Manufacture of the vol-oxidizer with a capacity of 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets using a design model

설계 모델을 이용한 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 제작

Vol-oxidizer is a device to convert $UO_2$ pellets into $U_3O_8$ powder and to feed a homogeneous powder into a Metal Conversion Reactor in the ACP(Advanced Spent Fuel Conditioning Process). In this paper, we propose a design model of the vol-oxidizer, develop the new vol-oxidizer with a capacity of 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets, and conduct a verification for the device. Design considerations include the internal structure, the capacity, the heating position of the device, and the size. The dimensions of the new vol-oxidizer are decided by the design model. We determine a permeability test of the $U_3O_8$ measuring the temperature distribution, and the volume of $UO_2$ and $U_3O_8$. We manufactured the new vol-oxidizer for a 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets, and then analyzed the characteristics of the $U_3O_8$ powder for the verification. The experimental results show that the permeability of the $U_3O_8$ throughout mesh enhance more than old vol-oxidizer, the oxidation time takes only 8 hours when compared with the 13 hours of the old device, and the average distribution of particle size is $40{\mu}m$. The capacities of new vol-oxidizer for a 20 kg HM/batch in $UO_2$ pellets were agree well with the predictions of design model.

$UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치는 차세대관리 공정의 금속전환로 안으로 균질화된 분말을 공급하기 위하여 $UO_2$ 펠릿을 산화하여 $U_3O_8$으로 분말화하는 장치이다. 본 연구에는 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계모델을 제시하고, 실증용 분말화 장치를 제작하여 검증실험을 수행한다. 분말화 장치 설계모델은 내부구조, 성능, 가열로 위치와 크기 등이 고려된다. 실험 방법은 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 설계 모델에 따라 기존의 3단 메시 분말화 장치를 이용하여 분말의 메시 투과시험과 온도변화 특성 실험을 하여 장치 내부구조를 결정한다. $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch의 산화 반응도 실험과 가열로 위치별 온도 분포를 측정하고 장치의 성능과 가열로의 영 역 위치를 결정한다. 장치 크기를 결정하기 위하여 산화전의 20kg의 $UO_2$ 펠릿과 산화후의 $U_3O_8$ 부피를 측정한다. 이상의 결과를 토대로 실증용 분말화 장치를 설계. 제작하고, 검증을 위하여 산화도, 분말특성 및 분석 등을 수행하였다. 산화반응 실험결과 에서 기존장치에 비하여 분말의 메시 투과율이 향상되었으며, 기존의 3단 메시 장치의 $UO_2$ 펠릿산화시간이 13시간 소요된 것에 비하여 8시간으로 단축되었다. $U_3O_8$ 분말 특성 분석결과, 평균 입도가 $40{\mu}m$이었다. 제작된 $UO_2$ 펠릿 20 kg HM/batch용 분말화 장치 성능과 설계모델 예측 값은 대체로 잘 일치되었다.