건식 재가공 산화물전환체 제조 기술개발 82

그림 1.1.1.1. 연구개발 과제의 기술적 필요성 및 추진전략 93

그림 1.1.1.2. Average discharge burnup(GWd/tHM) of the Peak Reload Batch in Europe 94

그림 2.1.2.1. 국내 사용후핵연료 연소도 변화 추세 101

그림 2.1.2.2. 235U 초기 농축도에 따른 연소도 변화(이미지참조) 101

그림 2.1.2.3. Decay heat of UO₂ and MOX-FAs dependent on burnup and cooling time(Burnup : Discharge burnup) 103

그림 2.1.2.4. Neutron activity of UO₂ and MOX-FAs dependent on burnup and cooling time(Burnup : Discharge burnup) 103

그림 2.3.2.1. 핵연료 다발의 제조공정 흐름도 111

그림 2.3.2.2. 조립된 fixture 및 핵연료 다발 113

그림 2.3.2.3. 외환봉의 재작업 fixture 114

그림 2.3.2.4. 핵연료 다발용 용접공정장치 개략도 115

그림 2.3.2.5. 핵연료 다발용 input elevator 117

그림 2.3.2.6. 봉단접합판 일련번호 각인 시스템 117

그림 2.3.2.7. 핵연료 다발용 회전 테이블 119

그림 2.3.2.8. 핵연료 다발용 J-plate 119

그림 2.3.2.9. Diaphram cylinder 및 welding gun 120

그림 2.3.2.10. Power electrode 122

그림 2.3.2.11. Ground bushing 123

그림 2.3.2.12. Weighing scale 124

그림 2.3.2.13. Vision system 125

그림 2.4.4.1. 사용후핵연료 재활용을 위한 파이로-고속로 연계 주기 흐름도 129

그림 3.1.2.1. J502-R13, C16 연료봉 연소도 분포 측정 자료 133

그림 3.1.2.2. DFDF로 이송된 사용후핵연료 봉 133

그림 3.1.2.3. K23-MO3 산화 처리된 hull 내부 깊이에 따른 U 농도 분포 특성 136

그림 3.1.2.4. 수평형 기계적 탈피복 장치 설계 도면 138

그림 3.1.2.5. 연료봉 절단 예비시험 사진 138

그림 3.1.2.6. 사용후핵연료 종류별 산화 분말, OREOX 분말 입자크기 분포 140

그림 3.1.3.1. 혼합 연소도 사용후핵연료 산화 및 OREOX 분말 사진 143

그림 3.1.3.2. 저/고연소도 사용후핵연료 혼합 베취별 최종 압분체 시편 밀도값 변화 144

그림 3.1.3.3. 연소도 증가에 따른 최종 압분체 밀도 변화(단일 연소도 기준) 146

그림 3.1.3.4. 저/고연소도 사용후핵연료 혼합 베취별 소결체 밀도값 변화(1X series) 147

그림 3.1.3.5. 연소도 증가에 따른 산화후 무게 이득 변화(단일 연소도 기준) 149

그림 3.1.3.6. 저/고연소도 사용후핵연료 혼합 베취별 소결공정 변화에 따른 이론 밀도값 변화 150

그림 3.1.4.1. DFDF 핫셀내에 설치된 수평식 탈피복장치 152

그림 3.1.4.2. 수평식 탈피복장치 이용 연료봉 절단 핫셀 시험 사진 152

그림 3.1.4.3. 수평식 탈피복장치 이용 J502-C16 연료봉 절단 사진 153

그림 3.1.4.4. 탈피복된 폐피복관 사진 155

그림 3.1.4.5. 개선 사항 반영 수평식 탈피복 장치 설계 도면 158

그림 3.1.4.6. 수평식 탈피복 장치 형상 및 제작된 장치 159

그림 3.2.1.1. Schematic illustration of DSNC 168

그림 3.2.1.2. Radial distribution of Pu concentration in spent fuel 169

그림 3.2.1.3. Schematic illustration of the DUPIC fuel fabrication process 170

그림 3.2.1.4. A certificate of Pu-239 reference material from NIST 172

그림 3.2.1.5. Comparison between the calculated burnup and the measured burnup by gamma spectroscopy for the K23-B16 spent fuel rod. 174

그림 3.2.1.6. Cm-244 중성자 계측을 이용한 사용후핵연료내 핵물질 계량 흐름도 175

그림 3.2.1.7. Flow chart of the spent fuel reference material fabrication process 176

그림 3.2.1.8. Release behaviour of Cs during the heating of spent fuel 179

그림 3.2.2.1. Qualified process of DUPIC fuel fabrication 180

그림 3.2.2.2. A photo of re-oxidized powder of DUPIC fuel 181

그림 3.2.2.3. Neutron counter measurement of spent fuel standard material by using DSNC in IMEF DFDF hot cell. 182

그림 3.2.2.4. Calculated content of several fissile elements in spent fuel with the burnups 184

그림 3.2.2.5. Variation of neutron counting with Cm content 185

그림 3.2.2.6. Variation of neutron counting with Cm content 186

그림 3.2.2.7. DSNC measurement of mixed burnup spent fuel standard material 188

그림 3.2.3.1. Pellet-type spent fuel standard material holder 192

그림 3.2.3.2. Cf-252 neutron source 192

그림 3.2.3.3. Calibration certificate of the Cf-252 neutron source 193

그림 3.2.3.3. Cf-252 source holder and the DSNC measurement 194

그림 3.2.3.4. Neutron emission rate of isotopes in spent fuel with cooling time 195

그림 3.2.3.5. Neutron emission with burnup of pellet-type spent fuel standard material 196

