사용후핵연료의 전기화학적 금속전환을 위한 5kg $U_{3}O_{8}$ Batch 규모의 Mock-up 시험

5kg $U_{3}O_{8}$ Batch Scale Mock-up Test for the Electrochemical Reduction of Spent Oxide Fuel

한국원자력연구소에서는 산화물 형태의 사용후핵연료를 용융염 매질에서 금속으로 전환함으로써 사용후핵연료의 발열량, 부피 및 방사능을 1/4로 감소시킬 수 있는 전기화학적 금속전환공정을 개발하고 g 규모(3-40g $U_{3}O_{8}$ batch)로 기초실험을 수행하고 있다. 본 연구에서는 전기화학적 금속전환 장치를 5kg $U_{3}O_{8}$ batch 규모로 설계 제작하고, 목표로 하고 있는 20kg $U_{3}O_{8}$ batch 규모 핫셀 실증을 위한 장치설계자료를 산출하기 위해 mock-up test를 수행하였다. 운전변수에 따른 $U_{3}O_{8}$의 전기화학적 환원거동을 규명하였으며, $U_{3}O_{8}$ 분말을 99% 이상 금속전환하여 전기화학적 금속전환공정의 타당성을 kg 규모로 검증할 수 있었다.

An electrochemical reduction technology which can reduce the decay heat, volume, and radioactivity of spent fuel by a factor of quarter through converting oxide type spent fuel to a metallic form in a molten salt was developed and tests in a scale of g (3- 40g $U_{3}O_{8}$ batch) have been carried out by Korea Atomic Energy Research Institute. In this research, the reaction apparatus in a scale of 5kg $U_{3}O_{8}$ batch was designed and manufactured for the mock-up test to obtain design data of the apparatus which will be used for the hot test in a scale of 20kg $U_{3}O_{8}$ batch. The electrochemical reduction behavior of $U_{3}O_{8}$ was analyzed regarding the operational factors and fresh $U_{3}O_{8}$ powder was metallized with a more than 99% yield verifying the process validity of electrochemical reduction process in a kg scale.