초록 ▼

III-1. 고온용융염 전해환원 시스템 개발
본 과제에서는 PWR 사용후핵연료의 부피감용 및 재활용을 위한 핵심공정인 전해환원 공정을 선도적으로 개발하고, 이를 실험실 규모(20 kgHM/batch)에서 공학규모(10 tonHM/yr)로 Scale-up 하기 위한 공정운전 자료 생산과 공정시스템 최적화 연구를 중점적으로 수행하였다.
- Lab-scale(20 kg HM/batch) 전해환원시스템 성능평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해정련과 연계 가능한 금속 환원전극 바스켓에 기반한 전해

III-1. 고온용융염 전해환원 시스템 개발
본 과제에서는 PWR 사용후핵연료의 부피감용 및 재활용을 위한 핵심공정인 전해환원 공정을 선도적으로 개발하고, 이를 실험실 규모(20 kgHM/batch)에서 공학규모(10 tonHM/yr)로 Scale-up 하기 위한 공정운전 자료 생산과 공정시스템 최적화 연구를 중점적으로 수행하였다.
- Lab-scale(20 kg HM/batch) 전해환원시스템 성능평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해정련과 연계 가능한 금속 환원전극 바스켓에 기반한 전해환원 시스템 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 용융염 휘발 억제 및 용융염 재사용이 가능한 반응기 설계기술 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 기존의 Pt 기준전극에 비하여 안정한 Li-Pb 기준전극 시스템 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 입자특성에 따른 전해환원 반응특성 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 공정최적화 기술이 반영된 신개념의 20 kgHM/batch 전해환원시스템 설계 및 제작
<TEX>$\cdot$</TEX> 20 kgHM/batch 전해환원 공정운전 최적화
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해셀 전위 및 공정 물질수지 자료 생산
- 전해환원시스템 공정개선 및 최적화 기술개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 마그네시아 구조재의 용융염에서의 화학적/열적/기계적 안정성 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 백금산화전극 운전조건 확립 및 백금대체 세라믹 산화전극 개발
- 공정해석용 반응공학 및 물리/화학적 데이터 생산
<TEX>$\cdot$</TEX> 리튬금속 화합물이 전해환원 반응에 미치는 영향 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> Actinide surrogate들의 전해환원 거동 자료 생산
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해환원 금속전환 시스템 모델링
III-2. HT 전해정련 시스템 개발
본 과제에서는 전해환원 공정에서 환원된 금속전환체의 대부분을 차지하는 우라늄을 회수하기 위한 연구과제로써, 연속식 HT 전해정련 장치개발, 연속식 염중류장치 개발, 우라늄 잉곳 제조장치 개발 및 <TEX>$UCl_3$</TEX> 제조 장치의 연구항목을 포함한다.
- 연속식 High-throughput (HT) 전해정련 장치 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 전산코드를 이용한 양극/음극 구조설계
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale HT 전해정련 시스템 제작 및 시운전 실시
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale HT 전해정련 시스템 성능평가 수행
<TEX>$\cdot$</TEX> 흑연음극의 내구성평가, U석출물 밀도 및 Morphology 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> HT 전해정련 시스템 전산모사 모델 개발, 검증 및 Scale-up 설계자료 생산
- 연속식 염증류장치 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 연속식 Cathode Processor 구조설계
<TEX>$\cdot$</TEX> Cathode Processor 및 연속 조업방식의 시험평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 연속식 염증류장치 제작 및 시운전 실시
<TEX>$\cdot$</TEX> 잔류용융염 오염도 평가 및 제염실험
<TEX>$\cdot$</TEX> 염증류 회수 용융염(LiCl-KCl)의 조성/정제도 및 재순환을 확립
- 연속식 우라늄 잉곳 제조장치 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 잉곳제조장치 및 연속 조업방식의 시험평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 틸팅형 U잉곳 주조장치 제작 및 시운전 실시
<TEX>$\cdot$</TEX> U잉곳제조방식에 대한 평가 및 분석
- 삼염화우라늄(<TEX>$UCl_3$</TEX>)제조장치 및 용융염 이송 시스템 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해정련 우라늄염화물(<TEX>$UCl_3$</TEX>) 제조특성 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 우라늄염화물(<TEX>$UCl_3$</TEX>) 제조장치 설계 제작
<TEX>$\cdot$</TEX> <TEX>$UCl_3$</TEX> 제조장치 운전 및 내구성 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> <TEX>$UCl_3$</TEX> 용융염 이송시스템 개발
III-3. TRU 회수 전해제련 시스템 개발
본 연구의 범위는 우라늄을 고순도로 회수하는 전해정련 운전 후 공융염(LiCl-KCl)중의 잔류 U와 TRU(Np, Pu, Am, Cm)를 회수하기 위한 액체 카드뮴음극(LCC) 전해제련 기술, 회수된 TRU 석출물로부터 카드뮴과 TRU를 회수하기 위한 카드뮴 증류 기술, 폐용융염내 저농도의 악티늄족을 회수하기 위한 잔류 악티늄족 회수(RAR) 기술 및 용융염계 TRU 회수 전해공정을 해석할 수 있는 전산모사 기술을 포함한다.