그림 3.2.3.6. Calculated Cm-244 content with burnup 196

그림 3.2.3.7. Relationship of DSNC doubles and Cm-244 content 199

그림 3.3.1.1. 온도에 따른 X-선 회절도형 201

그림 3.3.1.2. 온도에 따른 (U1-yNdy)O2+z 상의 분율(이미지참조) 202

그림 3.3.1.3. 열처리 온도에 따른 상분리 입자형태 변화 203

그림 3.3.1.4. 열처리 온도에 따른 (U1-yREy)O2+z 상에서의 RE(y)의 농도변화(이미지참조) 203

그림 3.3.1.5. 초기 Nd 농도가 다른 분말 X선 회절도형 204

그림 3.3.1.6. (U0.91Nd0.09)O₂ 소결체 열처리 분말(이미지참조) 205

그림 3.3.1.7. RE 성분에 따른 상분리율 206

그림 3.3.1.8. Nd 원소의 기계적 분리효율에 따른 총분리율 207

그림 3.3.1.9. REs의 열처리 온도에 따른 X선 회절도형 208

그림 3.3.1.10. 열처리 온도에 따른 (U1-yREsy)O2+z 상의 분율(이미지참조) 208

그림 3.3.1.11. REs의 열처리 온도에 따른 상분리 입자형상 변화 209

그림 3.3.1.12. 복합성분 희토류원소의 상분리율 210

그림 3.3.1.13. 복합성분 희토류원소의 기계적 분리효율에 따른 총분리율 210

그림 3.3.1.14. 고용성 원소 종류에 따른 X선 회절도형 212

그림 3.3.1.15. 고용성 원소 종류에 따른 상분리 입자형상 212

그림 3.3.1.16. 고온산화 상분리공정의 물질 흐름도 215

그림 3.3.1.17. 응용가능 예상 공정도 215

그림 3.3.2.1. Air-Jet Sieve; 1. Plexiglas Cover, 2. Sieve, 3. Air and Fine Powder Flow 4. Rotating Slotted Nozzle, 5. Housing 217

그림 3.3.2.2. Turbo-Classifier 217

그림 3.3.2.3. 사이클론 218

그림 3.3.2.4. 십자흐름 공기분급기 218

그림 3.3.3.5. 자성분리기 219

그림 3.3.2.6. 고온산화 상분리 기술개요도 220

그림 3.3.2.7. 환원·산화반응 동안 상변화에 의해 발생되는 인장응력과 압축응력 221

그림 3.3.2.8. 저온 환원·산화반응에 의한 결합입자 분리 형상; (a-1) 1150℃ 고온산화분말, (a-2) 1150℃ 고온산화 후 환원분말, (a-3) 1150℃ 고온산화 후 환원·산화분말. (b-1) 1400℃ 고온산화분말, (b-2) 1400℃ 고온산화 후 환원분말, (b-3) 1400℃ 고온산화 후 환원·산화분말 222

그림 3.3.2.9. 환원 및 산화분말의 X선 회절형태; (a) 순수한 U₃O8 분말, (b) 고온산화분말, (c) 고온산화 후 환원분말, (d) 고온산화 후 환원·산화분말(이미지참조) 222

그림 3.3.2.10. 2회 반복 환원·산화반응에 의한 결합입자 분리 형상 223

그림 3.3.2.11. 2회 반복 환원·산화(360℃)반응에 의한 결합입자 분리 형상 224

그림 3.3.2.12. (U1-yREy)O2+z의 단일상의 X선 회절도형(이미지참조) 224

그림 3.3.2.13. 우라늄산화물의 자화율 225

그림 3.3.2.14. 오존 산화반응에 색변화 226

그림 3.3.2.15. 오존 산화반응에 의한 상변화; (a) 순수 U₃O8 분말, (b) 고온산화 혼합상 분말, (c) U₃O8 분말 오존처리 (d) 고온산화 혼합상 분말 오존처리(이미지참조) 227

그림 3.3.2.16. 오존 산화반응 후 분말형상 227

그림 3.3.2.17. 분리체 구성 228

그림 3.3.2.18. 시간에 따른 20 ㎛이하 체분리된 분말 양 229

그림 3.3.2.19. 진동 Sieving 분말 형상; (a-1) 1회 환원·산화분말 ＞ 20㎛, (a-2) 1회 환원·산화분말 ＜ 20㎛, (b-1) 2회 환원·산화분말 ＞ 20㎛, (b-2) 2회 환원·산화분말 ＜ 20㎛ 229

그림 3.3.2.20. 진동 Sieving 분말 형상; (a-1) 1회 환원·산화분말 ＞ 20 ㎛, (a-2) 1회 환원·산화분말 ＜ 20 ㎛, (b-1) 2회 환원·산화분말 ＞ 20 ㎛, (b-2) 2회 환원·산화분말 ＜ 20 ㎛ 230

그림 3.3.2.21. 고구배 자성분리 장치 232

그림 3.3.2.22. 대용산화물의 포집율 233

그림 3.3.2.23. 현탁액 농도에 따른 포집율 233

그림 3.3.2.24. 유속에 따른 포집율 233

그림 3.3.2.25. 필터 충진율에 따른 포집율 233

그림 3.3.2.26. 농도 1 wt.% 분리효율실험 234

그림 3.3.2.27. 농도 2 wt.% 분리효율실험 234

그림 3.3.2.28. 유속에 따른 대용 혼합 산화물의 분리효율 235

그림 3.3.2.29. 대용산화물 분리효율을 이용하여 계산한 투과물내 U 및 RE 조성 235

그림 3.3.2.30. 반복처리 회수에 따른 대용산화물의 자성분리 효율 236

그림 3.3.2.31. 저온 환원·산화처리 분말 및 오존처리 분말의 포집율 237

그림 3.3.2.32. 환원·산화(500℃) 1회 및 2회 반복처리 분말의 분리형상; 1회 처리 분말 : (a-1) 포집분말, (a-2) 투과분말, (a-3) 세척분말; 2회 처리 분말 (b-1) 포집분말, (b-2) 투과분말, (b-3) 세척분말 238

