• 방사성폐기물학회지
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• 제15권4호
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• pp.343-353
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• 2017

KAERI의 PRIDE 시설에서 공학규모의 전해환원용 원료물질인 $UO_2$ 다공성펠렛 제조를 위해 공정과 장치를 최적화시킨 내용을 다루었다. $UO_2$ 분말과 별도로 attrition 밀링된 대용산화물 분말을 출발분말로, 정밀 칭량을 통해 사용후핵연료 조성을 모사하였다(Simfuel). Simfuel 분말은 각각 tumbling mixer로 혼합하여 균질화 하고, rotary press로 성형하여 furnace를 이용해 소결하였다. $4%\;H_2-Ar$ 분위기에서 $1450^{\circ}C$ 24시간 고온 열처리하여 제조된 소결펠렛은 $6.89g{\cdot}cm^{-3}$의 벌크밀도를 가지며 이는 후속 전해환원 공정의 요구에 부합한다. 소결된 다공성펠렛의 미세구조 관찰을 통해 다공성 기지상과 함께 산화/금속 석출물이 관찰되어 사용후핵연료의 상이 모사됨을 확인하였다. 본 결과는 향후 공학규모 이상의 파이로 연구를 위한 $UO_2$ 다공성펠렛 제조에 중요한 기초자료로 활용 될 것이다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.191-198
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• 2008

The influence of fission products' contents on the DUPIC fuel powder and pellet properties was experimentally evaluated using SIMFUEL as a surrogate for actual spent PWR fuel due to the high radioactivity of spent fuel. Pure $UO_2$ and SIMFUEL pellets with fission products equivalent to a burn-up of 35,000 MWd/tU and 60,000 MWd/tU were used as impurities in this study. The specific surface area of the powder milled after the OREOX treatment increased and resulted in sintered pellets with a theoretical density (TD) higher than 95%, regardless of the impurity contents. However, the grain size of the sintered pellets decreased with the increasing impurity contents. As a result of the dissolved oxides in $UO_2$ from the impurity groups, the specific surface area of the OREOX powder increased with an increase of the impurities. The grain size of the sintered pellets was significantly decreased by the metallic and oxide precipitates.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2002년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.840-843
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• 2002

The dry pulverizing/Mixing device is used to deal with the spent fuels for the safe disposal. The separated pellets from hulls by a slitting device are put and oxidized from UO$_2$ solid pellet to U$_3$O$\_$8/ powder in the device. The device have been developed based on a voloxidation method which is one of several dry de-cladding methods. We have benchmarked dry de-cladding methods, analyzed applicability to the advanced spent fuel management process, integrated and compared several configuration, and finally derived detailed specifications proper to requirements for the device. Also, thermal characteristics of the device such as thermal stress and strain have been analyzed by the commercial software, 1-DEAS, and the reliability of the results have been verified by the KOLAS(Korea Laboratory Accreditation Scheme). The UO$_2$ solid pellets are put in the device which has a capacity of 20 kgHM per a batch, heated up about 600$^{\circ}C$ in the air environment. Then, the UO$_2$ solid pellets are oxidized into the U$_3$O$\_$8/ powder, and the powder is collected in a special vessel. The device has been designed and developed as fellows: the multi-staged fine hole meshes are used to reduce the size of the powder gradually, heat and air(oxygen) are supplied continuously to reduce the reaction time, and slight vibration effect are applied to collect powder cling to the device.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.136-140
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• 2006

We are developing a vol-oxidizer which transforms the spent $UO_2$ pellets into the $U_3O_8$ power through oxidizing process. The vol-oxidizer consists of furnace, filter, heater and valve etc. When the filter is blocked by the powder, the internal pressure of the furnace is increased owing to the air flow restriction. Then, the furnace vessel is swelled and deformed by it. In this paper, we proposed a procedure of the thermal analysis for furnace vessel design of spent fuel vol-oxidizer. In this work, we determined the thickness of the furnace through analyzing the internal pressure and the thermal stress of the furnace with respect to various pressure and temperature. To analyze the thermal stress, we used ANSYS 8.0 for constructing a FEM model of the furnace, and then analyzed it based on the ASME code. We also surveyed the material property and yield stress of SUS304 with various temperature. Analysis results are compared with the yield stress of the material. We manufactured the furnace and conduct the verification experiments.

• 분석과학
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• 제16권2호
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• pp.117-124
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• 2003

고온 건식공정의 사용후핵연료 산화분말 ($U_3O_8$)과 경 중수로 연계 핵연료 제조공정의 $UO_2$ 소결체 물성 이해에 필요한 Oxygen/Metal 비를 습식 및 건식 분석방법으로 측정하였다. $UO_2$ 분말에 핵분열생성물 원소의 산화물을 일정량 첨가하고 $1,700^{\circ}C$의 수소분위기에서 소결시켜 20,000~60,000 MWd/MtU 연소도 범위의 사용후핵연료와 화학조성이 유사한 모의 사용후핵연료를 제조하였다. 습식법에 의한 O/M 비 측정을 위하여 혼합산 (10 M HCl : 8 M $HNO_3$, 2.5:1 V/V)에 의한 가압산분해법으로 모의 사용후핵연료를 용해하고 우라늄과 핵분열생성물 원소를 추출 크로마토그래피로 분리한 후 금속원소의 총량을 유도결합플라스마 원자방출분광분석법으로 결정하였다. 또한 $UO_2$가 산화될 때의 무게변화를 열중량 무게분석법 (thermogravimetric)으로 측정하여 O/M비를 계산하고 습식법으로 얻은 결과와 비교하였다. $Mo_{0.4}-Ru_{0.4}-Rh_{0.1}-Pd_{0.1}$ 합금이 O/M비 측정에 미치는 영향을 조사하였다.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2004년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.109-113
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• 2004