- 액체카드뮴음극 전해제련 기술
<TEX>$\cdot$</TEX> U dendrite 관찰용 모의 액체음극 전해제런 장치
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale TRU 회수 액체음극 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> TRU 회수 액체음극 전해제련 장치 및 특성시험
<TEX>$\cdot$</TEX> 액체음극 전해제련장치 성능시험
- 액체금속 TRU 석출물 증류기술 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 액체금속 TRU 석출물 증류장치 제작
<TEX>$\cdot$</TEX> 액체금속 TRU 석출물 증류장치 특성시험
<TEX>$\cdot$</TEX> 온도와 압력에 따른 Cd 증발속도 측정
<TEX>$\cdot$</TEX> 액체금속 TRU 석출물 증류장치 성능시험
- 폐용융염 잔류 악티늄족 회수기술 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 신개념의 폐용융염 잔류 악티늄족 회수 방암 수립
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 폐용융염 잔류 악티늄족 회수장치 제작
<TEX>$\cdot$</TEX> 폐용융염 잔류 악티늄족 회수 특성시험
<TEX>$\cdot$</TEX> 폐용융염 잔류 악티늄족 회수장치 성능시험
- 전해제련공정 전산모사기술 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 용융염계 전해제련 전극반응 및 물질이동 모델 정립
<TEX>$\cdot$</TEX> 용융염계 전해제련 전산모델 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 전해제런공정의 전산모사 가능성 평가
- 공학규모 Mock-up TRU 회수 전해제련 공정장치 설계
III-4. 염폐기물 재생 고화 시스템 개발
본 과제의 목적은 lab-scale 장치를 이용하여 사용후 산화물 핵연료의 파이로공정에서 발생하는 염폐기물을 최소화 하고 고건전성 고화체를 제조하는 기술을 개발하는 것이다. 염폐기물 재생을 위하여 염폐기물 내 포함되어 있는 핵종만을 분리하고 정제된 염을 상위공정(환원 및 정련)에 재사용하는 기술이 개발되었고 염재생공정에서 발생하는 최종 폐기물들을 고감용성 및 고건전성 고화체로 제조하기 위해 새로운 무기 고정화매질을 이용한 고화처리 기술이 개발되었다.
- LiCl염폐기물 재생기술 개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 고방열성 I/II족 핵종의 무기매질에 의한 제거특성 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> I/II족핵종 고효율제거 대체기술 평가
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 고방열성 I/II족 핵종제거 시스템 설계/제작 및 성능평가
- LiCl-KCl 공융염폐기물 재생기술개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 산화 침전에 의한 희토류핵종 제거기술의 기초평가
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 희토류핵종 제거장치 개발 및 성능평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 증류 응축에 의한 침전 잔류물 중의 순수 공융염 회수기술의 기초평가
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 공융염 감압증류/응축회수장치 개발 및 성능평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 고농도 염소가스 건식제거 기술개발
- 염재생공정 잔류폐기물의 고화처리기술개발
<TEX>$\cdot$</TEX> 적정 고화체 제조방안 도출 및 기초특성평가
<TEX>$\cdot$</TEX> 고화체 제조조건에 따른 물리화학적 특성평가
<TEX>$\cdot$</TEX> Lab-scale 고화공정시스템 설계/제작 및 성능평가

Abstract ▼

III-1. Development of Electrolytic Reduction System for PWR Spent Fuel
This project team is a leading research group in the field of an electrolytic reduction process for the volume reduction and recycling of PWR spent fuel and has intensively carried out research on a process optimization and th

III-1. Development of Electrolytic Reduction System for PWR Spent Fuel
This project team is a leading research group in the field of an electrolytic reduction process for the volume reduction and recycling of PWR spent fuel and has intensively carried out research on a process optimization and the production of operation data to scale up an electrolytic reduction system from a lab-scale to an eng-scale.
