화학적 방법에 의한 핵연료의 연소도 측정

Burnup Measurement of Irradiated Uranium Dioxide Fuel by Chemical Methods

PWR 핵연료의 연소도측정은 삼중스파이크(U-233. Pu-242, Nd-150)를 사용한 동위원소 희석 질량분석법으로 U, PU, Nd-148 및 Nd-(145+146)을 정량하여 수행하였다. 이 방법은 먼저 두개의 연속적 이온교환수지 분리과정을 거친다. Pu는 첫번째 음이온 교환수지 분리관(Dowex AG 1 X 8)으로부터 12 M HCl-0.1 M HI 혼합용액으로 분리하고 이어서 0.1 M HCl로 U을 분리하였다. Nd은 질산-메탄올 용리액으로 두번째 음이온 교환수지분리관(Dowex AG 1 X 4) 상에서 분리하였다. 각 부분을 열이온화질량분석법으로 각각의 동위원소비를 측정하였다. Nd-148과 Nd-(145+146) 방법 사이의 차이는 평균 2.07%로 나타났다. 이 결과를 U과 Pu동위원소를 이용한 무거운 원소방법 및 Cs-137의 파괴 감마분광측정법과 비교하였다. 연소도에 대한 U과 Pu의 동위원소 조성의존도와 동위원소사이의 상관관계를 그래프로서 설명하였다.

Destructive methods are used for the turnup determination of an irradiated PWR fuel. One of the methods includes U, Pu, Nd-148 and Nd-(145+146) determination by an isotope dilution mass spectrometry using triple spikes (U-233, Pu-242 and Nd-150). The method involves two sequential ion exchange resin separation procedures. Pu is eluted from the first anion exchange resin column (Dowex AG 1$\times$8) with 12 M HCl-0.1 M HI mixed solution, followed by U elution with 0.1 M HCl. Nd is isolated from other fission products on the second anion exchange resin column (Dowex AG 1$\times$4) with a nitric acid-methanol eluent. Each fraction is analysed by thermal ionization mass spectrometry. The difference between Nd-148 and Nd-(145+146) method is found with an average 2.07%. The results are compared with those by the heavy element method using U and Pu isotopes and by the destructive y-spectrometric measurement of Cs-137. The dependences of isotope composition of U and Pu on burn-up, and correlation between those isotopes are illustrated graphically.