Slitting device is equipment to separate spent fuel of 250 mm rod cut pellets and hull in order to supply required $UO_2$ pellets through the dry pulverizing/mixing device. For development of its device, We have analyzed slitting programs so that the existing device is modified an appropriate scale in the advanced spent fuel conditioning process. The results of the analysis, we added the automatic separation function of pellets and hull, After slitting. Also, we have concentrated on reducing the operation time so that the support and the body of a slitting blade could have been established in the single structure to be easily maintained. It is based on a design and manufacture of a testing device and we have performed an efficiency evaluation. We have analyzed the results of efficiency tests of the slitting device and get the specification of the slitting device. we complete the basic design of the slitting device by using of these data. Therefore, We apply to a basic data when manufacturing a slitting device.

• 자원리싸이클링
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• 제11권4호
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• pp.3-10
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• 2002

핵연료 원료인 $UO_2$ 분말을 사용해 원자로에서 연소된 사용후 핵연료 소결체를 모의 제조하여 1회 산화ㆍ환원처리하여 분말로 만든 후, 건ㆍ습식 attrition 분쇄에 따른 분말의 특성 및 소결성을 조사하였다. 분쇄에 의한 분말의 평균입자크기는 건식분쇄의 경우에는 1 $mu extrm{m}$ 이하인 미분말이 쉽게 생성되었으나, 습식분쇄에서는 그 이상의 분말만이 생성되었다. 그리고 분쇄분말의 비표면적은 건식분쇄한 경우가 습식분쇄한 경우 보다 높았다. 분말의 미세구조는 건식분쇄에 의해서는 느슨한 응집체가 형성되었으며, 습식분쇄 분말은 압분성이 낮은 불규칙적이고 각진 입자형태를 나타내었다. 건식분쇄에 의해서 압분체 밀도는 크게 증가하며 소결체 요구 조건을 만족하는 이론밀도의 95%이상이 되고 평균 결정립 크기가 8 $\mu\textrm{m}$이상인 소결체를 얻을 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제29권2호
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• pp.93-98
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• 1997

Air-oxidation experiments on unirradiated and irradiated UO$_2$ were performed at temperature from 150 to 375$^{\circ}C$ for investigating the long-term storage behavior of spent PWR fuel. The rate of oxidation was monitored by a thermogravimetric analyzer(TGA) and an X-ray diffraction(XRD). The correlation between the onset-time for U$_3$O$_{8}$ formation and temperature was given as follows, logt(hr) = -12.89+7650/T(K), 423$_2$ pellet, the oxidation rate of irradiated UO$_2$ increase more rapidly at the initial stage and shows a lower saturation point at the later Stage. The Oxidation rate of high bumup UO$_2$ and gadolinia-doped UO$_2$(Gd$_2$O$_3$-UO$_2$) were observed to be much slower than that of unirradiated UO$_2$ pellets.s.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1997년도 추계학술대회 논문집
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• pp.630-633
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• 1997

Spent fuel decladding device and dry voloxidizer is to separate the spent pellet from spent fuel rod cut by 250mm and to convert the spent pellet into powder form for reuse and/or disposal of the spent fuel. There are two methods in decladding and voloxidation of spent fuel, that is, wet method with chemical material and dry method with mechanical device. In this study, to examine the fuel rod decladding process and the pellet voloxidation process, the devices for the spent fuel decladding and the pellet voloxidation with dry method are developed. The decladding machine is designed to separate pellets from fuel rod by slitting device. And, the voloxidizer is designed to convert the spent pellet which is ceramic form into powder form by oxidation using the multi step mesh, vibrator, and air in the high temperature environment. The result of this study, such as operation condition et., will be utilized in the design of the machine for demonstration.

• 방사성폐기물학회지
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• 제4권3호
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• pp.255-263
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• 2006

$UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치는 차세대관리 공정의 금속전환로 안으로 균질화된 분말을 공급하기 위하여 $UO_2$ 펠릿을 산화하여 $U_3O_8$으로 분말화하는 장치이다. 본 연구에는 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계모델을 제시하고, 실증용 분말화 장치를 제작하여 검증실험을 수행한다. 분말화 장치 설계모델은 내부구조, 성능, 가열로 위치와 크기 등이 고려된다. 실험 방법은 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계 모델에 따라 기존의 3단 메시 분말화 장치를 이용하여 분말의 메시 투과시험과 온도변화 특성 실험을 하여 장치 내부구조를 결정한다. $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch의 산화 반응도 실험과 가열로 위치별 온도 분포를 측정하고 장치의 성능과 가열로의 영 역 위치를 결정한다. 장치 크기를 결정하기 위하여 산화전의 20kg의 $UO_2$ 펠릿과 산화후의 $U_3O_8$ 부피를 측정한다. 이상의 결과를 토대로 실증용 분말화 장치를 설계. 제작하고, 검증을 위하여 산화도, 분말특성 및 분석 등을 수행하였다. 산화반응 실험결과 에서 기존장치에 비하여 분말의 메시 투과율이 향상되었으며, 기존의 3단 메시 장치의 $UO_2$ 펠릿산화시간이 13시간 소요된 것에 비하여 8시간으로 단축되었다. $U_3O_8$ 분말 특성 분석결과, 평균 입도가 $40{\mu}m$이었다. 제작된 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 성능과 설계모델 예측 값은 대체로 잘 일치되었다.