초록 ▼

핵비확산성 건식공정 산화물 핵연료 기술개발의 세부과제인 본 연구 “핵연료 원격 제조 기술개발”은 제 2차 원자력진흥종합계획(2001. 7)과 2001년 12월 한국과학기술기획평가원의 연구 기획에 따라 사용후핵연료를 건식, 직접 가공방식으로 재가공하여 핵연료를 제조하고, 핵비확산성 핵연료주기 기술을 이용한 사용후핵연료 재활용 핵심 요소 기술을 실험실 규모로 입증하는 것이다. 이를 위해 사용후핵연료를 건식 공정을 통하여 직접 가공한 산화물 핵연료 기술개발과 관련된 핵심 요소 기술을 도출하고, 이를 단계적으로 확보하는 것에 연구목표를 두

핵비확산성 건식공정 산화물 핵연료 기술개발의 세부과제인 본 연구 “핵연료 원격 제조 기술개발”은 제 2차 원자력진흥종합계획(2001. 7)과 2001년 12월 한국과학기술기획평가원의 연구 기획에 따라 사용후핵연료를 건식, 직접 가공방식으로 재가공하여 핵연료를 제조하고, 핵비확산성 핵연료주기 기술을 이용한 사용후핵연료 재활용 핵심 요소 기술을 실험실 규모로 입증하는 것이다. 이를 위해 사용후핵연료를 건식 공정을 통하여 직접 가공한 산화물 핵연료 기술개발과 관련된 핵심 요소 기술을 도출하고, 이를 단계적으로 확보하는 것에 연구목표를 두었다. 이에 따른 본 연구의 제 1 단계 주요 연구개발 내용 및 범위는 다음과 같다. 1. 불순물 다량 함유한 사용후 핵물질 소결 특성 평가 $\cdot$Simfuel을 이용한 불순물 함유 핵물질 소결 특성 평가 $\cdot$Simfuel 소결체내 불순물 성분별 분포 분석 $\cdot$불순물 함유 사용후핵물질 소결 특성 평가 $\cdot$사용후핵물질 소결체내 불순물 성분별 분포 분석 2. 핵연료 제조 및 공정 기술 개선 $\cdot$핵연료봉 제조공정 흐름도 최적화 $\cdot$핵연료 분말/소결체 제조 공정 및 품질관리 체계 구축 $\cdot$핵연료 분말/소결체 제조기술 개선 $\cdot$분말 미분쇄/조립화기술 개선 $\cdot$유동층 이용 제조된 분말제조 기술 최적화 및 응용 $\cdot$핵연료 소결기술 개선 $\cdot$Multi-pin 집합개념 핵연료의 제조 기술 타당성 분석 $\cdot$핵연료봉 용접기술개선 3. 원격 제조/재료특성 연구 $\cdot$OREOX공정, 분말밀링 및 압분/소결 공정 최적화 연구 $\cdot$고밀도 소결체 제조특성 연구 $\cdot$핵종 거동 및 화학적 특성 연구 $\cdot$제조 공정조건별 핵분열생성물 거동 특성 연구 $\cdot$사용후핵연료 건식 재활용 기술 분석 $\cdot$건식 직접 가공공정 최적화 4. 조사시험용 핵연료봉 제조 $\cdot$하나로 조사시험용 건식 재가공 핵연료봉 제조 $\cdot$조사시험용 건식 재가공 핵연료봉 시제품 제조

Abstract ▼

This study is one of the sub projects of the program "Development of Proliferation Resistant Fuel Technology" which was launched in accordance with the long-term R&D plan(2001. 7) and STEPI's R&D plan. The aim of this study is to develop the essential technology of dry refabrication using spent fuel

This study is one of the sub projects of the program "Development of Proliferation Resistant Fuel Technology" which was launched in accordance with the long-term R&D plan(2001. 7) and STEPI's R&D plan. The aim of this study is to develop the essential technology of dry refabrication using spent fuel materials in a laboratory scale on the basis of proliferation resistance policy. The emphasis is placed on the assessment and the development of the essential technology of dry refabrication using spent fuel materials. The major scope and contents of the phase I (2002. 4. 1 - 2005. 2. 28) study are as follows: 1. Evaluation of the sinterability of spent fuel materials containing various fission products Evaluation of the sinterability of Simfuel $\cdot$ containing various fission products $\cdot$Analysis of the distribution of impurity elements in the Simfuel pellets $\cdot$Evaluation of the sinterability of spent fuel material containing various fission products $\cdot$Analysis of the distribution of impurity elements in the spent fuel pellets 2. Improvement of fuel manufacturing and process technology $\cdot$Optimization of fuel element manufacturing process flow $\cdot$Establishment of fuel powder/pellet manufacturing process and quality control system $\cdot$Improvement of fuel powder and pellet manufacturing technology $\cdot$Improvement of powder milling and granulation technology $\cdot$Development of powdering technology using fluidized bed $\cdot$Improvement of fuel sintering technology $\cdot$Feasibility study on the manufacturing technology of multi-pin assembling fuel $\cdot$Improvement of the welding technology of fuel element 3. Study on remote fuel fabrication and material properties $\cdot$Study on the optimizing of OREOX process, milling process, pressing and sintering process $\cdot$Study on the fabrication and properties of high density pellets $\cdot$Study on the release behavior and chemical properties of fission gases Study on the release behavior of fission $\cdot$ products in terms of fabrication conditions $\cdot$Analysis of dry recycling technology of spent fuel $\cdot$Optimization of dry directly refabricating process 4. Fabrication of fuel element for irradiation tests $\cdot$Fabrication of dry recycled fuel mini-elements for the irradiation testing in HANARO $\cdot$Fabrication of dry recycled fuel elements for demonstration.

