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UO$_{2}$ 펠릿 산화로의 분말 비산 방지를 위한 최종속도 측정
Measurement of Terminal Velocity for Scatter Prevention of Powder in the Voloxidizer for Oxidation of UO$_{2}$ Pellet 원문보기

방사성폐기물학회지 = Journal of the Korean Radioactive Waste Society, v.3 no.2, 2005년, pp.77 - 84  

김영환 (한국원자력연구소) ,  윤지섭 (한국원자력연구소) ,  정재후 (한국원자력연구소) ,  진재현 (한국원자력연구소) ,  홍동희 (한국원자력연구소)

초록
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실증용 UO$_{2}$ pellet 산화로의 실증을 위한 제한된 핫셀 공간 안에서 사용후 핵 연료를 취급하는 산화로는 소형화 하여야 하고, 사용후 핵 연료 분말은 UO$_{2}$ pellet 산화로 장치로부터 비산되지 않아야 한다. 본 연구에서는 분말의 최종속도를 구하기 위하여 Stokes식과 밀도비식을 제안하였다. U$_{3}$O$_{8}$ 의 최종속도 SiO$_{2}$ 의 최종속도를 사용하여 예측하였고, 비산방지를 할 수 있는 최적유량을 결정하였다. SiO$_{2}$ 의 이론 최종속도 식을 검증하고, U$_{3}$O$_{8}$ 과 관계식을 예측하기 위하여 아크릴 장치를 만들었다. 목업시설 에 설치 된 산화로에서 제안된 이론최종속도식 인 Stokes식 의 20 L/min과 밀도비식의 14.5 L/min을 적용하여 U$_{3}$O$_{8}$ 분말의 필터감지에 의해 검증하였다. 그 결과 밀도비식에 의한 14.5 L/min은 U$_{3}$O$_{8}$ 이전혀 검출되지 않았고, Stokes식의 20 L/min에서는 평균 7$\mu$m 의 입도분말이 검출되었다. 따라서 UO$_{2}$ pellet 산화로에서 U$_{3}$O$_{8}$이 비산되지 않는 최적유량은 14.5L/min임을 알 수 있었고, 제안된 밀도비식이 바람직함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 or...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 차세대 관리 공정들 중에서 방사성 독성이 강한 특정 원소를 추출하는 금속 전환로의 반응 효율을 높이기 위해서 산화로에서 UO2 pellet을 산화하여 균질한 U3O8 분말을 공급하여야 한다. UO2 pellet 산화로의 최종 속도 측정 실험의 목적은 범용의 실증용 U0 pellet 산화로의 기본설계 자료 산출을 위한 것이다. 국외 연구 동향을 보면 미국의 ANL에서는 AIROX 기술에 바탕을 둔 AFCI (Advanced AOueous Separations) 연구의 일환으로 DOEX(Decladding via the Oxidation of Spent Oxide Fuel)와 핵분열성 물질에 대한 휘발 특성 관련 분말의 필터 포집에 관한 연구를 수행하였다.
  • 설계 자료 산출을 위해서 핫셀 공간은 제한되어 있고, 방사성 독성이 높은 사용후핵연료를 취급해야 한다는 조건을 고려하여 소형화된 장치를 개발하여야 하며, 분말이 비산되지 않으면서 최대 회수율을 갖는 장치가 되어야 한다. 따라서, 최종 속도 실험에서는 장치 출구에서 분말이 밖으로 비산되지 않는 적정의 유량을 결정하고자 한다. 이를 위해서 UO2 pellet과 SiO2의 이론식을 Stokes 법칙으로 구하여 관계식을 비교하였다.

가설 설정

  • (실리카 분말)의 최종 속도를 측정하기 위하여 Stokes식(식2)과 계산 프로그램(그림 2)을 사용하였다. 500℃ 의 U3O8 조건에서와는 달리 SiO에 대한 공기 특성을 상온으로 가정하였으며, 그 분말 입도의 크기는 1-120 ㎛를 사용하였다.
  • 최종 속도를 계산하기 위한 조건은 다음과 같다. SiO2 밀도는 2.2 ~ 2.6 g/cm3(2.2로 계산)이 고입자형상을 구형으로 가정하였다. 상온공기 특성에서 공기밀도 1.
  • 분말 비산방지를 위한 공기 속도 계산 조건은 다음과 같다. 대상 분말의 입도는 1 ㎛, U3O8 밀도는 8.39 g/cm3, 입자형상은 구형을 가정하였으며, 상온공기 특성에서의 공기밀도를 1.220 kg/m3, 점성계수 1.8 X 10-5 kg/m ∙ s 로 하였고, 500 ℃ 에서 공기 특성 밀도를 0.457 kg/m3, 점성계수 3.55 X 10-5 kg/m ∙ s 이고, 1기압으로 가정하였다.
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