그림 3.3.2.33. 환원·산화(360℃) 1회 및 2회 반복처리 분말의 분리형상; 1회 처리 분말 : (a-1) 포집분말, (a-2) 투과분말, (a-3) 세척분말; 2회 처리 분말 (b-1) 포집분말, (b-2) 투과분말, (b-3) 세척분말 238

그림 3.3.2.34. 환원·산화(500 및 360℃) 2회 반복처리 후 오존처리 분말의 분리형상; 500℃ 처리 분말 : (a-1) 포집분말, (a-2) 투과분말, (a-3) 세척분말; 350℃ 처리 분말 (b-1) 포집분말, (b-2) 투과분말, (b-3) 세척분말 239

그림 3.3.3.1. 시료번호 C2 240

그림 3.3.3.2. 설계된 Pulley형 자성분리기 및 자극배열 도면 242

그림 3.3.3.3. 제작 Pulley형 자성분리기 242

그림 3.3.3.4. 자성분리 및 분말제조 공정도 243

그림 3.3.3.5. 밀링 및 열처리 공정에 따른 분말 SEM관찰 형상 244

그림 3.3.3.6. 자성분리대상 분말의 입자분포 244

그림 3.3.3.7. 자성분리 공정 246

그림 3.3.3.8. 연소도별 고온 산화분말 SEM 형상 247

그림 3.3.3.9. 연소도에 따른 고온 산화분말 입자분포 248

그림 3.3.3.10. 공정 및 공정단계별 생성분말의 평균입도 249

그림 3.3.3.11. 공정 및 공정단계별 생성분말의 비표면적 249

그림 3.3.3.12. AP공정 3차 환원처리 분말 SEM 관찰 형상 250

그림 3.3.3.13. TP공정 3차 환원처리 분말 SEM 관찰 형상 250

그림 3.3.3.14. 공정별 RE/(U+RE) 함량에 따른 성형밀도 251

그림 3.3.3.15. 공정별 RE/(U+RE) 함량에 따른 소결밀도 251

그림 3.3.3.16. 희토류원소 함유분말 자성분리공정 252

그림 3.4.1.1. 핫셀 원격 용접장치의 개선된 기본설계 도면 255

그림 3.4.1.2. Pro-E 이용한 원격 용접장치의 입체형상 도면 256

그림 3.4.1.3. 모듈식 원격 조립장치의 개념 구성 257

그림 3.4.1.4. 모듈식 용접상단부의 개선된 기본설계 도면 258

그림 3.4.1.5. 헤드상단부의 cam lever를 이용한 분리 방법 259

그림 3.4.1.6. 모듈식 가지전극 교환부의 개선된 기본설계 도면 260

그림 3.4.1.7. 주전극부 및 가지전극부의 입체형상 도면 261

그림 3.4.1.8. 모듈식 A면/B면 end-plate 삽입부의 개선된 기본설계 도면 262

그림 3.4.1.9. 모듈식 end-plate 보관함의 개선된 기본설계 도면 263

그림 3.4.1.10. End-plate 삽입부의 전체 기본설계 도면 264

그림 3.4.1.11. End-plate 삽입부의 입체형상 도면 265

그림 3.4.1.12. 다발 conveyor part의 입체형상 도면 266

그림 3.4.1.13. 모듈식 다발 회전부의 개선된 기본설계 도면 267

그림 3.4.1.14. 모듈식 다발 하단부의 개선된 기본설계 도면 268

그림 3.4.1.15. 다발 gripper의 입체형상 도면 269

그림 3.4.1.16. 다발을 이용한 원격 gripper의 입체형상 도면 270

그림 3.4.2.1. 상단 프레임의 개선 전과 개선 후 설계내용 272

그림 3.4.2.2. 용접헤드의 개선 전과 개선 후 설계내용 273

그림 3.4.2.3. A/B면 가지전극부의 개선 전과 개선 후 설계내용 273

그림 3.4.2.4. A/B면 접합판 보관 및 이송부의 개선 전과 개선 후 설계내용 274

그림 3.4.2.5. 조립작업 및 부품 수를 최소화하는 설계방법 275

그림 3.4.2.6. 조립설계 시 부품을 한 방향으로 설계방법 275

그림 3.4.2.7. 조립설계 시 부품의 편차허용 및 삽입교체가 용이한 설계방법 276

그림 3.4.2.8. 조립설계 시 부품의 방향잡기 및 이송을 용이하게 하는 설계방법 277

그림 3.4.2.9. 조립설계 시 시야 범위 내에서 설계하는 방법 278

그림 3.4.2.10. 모듈식 원격 상단 용접장치의 상세 설계도 279

그림 3.4.2.11. 상단 프레임의 상세 설계도 280

그림 3.4.2.12. Single 전극 용접헤드의 상세 설계도 280

그림 3.4.2.13. A/B면 가지전극부의 상세 설계도 281

그림 3.4.2.14. A/B면 접합판 보관함 및 이송부의 상세 설계도 282

그림 3.4.2.15. 상단조립부의 분해 및 조립 구조 도면 283

그림 3.4.2.16. 상단조립부의 주전극 교체 모의동작 도면 284

그림 3.4.2.17. 상단조립부의 가지전극 교체 모의동작 도면 286

그림 3.4.2.18. 상단조립부의 원격 용접작업 모의동작 도면 288

그림 3.4.4.1. 전체 다발장치의 설계 구성 298

그림 3.4.4.2. 모의시험용 다발장치의 1차 설계 모형도 298

그림 3.4.4.3. 원격 전체 다발장치 1차 기본설계 도면 299

그림 3.4.4.4. 메인프레임의 상단 장치부품 1차 상세설계 도면 299

그림 3.4.4.5. 메인프레임의 상단 장치부품 분해 도면 300

그림 3.4.4.6. 메인프레임의 가지전극부품 1차 상세설계 도면 300

그림 3.4.4.7. 메인프레임의 접합판공급 장치부품 1차 상세설계 도면 301

그림 3.4.4.8. 메인프레임의 접합판공급 장치부품 분해 도면 301

그림 3.4.4.9. 메인프레임의 하단상승 장치부품 1차 상세설계 도면 302

그림 3.4.4.10. 하단부의 다발회전 장치부품 1차 상세설계 도면 302

그림 3.4.4.11. 하단부의 다발회전 장치부품 분해 도면 303

그림 3.4.4.12. 하단부의 다발회전 장치부품 조립설계 도면 303

