문제 정의

• 따라서 본 연구의 관심 핵종인 Nd 계열의 모든 동위원소들의 생성량을 연소도에 따라 그 거동 을 알 수 있다. 코드에 내재되어 있는 기본계산에 적용된 주요 인자는 원자로에 분포되어있는 에 너지에 따른

  제안 방법

  • 후)차폐 형">차폐형 성분분석기(Shielded EPMA)를 이용하여 한국형 경수로발전소에서 연소된 35,000 MWd/MTU, U-235의 농축도 3.2%인 UO₂ 사용후핵연료의 연소도 측정 방법을 제시하였다. ORIGEN₂ 코드로 계산한 연소도에 따른 Nd의 농도와 EPMA 분석에 의한 Nd의 농도는 거의 일치하였다.
  • 고방사능의">제작하였다. 고방사능의 피폭을 방지하기 위하여 미세하게 절단된 시편을 이송하여 전도성 레진으로 mounting 한 뒤 연마 및 에칭하였다. 시편의 제조는 silver paint(Leistsilver 2000 silver paint, TED PELLA, INC.
  • 후)뒤연마">뒤 연마 및 에칭하였다. 시편의 제조는 silver paint(Leistsilver 2000 silver paint, TED PELLA, INC.)를 충분히 묻힌 시료를 진공기에 넣고 시료 내부로 silver paint가 충분히 침투하게 하여 시료의 전도성을 보강시켰다. 이는 시편 홀더에 충분히 묻힌 silver paint가 표면 활성(capillary active)현상을 일으켜 시료 내부로 침투하여 들어가므로 시료 표면에 입사된 빔의 전도체 역할을 하는 것으로 ">믿어진다[5]. 일반적으로 핵연료 시편의 분석시 시편에 입사된 전자빔의 접지를 위해 전도성 재료의 증착 작업이 되어야 하나 본 시험에서는 전도성 레진으로 mounting 된 시편에 silver paint를 덧칠하는 방법으로 진행하였다. 이 방법은 후)핵분열 생성물인">핵분열생성물인 Nd, Mo, Ru, Rh 와 Pd 등을 분석하기 위한 인가전압은 25 kV, 전류는 20 nA로 하였다. Nd의 분석은 WDS-1의 PET X-tal의 La X-ray line을 이용하였으며, Mo는 WDS 1의 PET X-tE의 Ka X-ray line, Ru, Rh, Pd는 WDS-2의 PET X-tal의 La X-ray line을 이용하여 분석하였다.
  • 후)인가 전압은">인가전압은 25 kV, 전류는 20 nA로 하였다. Nd의 분석은 WDS-1의 PET X-tal의 La X-ray line을 이용하였으며, Mo는 WDS 1의 PET X-tE의 Ka X-ray line, Ru, Rh, Pd는 WDS-2의 PET X-tal의 La X-ray line을 이용하여 분석하였다.
  • 후)핵분열 생성물">핵분열생성물 조성을 분석한 결과를 요약하였다. EPMA분석의 정확도를 비교하고자 Oak Ridge National Laboratory에서 개발한 0RIGEN-2 코드로 연소조건을 모사하여 제조된 비조사핵연료인 모의핵연료(Simulated Fuel)를 제조하여 습식 분석하였다. 동일한 시료를 사용하여 EPMA 분석 방법에 대한 기술을 배양하여 사용후핵연료에 적용하였다.
  • ">습식 분석하였다. 동일한 시료를 사용하여 EPMA 분석 방법에 대한 기술을 배양하여 사용후핵연료에 적용하였다. Table 3에서 보는 바와 같이 Fig. 3과 같은 한국형경수로 핵연료 시편의 중심부위에서 외면부위 방향으로 25 지점에 대해 Nd의 농도를 측정하였고, 측정된 Nd 농도부터 위에서 유도된 실험식으로 연소도를 계산하여 Fig. 3과 같이 핵연료의 연소도 분포를 나타내었다.
  • ORIGEN₂ 코드로 계산한 연소도에 따른 Nd의 농도와 EPMA 분석에 의한 Nd의 농도는 거의 일치하였다. EPMA로 분석한 Nd의 조성과 ORIGEN₂ 코드로 계산한 Nd의 조성 분포를 이용하여 사용후핵연료의 연소도를 예측하는 다음과 같은 일차 실험식을 유도하였다.
  • ORIGEN-2코드로 계산된 연소도와 실험 결과로부터 유도된 위의 실험식으로 한국형 경수로 핵연료의 반경방향 연소도 측정을 하였다.

