• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권4호
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• pp.696-701
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• 2012

사용후핵연료의 안정적 관리와 재활용을 위해 건식 처리공정이 관심을 끌고 있으며 현재 국내에서도 이를 중심으로 사용후핵연료 관리를 위한 방안이 모색되고 있다. 파이로 공정으로 불리는 사용후핵연료 고온 용융염 공정 중 전해환원 공정은 후속 공정인 전해정련 공정에 금속 물질을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 전해환원 공정은 고온 LiCl을 매질로 사용하여 전기화학적으로 생성된 Li과의 반응으로 산화물을 금속으로 전환시킨다. 사용후핵연료에 존재하는 다양한 핵종들은 전해환원 공정의 매질인 LiCl과 반응 매질인 Li에 대한 반응성에 차이에 의해 시스템 내에 분배하게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 시스템에서 사용후핵연료 구성 성분들의 거동을 해석하기 위해 열역학적 계산을 통해 각 원소들의 반응성을 확인하였다. 공정온도에서 우라늄 및 초우란 원소들은 금속으로 환원되는 반면 Eu를 제외한 희토류 산화물들은 안정적인 산화물로 존재하게 된다. 또한, 본 연구에서는 공정온도에 대한 반응의 경향을 판단하였으며 공정 온도에서 기준 사용후핵연료를 대상으로 전해환원 반응에 따라 분배되는 상들의 방사능 및 열부하를 계산하여 공정 자료를 제시하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제21권3호
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• pp.383-395
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• 2023

Since 1997, the Republic of Korea (ROK) has been developing pyro-processing (Pyro) technology to reduce the disposal burden of high-level radioactive waste by recycling spent nuclear fuel (SNF). Compared to plutonium and uranium extraction process, Korean Pyro technology has relatively excellent proliferation resistance that cannot separate pure plutonium owing to its intrinsic characteristics. Regarding Pyro technology development of ROK, the Bush administration considered that Pyro is not reprocessing under the Global Nuclear Energy Partnership, whereas the Obama administration considered that Pyro is subject to reprocessing. However, the Bush and Obama administrations did not allow ROK to conduct full Pyro activities using SNF, even though ROK had faithfully complied with international nonproliferation obligations. This is because the US nuclear nonproliferation policy to prevent the spread of sensitive technologies, such as enrichment and reprocessing, has a strong effect on ROK, unlike Japan, on a bilateral level beyond the NPT regime for non-proliferation of nuclear weapons.

• 융복합기술연구소 논문집
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• 제4권2호
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• pp.47-50
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• 2014

Voloxidation is a process for converting $UO_2$ into $U_3O_8$ while removing some volatile products in spent fuels (SF). Various oxidative gas conditions including air and mixture of Ar and $O_2$ could be adopted for the process. The gas flows into a reactor under high temperature ($>500^{\circ}C$) and components of SF are reacted with the gas. SF is composed of various components such as actinides, lanthanides, and alkali metals. Therefore, it is of significance to understand their behavior during the reactions for process development. However, due to the limit of available experiments, phase diagram analysis should be preceded. TPP diagram is constructed with respect to temperature-pressure-pressure. It shows a stable phase depending on partial pressures of gas components as well as temperature. In this work, we investigated TPP diagrams for actinides, lanthanides and other oxides to determine stable oxide forms under different gas conditions. The results would be used to set up a material balance under a pyroprocessing scheme of SF and compare the gas conditions for the optimization of fission products removal.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권1호
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• pp.19-32
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• 2010

고온 용융염 전해환원 공정은 후행핵연료 주기의 대안 공정인 파이로공정의 산화물 사용후핵연료의 확대를 위해 필수적인 공정이다. 사용후핵연료는 다성분 산화물로 이루어져 있으며 각 산화물은 전해환원 공정에서 화학적 특성에 따라 산소를 잃게 된다. 본 연구에서는 건식분말화 공정 이후 전해환원 반응기에 도입되는 사용후핵연료 조성을 기준으로 각 금속-산소 시스템을 독립적인 이상고용체로 가정하여 전해환원 반응거동을 계산하였다. 전해환원을 Li의 환원과 이어지는 Li과의 화학반응의 결합으로 산정하여 U을 비롯한 금속 환원 거동을 계산하였다. 계산결과 대부분의 산화물들은 전해환원 공정에 의해 금속으로 전환되는 것으로 예상되었다. 란타나이드 원소들의 경우 $Li_2O$의 농도가 낮아지면 금속 전환율이 높아지나 대부분 산화물로 존재하는 것으로 나타났다. 추가적으로 $U_3O_8$의 전해환원 거동에 대해 Li의 확산과 Li과의 화학반응을 고려하여 반실험적 모델이 제시되었다. 실험데이터를 활용하여 매개변수를 결정하였으며 시간에 대한 환원율 및 전류에 대한 99.9% 환원 시간을 계산하였다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제49권1호
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• pp.148-164
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• 2017