그림 3.4.4.13. 하단부의 연료봉조립 장치부품 1차 상세설계 도면 304

그림 3.4.4.14. Loop door를 이용한 원격 다발장치 모형도 304

그림 3.4.4.15. 원격 전체 다발장치의 2차 설계 모형도 305

그림 3.4.4.16. 개선된 다발장치 설계 추진방법 306

그림 3.4.4.17. 메인 프레임의 상·하단장치 분해 및 결합 모형도 307

그림 3.4.4.18. 상단부의 용접헤드장치 분해 및 결합 모형도 307

그림 3.4.4.19. 하단부의 다발상승장치 분해 및 결합 모형도 308

그림 3.4.4.20. 하단부의 다발 회전장치 조립 및 결합 모형도 308

그림 3.4.4.21. 하단부의 다발 회전장치 분해 및 결합 모형도 309

그림 3.4.4.22. 하단부의 연료봉 조립장치 분해 및 결합 모형도 309

그림 3.4.4.23. 상단 용접헤드의 설계 변경 310

그림 3.4.4.24. 상단 용접헤드의 수정된 설계 내용 310

그림 3.4.4.25. 상·하단 메인프레임의 설계 변경 311

그림 3.4.4.26. 상·하단 메인프레임의 4단 조립 내용 311

그림 3.4.4.27. 완성된 원격 상·하단 다발용접장치 사진 313

그림 3.4.4.28. 원격조정기를 이용한 전극헤드뭉치 lock 분리 315

그림 3.4.4.29. 원격조정기를 이용한 전극헤드뭉치 해체 316

그림 3.4.4.30. 원격조정기를 이용한 전극헤드뭉치 교체 317

그림 3.4.4.31. 원격조정기를 이용한 보조전극부 cover 분리 318

그림 3.4.4.32. 원격조정기를 이용한 보조전극 분리 318

그림 3.4.4.33. 원격조정기를 이용한 보조전극 교체 319

그림 3.4.4.34. X-Y stage unit 320

그림 3.4.4.35. Servo-motors 320

그림 3.4.4.36. Ball screw unit 321

그림 3.4.4.37. Diaphragm cylinder 321

그림 3.4.4.38. Magazine boxes 322

그림 3.4.4.39. Rotary unit (I) 323

그림 3.4.4.40. Rotary unit (II) 324

그림 3.4.4.41. Bundle transfer unit (I) 325

그림 3.4.4.42. Element assembling unit (I) 325

그림 3.4.4.43. Element assembling unit (II) 326

그림 3.4.4.44. Bundle transfer unit (II) 326

사용후핵연료 재가공 고도 전처리공정 개발 374

그림 1.1.1. 기존 저온 휘발성산화공정의 핵종흐름. 386

그림 1.1.2. 고온 고도 휘발성산화공정의 핵종 흐름. 387

그림 2.3.1.1. Average composition in weight percent, PWR and BWR accumulated so far 1968 to 2002 and calculated on the basis of 40 years of cooling. -by ORNL. 397

그림 3.1.1.1. 산화 탈피복 실험 장치 및 산화 전후의 rod-cut 시편 사진 404

그림 3.1.1.2. 500℃에서 고연소도 사용후핵연료 rod-cut 길이 및 산화시간별 탈피복율 변화 405

그림 3.1.1.3. 고연소도 사용후핵연료 rod-cut 일정 길이에서 산화온도별 탈피복율 변화 406

그림 3.1.2.1. ORNL의 rotary kiln 산화 탈피복장치 408

그림 3.1.2.2. KAERI 원격팀의 산화 탈피복 장치 408

그림 3.1.3.1. 산화 탈피복 실험 전·후 rod-cut 시편 및 분말 사진 410

그림 3.1.3.2. 500℃, 10시간 조건에서 연소도 37,000 MWd/tU 사용후핵연료 rod-cut 길이별 산화 탈피복율 변화 411

그림 3.1.3.3. 사용후핵연료 연소도 변화에 따른 산화 탈피복율 변화(온도, 길이별) 413

그림 3.1.4.1. DFDF 핫셀에 설치된 수평형 기계적 탈피복장치 사진 414

그림 3.1.4.2. 수평형 기계적 탈피복 장치 성능 시험 사진 415

그림 3.2.1.1. 오존 산화장치 417

그림 3.2.1.2. 동력 및 유량에 따른 오존농도 418

그림 3.2.1.3. UO₃ 분말 420

그림 3.2.1.4. 온도에 따른 전환 420

그림 3.2.1.5. 우라늄고용체의 오존산화 특성 420

그림 3.2.1.6. MO₃ 화합물 열처리에 의한 상변화 421

그림 3.2.1.7. Ru 오존산화처리 421

그림 3.2.1.8. CsI의 오존산화 반응 전후의 X선 회절형태 변화 422

그림 3.2.2.1. 회전로형 휘발성 산화공정 실험장치 423

그림 3.2.2.2. 입자크기 제어 실험 결과 424

그림 3.2.2.3. 고온진공 휘발성 산화공정 실험장치도 426

그림 3.2.2.4. 회전 및 고정부 426

그림 3.2.2.5. 회전/고정부간의 진공유지 O-ring 427

그림 3.2.2.6. 배기체 온도유지 가열기 427

그림 3.2.2.7. 분말배출용 mesh 428

그림 3.2.2.8. 유틸리티라인과 반응로 분리 428

그림 3.2.2.9. 보수시 가열기 분리 428

그림 3.2.2.10. 휘발성 산화장치 429

그림 3.2.2.11. 운전프로그램 및 실측온도 429

그림 3.2.3.1. Cs, Te 및 Cs₂Te의 산화에 필요한 평형산소분압 431

그림 3.2.3.2. 열처리분위기에 따른 Cs(l), Cs₂O(l) 및 Cs₂O₂(s,l)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 433