  대상 데이터

  • 고준위의 사용후핵연료를 취급할 수 있는 시설인 한국원자력연구소 조사재시험시설 (Irradiated Material Examination Facility)의 핫셀(hot cell)에서 경수로발전소에서 연소된 35,000 MWd/MTU, U-235의 농축도 3.2%인 UO₂ 사용후핵연료를 절단하여 EPMA 시편을 제작하였다. 고방사능의 피폭을 방지하기 위하여 미세하게 절단된 시편을 이송하여 전도성 레진으로 mounting 한 본 시험에 사용한 EPMA (Electron Probe Micro Analyzer, SX-50R, CAMECA, Paris, France)는 방사능을 띤 조사 핵연료를 시험할 수 있도록 시편 장착 부위, WDS 및 Chamber 등을 납과 텅스텐으로 차폐시켰으며, 시편의 방사능 세기가 37 GBq까지 시험이 가능하도록 하였다.

    성능/효과

    • 2%인 UO₂ 사용후핵연료의 연소도 측정 방법을 제시하였다. ORIGEN₂ 코드로 계산한 연소도에 따른 Nd의 농도와 EPMA 분석에 의한 Nd의 농도는 거의 일치하였다. EPMA로 분석한 Nd의 조성과 ORIGEN₂ 코드로 계산한 Nd의 조성 분포를 이용하여 사용후핵연료의 연소도를 예측하는 다음과 같은 일차 실험식을 유도하였다.
    • 후)입력 변수를">입력변수를 다시 조정하여 적합한 모의핵연 료를 만들 수 있으며, 본 연구와 같은 시험방법으로 연소도 측정 등에 관한 연구를 할 수 있다. 본 연구에서 사용된 핵연료는 바로 표준 가압경수로에서 나온 UO₂ 핵연료이므로 그 안에 있는 Nd 의 무게 분율을 통채 코드 계산값과 비교한 결과 약 35,000 MWd/MTU 정도의 연소도임을 알 수 있었다. 따라서 Nd의 무게 분율을 실험적으로 알 수 있다면 후)사용후 핵연료">사용후핵연료 Nd 농도 계산 결과와 비교한 결과 측정치와 거의 같은 값을 나타내었다. 비록 화학분석의 방법이 가장 정확하기는 하지만, 6개월 이상의 긴 분석기간, 높은 방사능으로 인한 시험자 피폭, 정교하고 복잡한 분리 및 추출과정을 피할 수 있고, 특히 2차 방사성폐기물의 발생을 억제할 수 있는 EPMA에 의한 사용후핵연료 연소도 측정이 가능하다고 판단된다.

    후속연구

    • 후)사용후 핵연료에서">사용후핵연료에서 정확하게 측정 가능하다는 것을 의미한다. 또한 원자로에서 사고 발생시 연료봉의 국부적인 연소도 측정이 요구되지만, 현재의 연소도측정 방법으로는 시료의 체취 및 오랜 분석 기간 등으로 인하여 많은 어려움이 예상되지만, EPMA를 이용하여 Nd의 농도를 분석함으로 상기의 문제점들을 해소할 수 있을 것이다.
    • 앞으로 다양한 연소도를 갖는 핵연료 시험으로 Nd의 농도를 측정함으로서 Fig. 2의 결과의 유용성이 검증된다면 EPMA를 이용한 사용후핵연료의 연소도 측정의, 실용화를 이룰 수 있을 것으로 사료된다. 아울러 계산된 값들의 거동을 후)외면 부위에는">외면부위에는 국부적으로 70,000 MWd/MTU로 높은 연소도를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 부위별 연소 이력을 확인함 으로서 원자로의 출력과 핵연료의 특성 및 중성자속 분포 등을 확인하는 중요 자료로 이용될 수 있으며, 또한 이 실험과정에서 얻어진 경험과 기술을 토대로 원자로 운전조건 및 새로운 핵연료의 개발에 활용 될 수 있을 것이다.