- Test of a lab-scale(20 kg HM/batch) electrolytic reduction system
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of an electrolytic reduction system based on a metal cathode basket which can be linked to an electrefining process
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of the design technology to suppress the vaporization of molten salts and enable a reuse of the molten salts
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of a more stable Li-Pb reference electrode compared to a previous Pt reference electrode
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of the electrolytic reduction behaviors by considering the powder characteristics
<TEX>$\cdot$</TEX> Design and construction of an optimized new electrolytic reduction system (20 kgHM/batch)
<TEX>$\cdot$</TEX> Optimization of the operation of an electrolytic reduction system (20 kgHM/batch)
<TEX>$\cdot$</TEX> Production of voltage and material balance data
- Development of process optimization technology
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of the chemical/thermal/mechanical stability of magnesia
<TEX>$\cdot$</TEX> Establishment of the operational conditions for Pt anodes and the development of ceramic anodes
- Production of data for the analysis of the process
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of the effects of lithium compounds on an electrolytic reduction reaction
<TEX>$\cdot$</TEX> Analysis on the electrolytic reduction behaviors of actinide surrogates
<TEX>$\cdot$</TEX> Modeling of an electrolytic reduction system
III-2. Development of High-Throughput(HT) Electrorefining System
This project aims to recover pure uranium from the reduced spent fuel by electrorefining in LiCl-KCl eutectic salt. This work includes the research field as follows; 1) development of HT electrorefining, 2) development of cathode process, 3) development of continuous ingot manufacturing equipment, and 4) development of preparatioin apparatus and transfer system for LiCl-KCl-<TEX>$UC_{13}$</TEX> salt
- Development of high-throughput (HT) electrorefining
<TEX>$\cdot$</TEX> Structural design of anode/cathode using CFX code
<TEX>$\cdot$</TEX> Manufacture and test of Lab-scale HT electrorefining system
<TEX>$\cdot$</TEX> Performance test of Lab-scale HT electrorefining system
<TEX>$\cdot$</TEX> Durability test of graphite cathode and evaluation of density and morphology of U deposit
<TEX>$\cdot$</TEX> Development and verification of simulation model for HT electrorefining system and production of design data for scale-up
- Development of cathode processor
<TEX>$\cdot$</TEX> Structural design of HT cathode processor
<TEX>$\cdot$</TEX> Test and evaluation of HT cathode processor
<TEX>$\cdot$</TEX> Manufacture and test of lab-scale cathode processor
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of pollution level of residual salt and decontamination test
<TEX>$\cdot$</TEX> Establishment of composition, purity and recycle ratio of distilled LiCl-KCl Salt
- Development of the continuous Ingot manufacturing equipment
<TEX>$\cdot$</TEX> Test evaluation of ingot manufacturing equipment and series operation method.
<TEX>$\cdot$</TEX> The productivity provision available with the pouring operation by the continuously throw and tilting.
<TEX>$\cdot$</TEX> The evaluation about the uranium ingot casting equipment.
- Development of preparation apparatus and transfer system for LiCl-KCl-<TEX>$UC_{13}$</TEX> eutectic salt
<TEX>$\cdot$</TEX> Characterization of preparation for LiCl-KCl-<TEX>$UC_{13}$</TEX> eutectic salt
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of operation property and durability of <TEX>$UC_{13}$</TEX> making equipment
<TEX>$\cdot$</TEX> Determination of capacity and unit processor for <TEX>$UC_{13}$</TEX> making equipment and preparation of design requirement
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of transfer system for LiCl-KCl-<TEX>$UC_{13}$</TEX> eutectic salt
III-3. Development of the Electrowinning System for TRU Recovery
A scope of this study includes an electrowinning technology of LCC(Liquid Cadmium Cathode) to recover actinides such as uranium and TRU(Np, Pu, Am, Cm) remained in the molten salt(LiCl-KCl) transferred after an electrorefining process which collects uranium of high purity, a cadmium distillation technology to separate the Cd(Cadmium) and actinides from recovered actinide/Cd products by LCC, a technology for the residual actinides recovery(RAR) to treat the spent salt of low concentration, and a computer analysis technology to simulate the electrolytic process of molten salt system for TRU recovery.