The focus on the issues surrounding spent nuclear fuel and lifetime extension of old nuclear power plants continues to grow nowadays. A transparent decision-making process to identify the best suitable nuclear fuel cycle (NFC) is considered to be the key task in the current situation. Through this study, an attempt is made to develop an equilibrium model for the NFC to calculate the material flows based on 1 TWh of electricity production, and to perform integrated multicriteria decision-making method analyses via the analytic hierarchy process technique for order of preference by similarity to ideal solution, preference ranking organization method for enrichment evaluation, and multiattribute utility theory methods. This comparative study is aimed at screening and ranking the three selected NFC options against five aspects: sustainability, environmental friendliness, economics, proliferation resistance, and technical feasibility. The selected fuel cycle options include pressurized water reactor (PWR) once-through cycle, PWR mixed oxide cycle, or pyroprocessing sodium-cooled fast reactor cycle. A sensitivity analysis was performed to prove the robustness of the results and explore the influence of criteria on the obtained ranking. As a result of the comparative analysis, the pyroprocessing sodium-cooled fast reactor cycle is determined to be the most competitive option among the NFC scenarios.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권1호
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• pp.83-90
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• 2017

사용후핵연료 파이로프로세싱에서는 방사성 희토류 염화물($RECl_3$)을 함유한 LiCl-KCl 공융염폐기물이 발생되며, 핫셀시설에서 운영을 목적으로 단순한 형태의 공융염폐기물 처리공정을 개발하는 것이 필요하다. 본 연구에서는, LiCl-KCl 공융염폐기물 내 희토류 핵종 분리/고화공정의 단순화를 목적으로 $Li_2O-Al_2O_3-SiO_2-B_2O_3$계의 무기합성매질을 이용하여 LiCl-KCl 공융염 내 희토류 핵종(Nd)을 분리한 후 분리생성물을 바로 고화하는 시험을 실시하였다. 공융염 내 희토류 염화물($NdCl_3$) 대비 0.67의 무게비에 해당하는 무기합성매질의 양으로도 Nd 핵종을 98wt% 이상 분리할 수 있었고, 이 때 얻은 희토류 핵종 포집생성물은 약 50wt% 수준의 희토류 산화물 함량을 보유하고 있었으며, 이 포집생성물을 화학적 내구성이 우수한 단일상의 균질한 유리고화체로 제조할 수 있었다. 이 결과들은 LiCl-KCl 공융염폐기물 내 희토류 핵종의 분리/고화공정을 단순화하기 위한 방안수립에 활용될 수 있을 것이다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2005년도 ICCAS
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• pp.2226-2230
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• 2005

The Advanced Spent Fuel Conditioning Process (ACP), which is a pre-disposal treatment process for spent fuel is being developed at the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). The ACP equipment is operated in an intense radiation field as well as in a high temperature. Thus, the equipment is designed in consideration of the remote handling and maintenance. This paper describes a Bridge Transported Bilateral Force-Reflecting Servo-Manipulator (BTSM) system, which is being developed to overcome the limitation of access that is a drawback of the mechanical Master-Slave Manipulators (MSMs), which are mounted on the ACP hot cell wall for the operation and the maintenance of the ACP equipment. The BTSM system was manufactured and temporally installed at the mockup to test its performance. The manufactured BTSM system will be installed at the ACP hot cell on June 2005 after the accomplishment of the performance test. The BTSM system consists of four components: a transporter with a telescoping tubeset, a slave manipulator, a master manipulator, and a remote control system. This system will highly increase the volume of coverage for the operation and maintenance of the ACP equipment.