그림 3.2.3.3. 열처리분위기에 따른 Te(l) 및 TeO₂(s,l)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 434

그림 3.2.3.4. 열처리분위기에 따른 Cs 화합물의 최대증기압 436

그림 3.2.3.5. 금속석출물내 Mo, Tc, Ru, Rh, Pd 및 순수한 금속의 산화에 필요한 평형산소분압 438

그림 3.2.3.6. Tc 및 Ru의 Tc₂O7(s,l) 및 RuO₄(l)로 산화에 필요한 평형산소분압(이미지참조) 438

그림 3.2.3.7. 열처리분위기에 따른 [Mo]A3, Mo(s), MoO₂(s), 및 MoO₃(s,l)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 440

그림 3.2.3.8. 열처리분위기에 따른 [Tc]A3, Tc(s) 및 TcO₂(s)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 440

그림 3.2.3.9. 열처리분위기에 따른 [Ru]A2, Ru(s) 및 RuO₂(s)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 441

그림 3.2.3.10. 열처리분위기에 따른 Rh(s), [Rh]A2, Rh₂O₃(s)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 441

그림 3.2.3.11. 열처리분위기에 따른 [Pd]A1, Pd(s) 및 PdO(s)의 기화성 화학종의 최대평형증기압(이미지참조) 442

그림 3.2.3.12. 귀금속 및 귀금속 산화물의 산화 휘발거동 444

그림 3.2.3.13. CsI의 휘발거동 445

그림 3.2.4.1. 실험에 사용된 금속생성물 형성 단일성분의 형상 447

그림 3.2.4.2. Mo의 산화율(500~600℃) 449

그림 3.2.4.3. Ru의 산화율(500~700℃) 449

그림 3.2.4.4. Ru의 산화율(800~1,000℃) 449

그림 3.2.4.5. Rh의 산화율(500~1,000℃) 450

그림 3.2.4.6. Ru분말의 산화후 X선 회절분석 모형 ; (a) Ru, (b) Ru-black : 800℃, (c) Ru＜45㎛ : 800℃, (d) Ru＜45㎛ : 900℃, (e) Ru＜45㎛ : 1000℃ 450

그림 3.2.4.7. Ru분말의 산화후 X선 회절분석 모형 ; (a) Rh, (b) Rh-black : 600℃, (c) Ru＜45㎛ : 1000℃ 451

그림 3.2.4.8. 열처리분위기에 따른 Cs₂MoO₄, RuO₂ 및 Rh₂O₃의 휘발율 452

그림 3.2.4.9. 온도에 따른 우라늄산화물 분말의 입자성장 453

그림 3.2.4.10. 진공분위기하에서 입자성장 453

그림 3.2.4.11. 열처리 온도 및 시간에 따른 U₃O8 분말형태(이미지참조) 454

그림 3.2.4.12. 진공 열처리된 (U0.91Nd0.09)₃O8 분말형태(이미지참조) 454

그림 3.2.5.1. 고도 휘발성 산화시스템 455

그림 3.2.5.2. 휘발성 산화장치의 개략도 457

그림 3.2.5.3. 산화진공열처리기 457

그림 3.2.5.4. 시료주입 458

그림 3.2.5.5. 열처리 단계 및 열처리기 회전속도 459

그림 3.2.5.6. 단위공정별 온도 Profile 459

그림 3.2.5.7. 산화 및 열처리 후 회수분말 460

그림 3.2.5.8. 구형 응집체 SEM 사진 460

그림 3.2.5.9. 응집체 알갱이 및 기공 관찰 461

그림 3.2.5.10. 탭핑에 따른 분말형상변화 관찰 461

그림 3.2.5.11. 내벽부착분말의 sieving 시간에 따른 입도변화 462

그림 3.2.5.12. 15분 sieving 후 측정한 탭밀도 462

그림 3.2.5.13. 열처리 조건 및 회전속도 463

그림 3.2.5.14. 리프팅 프라이트 구조 및 초기 분말층 464

그림 3.2.5.15. 원료입자 절단면: (a) U₃O8 및 (b) UO₂(이미지참조) 464

그림 3.2.5.16. 원료입자 미세구조: (a) U₃O8 및 (b) UO₂(이미지참조) 464

그림 3.2.6.1. 개조 휘발성 실험장치 466

그림 3.2.6.2. 배기체 처리장치와 접속부 466

그림 3.2.6.3. 1150℃ 열처리 분말 입도분포 467

그림 3.2.6.4. 1150℃ 열처리 분말 누적입도분포 467

그림 3.2.6.5. 입자형상 468

그림 3.2.6.6. 진공도에 따른 RuO₂ 휘발량 469

그림 3.2.6.7. RuO₂ 분말의 진공휘발 후 X선 회절 모형; (a) 0.76 torr, 1000℃/1hr, (b) 0.76 torr, 1000℃/5 hr, (c) 7.6 torr, 1100℃/1hr, (d) 0.76 torr, 1200℃/1hr 469

그림 3.2.6.8. Rh₂O₃ 분말의 진공휘발중 DTA 곡선; (a) 0.76 torr (b) 7.6 torr (c) 76 torr 470

그림 3.2.6.9. Rh₂O₃ 분말의 진공휘발 후 X선 회절모형; (a) 76 torr, 5hr, (b) 7.6 torr, 1hr, (c) 0.76 torr, 1hr 470

그림 3.2.6.10. 압력에 따른 Rh₂O₃ 열분해 온도 471

그림 3.2.6.11. 열처리분위기에 따른 Cs₂MoO₄ 휘발특성 471

그림 3.2.6.12. 제거율 증대 공정조건 472

그림 3.3.1.1. Flow diagram of off-gas treatment system for voloxidation process 477