목차 Contents

• 요 약 문 ...4
• SUMMARY ...10
• 제 1 장 연구개발 과제의 개요 ...41
• 제 2 장 국$\cdot$내외 기술개발 현황 ...50
• 제 1 절 사용후핵연료 건식처리 기술개발 현황 ...52
• 1. 건식 재처리 기술 ...52
• 2. 국내$\cdot$외 연구개발 동향 ...59
• 제 2 절 고온 열처리공정 핵종거동 특성 연구현황 ...68
• 1. 연구 동향 개요 ...68
• 2. 미국 ORNL 연구 동향 ...72
• 3. 캐나다 연구 동향 ...85
• 4. 일본 연구 동향 ...101
• 5. 시험 결과 종합 분석 ...110
• 제 3 절 세부기술 사항의 검토분석 ...117
• 1. 국내$\cdot$외 기술수준 비교 ...117
• 2. 핵심 기술별 기술 수준 비교 ...118
• 3. 개발중인 새로운 기술 ...120
• 4. 건식처리 기술의 전망 ...121
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...124
• 제 1 절 불순물 다량 함유한 사용후핵물질 소결 특성 평가 ...126
• 1. Simfuel을 이용한 불순물 함유 핵물질 소결 특성 평가 ...126
• 2. 불순물 함유 사용후핵물질 소결 특성 평가기술 분석 ...142
• 3. Simfuel 소결체내 불순물 성분별 분포 분석 ...192
• 4. 사용후핵물질 소결체내 불순물 성분별 분포 분석 ...195
• 제 2 절 핵연료 제조/공정 기술 개발...233
• 1. 핵연료 분말 제조 공정 관리 체계 구축 ...233
• 2. 핵연료 소결체 제조 품질관리 체계 구축 ...234
• 제 3 절 핵연료 제조 기술 및 공정 흐름 분석 ...244
• 1. 핵연료 분말/소결체 제조기술 개선...244
• 2. 사용후핵연료 이용 산화/환원 공정조건별 분말 및 소결체 제조기술 개선...252
• 제 4 절 사용후핵연료 이용 분말, 소결체, 핵연료봉 제조공정 기술 및 흐름도 최적화 ...275
• 1. 분말, 소결체, 핵연료봉 제조 공정기술 및 흐름도 최적화...275
• 2. 핵연료 사양을 만족하는 건식 재가공 핵연료 제조 ...276
• 제 5 절 핵연료 소결기술 개선 및 공정 최적화 연구 ...292
• 1. 첨가제 첨가에 의한 소결공정 개선 ...292
• 2. 연소도별 모의 사용후핵연료 이용 첨가제에 의한 소결 공정 개선 225...294
• 제 6 절 유동화 이용 분말제조기술 최적화 및 응용 ...320
• 1. OREOX 공정 개선을 위한 유동층 장치 제작 ...320
• 2. 유동층 장치 개선을 위한 설계 및 제작 ...323
• 3. 유동화를 이용한 핵연료 분말제조 특성 분석 및 기술 개선 ...324
• 제 7 절 멀티핀 집합개념 핵연료의 제조기술 타당성 분석 ...330
• 1. 멀티핀 집합 개념 분석 ...330
• 2. 멀티핀 집합개념 핵연료 제조 기술성 분석 ...337
• 제 8 절 연료봉 용접기술 개선 ...364
• 1. 조사시험용 연료봉 이용한 핵연료봉 용접기술 개선 ...364
• 2. 연료봉 진직도 검사기술 개선 ...365
• 3. 결언 ...368
• 제 9 절 원격제조 및 재료 특성 연구 ...369
• 1. OREOX 공정, 분말 밀링 및 압분/소결 공정 최적화 연구 ...369
• 2. 제조공정 조건별 핵분열생성물 거동 특성 분석 ...382
• 3. 핵종 거동 및 제조된 핵연료의 화학적 특성 분석 ...408
• 4. 소결공정 조건별 핵분열생성물 거동 특성 연구 ...418
• 6. 건식 직접 가공 공정 최적화 ...349
• 제 10 절 조사시험용 핵연료봉 제조 ...425
• 1. 4차 하나로 조사시험용 건식 재가공 핵연료봉 제조...425
• 2. 5차 하나로 계장조사시험용 건식 재가공 핵연료봉 제조...440
• 제 11 절 위탁과제 : Spark Plasma Sintering(SPS)을 이용한 신소결 기술개발...450
• 제 12 절 국제 협력 ...488
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ...491
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ...496
• 제 6 장 참고 문헌 ...501