• 사물인터넷융복합논문지
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• 제6권1호
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• pp.1-8
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• 2020

미국의 고급 연료 사이클 이니셔티브 (AFCI) 추진에 이어, 동적 연료 시뮬레이션을 사용하여 글로벌 연료 사이클 이니셔티브 (GFCI)에 대한 분석 제안이 조사되었다. 정치적, 경제적 측면은 핵물질의 특정 특성으로 인해 동시에 고려된다. 미국의 고급 연료 사이클 이니셔티브 (AFCI) 추진에 이어, 동적 연료 시뮬레이션을 사용하여 글로벌 연료 사이클 이니셔티브 (GFCI)에 대한 분석 제안이 조사되었다. 정치적, 경제적 측면은 핵물질의 특정 특성으로 인해 동시에 고려된다. 사용된 핵연료의 미국의 고급 연료 사이클 이니셔티브 (AFCI) 추진에 이어, 동적 연료 시뮬레이션을 사용하여 글로벌 연료 사이클 이니셔티브 (GFCI)에 대한 분석 제안이 조사되었다. 정치적, 경제적 측면은 핵 물질의 특정 특성으로 인해 동시에 고려된다. 사용된 핵연료 (SNF)는 핵 확산 금지 조약 (NPT) 면제 국가와 NPT 제외 국가에 의해 재처리로 처리된다. 그렇지 않으면, 열처리 및 저장소는 NPT 제한 없이 수행 될 수 있다. 또한 국제 무역은 에너지 생산이 GFCI의 주요 이슈인 경제적 측면으로 간주된다. 동적인 시뮬레이션은 2050 년까지 이루어졌다. 국제 무역의 결과는 점차적으로 증가하는 모습을 보여준다. 또한 원자력 발전소 운영은 단계적으로 증가하고 있음을 보여준다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권3호
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• pp.191-197
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• 2017

한국원자력연구원은 IAEA에서 권고하고 있는 안전조치기반설계(SBD)에 입각하여 파이로 안전조치 기술을 개발하고 있다. 한국원자력연구원은 파이로 안전조치접근방안 개발을 위한 IAEA 회원국지원프로그램(MSSP)을 수행하였다. IAEA 회원국 지원프로그램을 통하여 기준파이로시설(REPF) 개념을 설계하고, 이 시설에 대한 안전조치시스템을 개발하였다. 최근에 기준파이로시설은 용량이 증대된 REPF+로 업데이트 되고 있다. 핵물질계량관리시스템 성능평가를 위하여 전산코드 PYMUS를 개발하였으며, PYMUS는 전용탐지획률 통계평가 방안을 포함하여 업그레이드하고 있다. 파이로 입력물질 계량을 위한 비파괴분석장비로 ASNC가 개발되고 있으며, 파이로 출력물질인 U/TRU 잉곳을 계량하기위한 비파괴분석장비로 HIPAI가 개발되고 있다. 또한 컴프톤 억제 감마선분광기술, LIBS 기술, 균질화 공정의 샘플링 오차에 대한 평가도 진행 중이다. 이러한 노력들은 국내에서 선진핵주기기술 실현에 크게 기여할 것이다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권4호
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• pp.261-267
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• 2010

고온 야금 핵연료 재활용 공정이라고 불리는 파이로 프로세싱은 전망 있는 핵연료 재활용 기술로써 잘 알려져 왔다. 파이로 프로세싱은 증가된 핵확산저항성과 경제적 효율 때문에 미래 원자력 시스템에 있어서 중요하다. 파이로 프로세싱의 기본적인 개념은 핵확산저항성을 향상시키는 악티나이드 그룹의 회수로 볼 수 있다. 파이로 프로세싱에서 중요한 공정 중 하나인 전해제련공정은 사용후핵연료로부터 우라늄과 악타나이드를 같이 회수하는 공정이다. 본 연구에서는 수직형 카드뮴 증류장치를 제작하였다. 773~923K, 0.01torr 이하의 압력조건에서 카드뮴의 증류속도는 $12.3{\sim}40.8g/cm^2-h$를 나타내었다. 고순도 아르곤 분위기의 글러브 박스에서 LCC 전해법으로 우라늄-카드뮴 합금을 제작하였다. 순수한 카드뮴과 우라늄-카드뮴 합금중의 카드뮴 증류거동을 조사하였다. 본 연구에서 얻을 수 있었던 카드뮴 증류거동 연구결과를 카드뮴 증류 공정의 개발에 이용할 수 있을 것이다.