그림 3.3.1.2. Assembly drawing of furnace 481

그림 3.3.1.3. Part assembly drawing of furnace 481

그림 3.3.1.4. Assembly drawing of furnace heater 482

그림 3.3.1.5. Assembly drawing of pipe 482

그림 3.3.1.6. Part drawing of pipes 483

그림 3.3.1.7. Piping diagram # 1 483

그림 3.3.1.8. Piping diagram # 2 484

그림 3.3.1.9. Jig drawing of assembly and disassembly for pipes 484

그림 3.3.1.10. Design drawing of voloxidizer 485

그림 3.3.1.11. Design drawing of iodine trapping container 485

그림 3.3.1.12. Off-gas trapping system 489

그림 3.3.1.13. Control system of off-gas trapping system 489

그림 3.3.1.14. Heating part of voloxidizer and Cs trapping units in off-gas trapping system 490

그림 3.3.1.15. Heating part of Ru trapping unit and I trapping units in off-gas trapping system 490

그림 3.3.1.16. voloxidizer and trapping units 491

그림 3.3.1.17. voloxidizer 491

그림 3.3.1.18. Vacuum system 492

그림 3.3.1.19. Temperature check of control system in off-gas trapping system 493

그림 3.3.1.20. Vacuum check of vacuum system 493

그림 3.3.2.1. Two-zone furnace 495

그림 3.3.2.2. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 2.7g 497

그림 3.3.2.3. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 5.4 g 497

그림 3.3.2.4. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium generation quantity of 8.2g 498

그림 3.3.2.5. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 10.8g 498

그림 3.3.2.6. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 13.4g 499

그림 3.3.2.7. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 19.04g 499

그림 3.3.2.8. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantify of 43.61g 500

그림 3.3.2.9. Photograph of fly ash filter after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 53.8g 500

그림 3.3.2.10. Photograph of fly ash filters after trapping cesium at cesium volatilization quantity of 81.8g 501

그림 3.3.2.11. Cs trapping quantity on fly ash filter in terms of cesium volatilization quantities in air atmosphere 502

그림 3.3.2.12. XRD patterns of fly ash filters after trapping cesium in terms of cesium trapping quantities in air atmosphere 503

그림 3.3.3.1. Inner part of off-gas trapping system 505

그림 3.3.3.2. 기체상 몰리브덴 포집 후 석탄회 필터의 외관 505

그림 3.3.3.3. XRD patterns of 1'st fly ash filter after trapping gaseous molybdenum 506

그림 3.3.3.4. SEM-EDX analysis of 1'st and 7'th fly ash filters after trapping gaseous molybdenum 506

그림 3.3.3.5. 기체상 세슘 포집 후 석탄회 필터의 외관 508

그림 3.3.3.6. XRD patterns of 1'st fly ash filter after trapping gaseous cesium as a function of trapping temperature 509

그림 3.3.3.7. SEH-EDX analysis of 1'st, 4'th and 5'th fly ash filters after trapping gaseous cesium at the trapping temperature of 1000℃ 510

그림 3.3.3.8. SEM-EDX analysis of 1'st, 3'rd and 4'th fly ash filters after trapping gaseous cesium at the trapping temperature of 1100℃ 511

그림 3.3.3.9. 기체상 루테늄 포집 후 칼슘필터의 외관 512

그림 3.3.3.10. SEM-EDX analysis of 1'st and 2'nd calcium filters after trapping gaseous ruthenium 513

그림 3.3.3.11. XRD patterns of 1'st calcium filter after trapping gaseous ruthenium 513

그림 3.3.3.12. 기체상 레늄 포집 후 칼슘필터의 외관 515

그림 3.3.3.13. SEM-EDX analysis of 1'st and 2'nd calcium filters after trapping gaseous rhenium 515

그림 3.3.3.14. XRD patterns of 1'st calcium filter after trapping gaseous rhenium 516

그림 3.3.3.15. XRD patterns of molten salt containing cesium an molybdenum 518

그림 3.3.3.16. 기체상 세슘과 몰리브덴 포집 후 석탄회 필터의 외관 518

그림 3.3.3.17. SEM-EDX analysis from 1'st to 4'th fly ash filters after trapping gaseous cesium and molybdenum 519

그림 3.3.3.18. XRD patterns of 1'st fly ash filter after trapping gaseous cesium and molybdenum 520

그림 3.3.3.19. 기체상 세슘과 레늄 포집 후 석탄회 필터 및 칼슘필터의 외관 522

그림 3.3.3.20. SEM-EDX analysis from 1'st, 3'rd, 4'th, to 10'th fly ash filters after trapping gaseous cesium and rhenium 523

그림 3.3.3.21. XRD patterns of 1'st fly ash filter after trapping gaseous cesium and rhenium 524

그림 3.3.3.22. SEM-EDX analysis from 1'st and 2'nd calcium filters after trapping gaseous cesium and rhenium 524

그림 3.3.3.23. XRD patterns of 1'st calcium filter after trapping gaseous rhenium 525

그림 3.3.3.24. SIMFUEL 배기체 포집 후 석탄회 필터, 칼슘필터 및 AgX의 외관 526

그림 3.3.3.25. 필터 제조실험 527

그림 3.3.3.26. 제조된 석탄회 필터 II 및 칼슘 필터 II 527

그림 3.3.3.27. Photograph of Ca-II filters after trapping Re under a vacuum condition of 76 torr 529

그림 3.3.3.28. XRD patterns of Ca-II filter after trapping Re under a vacuum condition of 76 torr 529

그림 3.3.3.29. Photograph of Ca-II filters after trapping Mo under a vacuum condition of 76 torr 530

그림 3.3.3.30. XRD patterns of Ca-II filter after trapping Mo under a vacuum condition of 76 torr 530