- LCC Electrowinning technology
<TEX>$\cdot$</TEX> Fabrication of a simulated LCC electrowinner to observe the U dendrite growth
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of the LCC assembly inhibiting the U dendrite growth
<TEX>$\cdot$</TEX> Fabrication and characteristics test of an lab-scale LCC electrowinner
<TEX>$\cdot$</TEX> Performance test of an lab-scale LCC electrowinner
- Distillation technology of TRU deposits on LCC electrowinner
<TEX>$\cdot$</TEX> Fabrication of an lab-scale cadmium distiller electrowinner
<TEX>$\cdot$</TEX> Characteristics test of an lab-scale cadmium distiller
<TEX>$\cdot$</TEX> Measurement of Cd evaporation rate at various temperature and pressure
<TEX>$\cdot$</TEX> Performance test of an lab-scale cadmium distiller
- Residual actinides recovery technology
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of new concept for RAR
<TEX>$\cdot$</TEX> Fabrication of an lab-scale residual actinides recovery equipment
<TEX>$\cdot$</TEX> Characteristics test of an lab-scale residual actinides recovery equipment
<TEX>$\cdot$</TEX> Performance test of an lab-scale residual actinides recovery equipment
- Computational Simulation for the electrowinning process
<TEX>$\cdot$</TEX> Establishment of electrode reaction and mass transport models
<TEX>$\cdot$</TEX> Development of time-dependent multicomponent electrochemical model
<TEX>$\cdot$</TEX> Evaluation of simulation capability on a specific electrowinning system
- Design of an engineering-scale PRIDE electrowinning system
III-4. Development of Waste Salt Regeneration and Solidification System
The goals of this project was to minimize waste salt generation from pyroprocess of spent metal fuel and to develop durable high level waste forms by using lab-scale apparatus. For the minimization of waste salt generation, salt recycle technologies by a selective removal of FPs from waste salts and then recycle of the refined salts to the main processes (i.e., electrolytic reduction and electrorefining process) had been developed. The final wastes from salt regeneration processes were fabricated into durable ceramic waste forms by novel inorganic immobilization matrix to enhance the integrity and safety during interim storage or final disposal
- Development of reuse technology for LiCl waste salt
<TEX>$\cdot$</TEX> Group I/II fission products separation by inorganic matrix
<TEX>$\cdot$</TEX> Alternative technologies Group I/II fission product separation
<TEX>$\cdot$</TEX> Design/setup and performance test of lab-scale Group I/II fission product separation system
- Development of reuse technology for LiCl-KCl eutectic waste salt
<TEX>$\cdot$</TEX> Rare-earth fission products separation by oxidative precipitation method
<TEX>$\cdot$</TEX> Set-up of lab-scale rare-earth fission product separation apparatus and performance tests
<TEX>$\cdot$</TEX> LiCl-KCl recovery tests from the rare earth precipitates by distillation method
<TEX>$\cdot$</TEX> Set-up and performance tests of the lab-scale salt vacuum distillation/condensation recovery apparatus
<TEX>$\cdot$</TEX> Dry removal apparatus for high concentration chlorine gas
- Development of waste solidification technology for residual waste
<TEX>$\cdot$</TEX> Setup of solidification method for residual waste and its characterization
<TEX>$\cdot$</TEX> Characterization of two kinds of monolithic wasteforms
<TEX>$\cdot$</TEX> Design/setup and performance test of lab-scale waste solidification system

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 22
• CONTENTS ... 44
• 목차 ... 45
• 제 1 장 서론 ... 46
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 48
• 제 1 절 국외 파이로 기술개발 현황 ... 48
• 1. 미국의 연구개발 현황 ... 48
• 2. 일본의 연구개발 현황 ... 49
• 3. 러시아의 연구개발 현황 ... 49
• 제 2 절 국내 파이로 공정 기술개발 현황 ... 49
• 제 3 장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 51
• 제 1 절 연구개발 목표달성도 ... 51
• 1. 고온 용융염 전해환원 시스템 개발 ... 51
• 2. HT 전해정련 시스템 개발 ... 51
• 3. TRU 회수 전해제련 시스템 개발 ... 52
• 4. 염폐기물 재생.고화 시스템 개발 ... 52
• 제 2 절 관련분야에의 기여도 ... 52
• 제 4 장 연구개발결과의 활용계획 ... 54
• 제 5 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 55
• 제 6 장 참고문헌 ... 59
• 고온 용융염 전해환원시스템 개발 ... 60
• High-Throughput (HT) 전해정련 시스템 개발 ... 339
• 끝페이지 ... 615