Development of a Simulation Program for the Li-Reduction Process of PWR Spent Fuel

PWR 사용후핵연료의 Li 환원과정 모사 프로그램 개발

In this paper a computer program was developed, which simulates the Li reduction process of PWR spent fuel, and the amount of a produced metal or chloride compound was calculated at the various amount of Li with the program. It establishes a database, which is composed of some characteristics related to a chemical reaction equation and thermodynamic data, and it calculates the transformed rate of PWR spent fuel oxide at the certain amount of Li by using the database as input data. As the results of the performance test of the program, it was validated that the transformed values of oxides, except for $Eu_2O_3$ and $Sm_2O_3$, were almost the same to within about a 6 % error with those calculated by the previous code and that the calculated amount of Li was also exactly consistent with the theoretical one, which is used for a complete reaction of each oxide in a single chemical reaction. A relationship between Li and the transformed metal of each oxide was analyzed on the basis of the quantities calculated with the verified development program. Of the results, when the amount of Li was given to be 250 mole, the 83.73 percentage of $UO_2$ was transformed into U while the remainder was still to be $UO_2$. In addition, it was appeared that the 297 mole of Li was needed to completely convert $UO_2$ into U.

본 연구에서는 Li 환원법에 의한 PWR 사용후핵연료의 금속전환과정을 모사하는 프로그램을 개발하였고 이를 이용하여 Li의 양에 따른 사용후핵연료 산화물의 금속 및 염화물 전환량을 계산하였다. 이 프로그램에서는 Li 환원과정의 화학반응에 관련된 특성치와 열역학데이터를 데이터 베이스화하고 이를 입력 데이터로 사용하여 특정 Li 양에 의한 산화물의 반응결과를 전환률로 계산한다. 개발 프로그램의 성능을 평가한 결과, $Eu_2O_3$와 $Sm_2O_3$를 제외한 나머지 산화물은 기존 코드 결과값과 6 % 이내의 상대오차로 잘 일치하고 각 산화물의 개별반응에서 산화물의 완전 전환에 필요한 Li 양의 계산값도 이론적 계산값과 정확히 일치함을 확인하였다. 또한 검증된 개발 프로그램을 이용하여 산화물별 Li과 금속전환률의 관계를 분석한 결과, 그 중에서 Li이 250 몰로 주어졌을 때 $UO_2$의 83.73%는 U로 전환된 반면 나머지는 산화물로 잔존하였고, 100% U로 전환시키는데 필요한 Li의 양은 297 몰로 나타났다.