그림 3.3.3.31. Photograph of Ca-II filters after trapping Sb under a vacuum condition of 76 torr 531

그림 3.3.3.32. XRD patterns of Ca-II filters after trapping gaseous Sb under a vacuum condition of 76 torr 532

그림 3.3.4.1. 핫셀 내 설치된 tube furnace 534

그림 3.3.4.2. Gamma-spectrometry system 535

그림 3.3.4.3. 산화분말의 산화 및 열처리 운전 조건 536

그림 3.3.4.4. Tube furnace 온도 분포 536

그림 3.3.4.5. 연소도별 온도변화에 따른 세슘 방출거동 537

그림 3.3.4.6. 석탄회 필터 깊이별 Cs-134, Cs-137 count 수 변화 538

그림 3.4.1.1. 염소화합물의 증기압 곡선 539

그림 3.4.1.2. ZrO₂ 와 CCl₄ 반응의 △G 값 540

그림 3.4.1.3. 360℃ 염소반응 후의 시편 542

그림 3.4.1.4. 액체질소 급냉 후 시편의 표면상태 542

그림 3.4.1.5. 기계적 산화피막 제거장치 설계도 542

그림 3.4.1.6. 제작된 기계적 산화피막 제거장치 542

그림 3.4.1.7. 기계적 방법에 있어 로타 횟수에 따른 산화막 제거 543

그림 3.4.1.8. 명암 대비표 544

그림 3.4.1.9. 로터 회전수에 따른 산화피막제거율 544

그림 3.4.2.1. 염소반응 장치 546

그림 3.4.2.2. 실험전 샘플 모습 546

그림 3.4.2.3. 반응시간에 따른 반응률 546

그림 3.4.2.4. 실험전 샘플 모습 546

그림 3.4.2.5. 40분 실험 후 샘플 547

그림 3.4.2.6. Cl₂농도에 따른 반응률 547

그림 3.4.2.7. 반응온도에 따른 반응률 547

그림 3.4.2.8. 산화피막이 25% 제거된 샘플 547

그림 3.4.2.9. 산화막 제거율에 따른 반응률 (350℃, 염소농도 20%, 30분 반응) 548

그림 3.4.2.10. 피복관 산화온도에 따른 반응율 548

그림 3.4.2.11. 산화피막이 25% 제거된 샘플의 반응 후 샘플 548

그림 3.4.2.12. Zirlo 시료의 반응 후 모습 548

그림 3.4.2.13. 폐피복관 염소처리 공정도(1) 549

그림 3.4.2.14. 폐피복관 염소처리 공정도(2) 549

그림 3.4.2.15. 폐피복관 염화물 불순물 제거 장치 550

그림 3.4.3.1. 파이렉스로 만든 실험장치 사진 551

그림 3.4.3.2. 염소화합물 분리 실험 장치 551

그림 3.4.3.3. 실험 절차도. 552

그림 3.4.3.4. 300℃에서 2시간 경과 후 냉각부분에 포집된 분말 554

그림 3.4.3.5. 300℃에서 5시간 경과 후 냉각부분에 포집된 분말 554

그림 3.4.3.6. 350℃에서 10시간 경과 후 554

그림 3.4.3.7. 350℃에서 10시간 유지 후 채집한 분말 555

그림 3.5.1.1. Manipulator booth 교체장면 557

그림 3.5.1.2. 교체된 booth 557

그림 3.5.1.3. 오염된 manipulator slave 557

그림 3.5.1.4. 50 L 고체 폐기물 용기 부품 제염 장면 557

그림 3.5.2.1. IAEA 봉인 제거 장면 558

그림 3.5.2.2. Roof door를 여는 장면 558

그림 3.5.2.3. DFDF roof door를 개봉한 장면 558

그림 3.5.2.4. 고체폐기물 캐스크 558

그림 3.5.2.5. 고체폐기물 캐스크를 RWTF로 이송 중인 장면 559

그림 3.5.2.6. Roof door를 통한 알루미나 튜브 장입 장면 559

건식 재가공 전환체 물성특성 연구 590

그림 3.1.1. 다이나믹 밀 개략도 611

그림 3.1.2. UO₂ 펠렛 제조공정 개략도 612

그림 3.1.3. 밀링시간에 따른 UO₂ 분말의 평균 입자 크기 613

그림 3.1.4. 밀링시간에 따른 UO₂ 분말의 입자 크기 분포 613

그림 3.1.5. 밀링시간에 따른 UO₂ 분말의 비표면적 614

그림 3.1.6. 밀링시간에 따른 UO₂ 분말의 O/U 비 615

그림 3.1.7. 밀링시간에 따른 성형밀도 616

그림 3.1.8. 밀링시간에 따른 소결밀도 617

그림 3.1.9. 모의 산화물전환체 제조공정 618

그림 3.1.10. 밀링시간에 따른 모의 산화물전환체의 성형밀도 및 소결밀도 620

그림 3.1.11. 모의 산화물전환체의 미세구조 621

그림 3.1.12. Nd₂O₃의 첨가량 별 밀링시간 및 성형압력에 따른 성형 및 소결밀도 624

그림 3.1.13. CeO₂의 첨가량 별 밀링시간 및 성형압력에 따른 성형 및 소결밀도 625

그림 3.1.14. Nd₂O₃의 첨가량에 따른 (U,Nd)O₂의 결정립 크기 626

그림 3.1.15. CeO₂의 첨가량에 따른 (U,Ce)O₂의 결정립 크기 626

그림 3.1.16. 모의 산화물전환체의 연소도에 따른 용융점 변화 627

그림 3.1.17. 열질량분석기의 개략도 630

그림 3.1.18. 산화 후 산화물의 XRD pattern 631

그림 3.1.19. 모의 산화물전환체의 산화온도별 시간에 따른 산화 분율 (Burn-up: SS1→3 at%, SS2→6 at%, SS4→6 at%) 632

