ 펠릿(pellets)을 처리할 수 있는 공기산화로가 개발되고 있다. 그림 1은 산소농도 조절이 가능한 공기산화로이다. 공기산화로 이전의 공정인 슬리팅 장치에서 탈피복된 $UO_{2}$ 펠릿은 공기산화로로 운반되고, $500^{\circ}C$온도에서 공기를 공급하여 일정한 입도범위의 균질한 $U_{3}O_{8}$을 만든다. 그리고 다음공정의 금속전환장치로 이동된다. 본 논문에서는 모의연료의 산화에 대한 정확한 산소농도를 측정하고자 한다. 이를 위해서 갈바닉 센서와 지르코니움 센서가 사용되었고, 그 특성이 비교되었다. 14종의 금속 산화물이 혼합된 모의연료를 제조하여 산화실험이 수행되었으며, 시간변화에 따라 산소농도가 측정되었다. 산소농도 컨트롤러와 산소 센서를 사용한 공기산화로는 산소조절기에 의해 산소농도 100%까지 측정될 수 있다. 그림 2는 공기산화로의 산소농도를 조절할 수 있는 산소농도 측정시스템이다. 유량조절기(Mass Flow Controller)를 사용하여 질소와 산소의 혼합비를 변화시킬 수 있다. 또한 산소농도 측정시스템은 측정된 산소농도 값을 이용하여 $UO_{2}$의 산화시간을 계산하기 위하여 제작하였다. 산화시간 계산방법은 다음과 같다. 산소와 질소의 가스는 각각 40 L의 압력 봄베에 의해서 산소농도를 조절할 수 있는 공기산화로의 산소농도 측정시스템 안으로 유입된다. 유입된 산소와 질소의 배합은 컨트롤시스템 안에 있는 산소 유량조절기와 질소 유량 조절기를 사용하여 조절하며, 일정하게 혼합된 산소농도는 장치의 입구와 출구에서 산소 센서에 의해서 측정된다. 투입된 $UO_{2}$ 펠릿이 $500^{\circ}C$에서 반응하면서 공기산화로의 내부에 있는 산소농도가 감소된다. 이때 초기에 같았던 입력과 출력 농도가 시간의 흐름에 따라 감소되며, 펠릿이 완전히 산화됨과 동시에 출력 산소농도가 입력농도와 다시 같아질 때까지 소요된 구간이 산화시간이 된다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.272.2-272
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• 2002

• Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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• 2003.05a
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• pp.236-239
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• 2003

The spent fuel slitting device is an equipment developed in order to feed UO$_2$pellet to the dry pulverizing/mixing device. In this study, we have compared and analyzed the handling method of the slitting and that of the pellet and hull, processing time, separating time for 20kgHM, the number of blades, on the existing slitting device using in DUPIC, and spent fuel management technology research and test facility. Also, we have compared and analyzed about an advantage and weak point, designing and producing, processing, establishment, operation, maintenance about the vertical and horizontal slitting device. Based on these results, we have developed the vertical slitting device. By using the results, we have enhanced the slitting processing time(over 40%)in comparison with DUPIC device, and it will is effectively applied to available data for designing and producing of the hot test facility.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.06a
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• pp.1154-1157
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• 2003

The spent fuel slitting device is an equipment developed for the separation of the pellet and hull from the cutting fuel rod with length of 250 mm, and in order to feed UO$_2$ pellet. We have analyzed on the existing technologies for designing and producing of the slitting device in the first year(2001), based on these results, designed and produced the rod slitting device. It has effectively separated the pellet from the hull, but demanded the supplement separation work because of the mixing with pellet and hull in the vessel, and required the condition for the reducing time of the process. In the second year(2002), we have reduced the work time, performed the test and capacity evaluation with the improving device, based these results, and ensured the data demanded for designing of the spent fuel rod slitting device. We have compared with the DUPIC(Direct use of spent PWR fuel in CAND reactors) process, and developed the device for the purpose of reducing over 40 % in comparition with the DUPIC operation time(5 minutes). Based on these results, it will is effectively applied to available data for designing and producing of the hot test facility.

• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.3 no.2
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• pp.77-84
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• 2005

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 U$_{3}$O$_{8}$ has been predicted by using the terminal velocity of SiO$_{2}$, 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 U$_{3}$O$_{8}$ and SiO$_{2}$ has been derived with the help of the Stokes'equation, and then an experimental verification made for the theoretical Stokes' equation of SiO$_{2}$ 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 U$_{3}$O$_{8}$ 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 U$_{3}$O$_{8}$ seems to be detectable at the air flow rate of 14.5 L/min by the density rate equation, but U$_{3}$O$_{8}$ powders of 7$\mu$m 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 U$_{3}$O$_{8}$ powders from scattering in the UO$_{2}$ voloxidizer and the proposed density rate equation is proper to calculate the terminal velocity of U$_{3}$O$_{8}$ powders.

• Proceedings of the Korean Radioactive Waste Society Conference
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• 2007.11a
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• pp.305-306
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• 2007

ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process)의 금속전환로에 $U_3O_8$을 공급하기 위하여 20 kgHM/batch의 $UO_2$ 펠릿(pellets)을 처리할 수 있는 건식분말화 장치가 개발되고있다. 건식분말화 장치는 500 $^{\circ}C$온도에서 공기를 공급하여 일정한 입도범위의 균질한 $U_3O_8$을 만든다. 이런 건식 분말화 장치의 효율을 높이기 위해서는 반웅로에 불어 넣어주는 공기의 유량을 증가시킬 필요가 있다. 하지만 공기와 반응하여 생성되는 $U_3O_8$ 입자는 그 크기가 최소 3 ${\mu}$m 정도로 매우 미세하여，반응로 출구를 통해 외부로 빠져나갈 가능성 이있다. 이를 방지하기 위해 분말화 장치 출구 바깥에는 필터가 설치되어 있으나 공기와 함께 $U_3O_8$ 입자가 계속해서 빠져 나갈 경우 입자로 인해 필터가 막혀 제 기능을 할 수 없게 된다. 따라서 건식 분말화 장치는 미세한 $U_3O_8$ 입자가 반응로 밖으로 빠져나가지 않도록 입구에서의 공기 유량을 일정 수준 이하로 조절해주는 것이 필요하다. 이 연구의 목적은 초기 유량으로부터 유량을 점점 증가시키면서 시간변화에 따른 입자 거동 특성을 해석하며， 결과로부터 주어진 크기의 타원입자에 대해 최대 허용 공기 유량을 결정하고자한다. 이 해석을 위해 유동과 입자를 동시에 해석할 수 있는 ANSYS-CFX 5.7.1과 ANSYS-CFX 10.0 두 가지의 소프트웨어가 사용되었다. 해석 결과를 바탕으로 좀더 정확한 유량 한계치 계산을 위해 추가로 수행되어야 할 해석에 대해 제안하였다.