그림 3.1.20. 673 K 및 823 K에서 모의 산화물 전환체의 연소도별 시간에 따른 산화 분율 (Burn-up : SS-1→3 at%, SS-2→6 at%, SS-4→12 at%) 633

그림 3.1.21. 연소도 별 온도에 따른 산화유도시간 634

그림 3.1.22. 절대온도 역수에 따른 산화유도시간 634

그림 3.1.23. 연소도에 따른 산화유도시간 635

그림 3.1.24. 온도에 따른 분말화시간 636

그림 3.1.25. 절대온도 역수에 따른 분말화시간 637

그림 3.1.26. 연소도에 따른 분말화 시간 638

그림 3.1.27. 연소도별 온도에 따른 산화속도 639

그림 3.1.28. 절대온도 역수에 따른 산화속도 639

그림 3.1.29. 연소도에 따른 산화속도 641

그림 3.1.30. 연소도에 따른 활성화에너지 641

그림 3.1.31. 크리프 시험 장치 개략도 644

그림 3.1.32. 1773 K에서의 응력에 따른 크리프 변형속도 645

그림 3.1.33. 1973 K에서의 응력에 따른 크리프 변형속도 645

그림 3.1.34. 25.4 MPa에서의 온도에 따른 크리프 활성화에너지 647

그림 3.1.35. 68.7 MPa에서의 온도에 따른 크리프 활성화에너지 647

그림 3.1.36. 전형적인 응력-변형 곡선 649

그림 3.1.37. 굽힘시험기 개략도(3등분점) 650

그림 3.1.38. 온도에 따른 항복응력 651

그림 3.1.39. 온도에 따른 탄성계수 652

그림 3.1.40. 열팽창 측정기 및 개략도 (Thermo-Mechanical Analyzer, TMA) 654

그림 3.1.41. Ce, Nd 함유 모의 산화물 전환체 및 UO₂의 열팽창 655

그림 3.1.42. Ce 함유 모의 산화물전환체의 순간 열팽창계수 656

그림 3.1.43. Nd 함유 모의 산화물전환체의 순간 열팽창계수 657

그림 3.1.44. Ce 함유 모의 산화물전환체의 밀도 변화 658

그림 3.1.45. Nd 함유 모의 산화물 전환체의 밀도 변화 659

그림 3.2.1. U-Pu-Zr-5MA-5RE합금의 미세조직 사진 661

그림 3.2.2. 액티나이드 금속의 결정구조 671

그림 3.2.3. 액티나이드와 란타나이드의 증발점, 용융점, 원자부피 및 결정구조 671

그림 3.2.4. Pu의 전자분포 673

그림 3.2.5. Np의 전자분포 673

그림 3.2.6. Al, Ga Ce 및 Am이 첨가된 δ 상의 격자상수 675

그림 3.2.7. U-19Pu-10Zr-5MA-5RE에서 Am, Nd 및 Ce의 재분포 676

그림 3.2.8. 사용후핵연료 차세대관리공정 677

그림 3.2.9. 용해주조 과정 679

그림 3.2.10. 비열 측정기 및 개략도(Differential Scanning Calorimeter) 680

그림 3.2.11. 금속전환체의 비열특성 681

그림 3.2.12. 열팽창 측정기 및 개략도 (Thermo-Mechanical Analyzer, TMA) 683

그림 3.2.13. 온도에 따른 열팽창 684

그림 3.2.14. 순간 열팽창 계수 686

그림 3.2.15. 온도에 따른 밀도변화 686

그림 3.2.16. 열확산도 측정장비 및 개략도 (LFA, Laser Flash Appratus) 687

그림 3.2.17. 금속전환체의 열확산도 689

그림 3.2.18. 금속전환체의 열전도도 690

그림 3.2.19. 산화속도 측정장비 (TGA, Thermo-Gravimetric Analyzer) 691

그림 3.2.20. 금속전환체 종류별 온도에 따른 산화거동 693

그림 3.2.21. 금속전환체 종류별 온도의 역수에 따른 산화속도 694

그림 3.2.22. 온도별 연소도에 따른 산화속도 694

그림 3.2.23. 873 K에서의 응력에 따른 크리프 변형속도 696

그림 3.2.24. 973 K에서의 응력에 따른 크리프 변형속도 696

그림 3.2.25. 탄성계수 측정기 개략도 697

그림 3.3.1. 불순물 함유한 핵연료의 확산계수 전산모사 방법 700

그림 3.3.2. VASP 코드의 계산순서 708

그림 3.3.3. 슈도포텐셜의 분포 예 708

그림 3.3.4. VASP 코드의 입력 및 출력 709

그림 3.3.5. UO₂ 단위셀의 격자상수 711

그림 3.3.6. 이산화우라늄과 금속 우라늄의 확산계수 비교 712

그림 3.3.7. 불순물 함유한 핵연료의 확산계수 전산모사 방법 713

그림 3.3.8. 공공 형성에너지 및 지논의 이동에너지 714

그림 3.3.9. 지논의 확산거동 평가를 위한 AKMC 코드의 계산 알고리듬 717

그림 3.3.10. 지논의 확산거동을 모사한 개략도 718

그림 3.3.11. 전산모사에 의한 지논의 이동 718

그림 3.3.12. 확산계수 측정 실험장비 사진 722

그림 3.3.13. 확산계수 측정 실험 장치 개요 722

그림 3.4.1. 산화속도시험기의 시스템 교정 및 불확도 평가 과정 726

그림 3.4.2. 무게이득의 변화 727

그림 3.4.3. 산화속도의 변화 728

그림 3.4.4. 비열 실험의 불확도 평가 과정 731

그림 3.4.5. 표준물질의 비열 변화 732

그림 3.4.6. 열팽창 실험의 불확도 평가 과정 735

그림 3.4.7. 표준물질의 열팽창 변화 736

그림 3.4.8. 열확산 불확도 평가 절차 739

그림 3.4.9. 열확산 측정값 및 불확도 740