• 방사성폐기물학회지
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• 제8권1호
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• pp.77-84
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• 2010

상용원자로에서 발생하는 산화물 사용후핵연료의 부피감용과 재활용을 위하여 산화물을 금속으로 환원시키는 공정에 대한 연구가 수행되어 왔다. 다양한 환원법 중에서, 한국원자력연구원은 LiCl-$Li_2O$ 용융염을 반응매질로 사용하는 전해환원공정을 현재 개발 중이다. 파이로 공정의 전단부에 해당하는 전해환원 공정은 PWR 산화물 연료 주기를 소듐냉각 고속로의 금속연료 주기에 연결시켜 준다. 이 논문은 금속전환 공정을 개발/개선하고, 용량 증대를 수행한 한국원자력연구원의 노력을 요약한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제48권4호
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• pp.997-1001
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• 2016

Conductive ceramics are being developed to replace current Pt anodes in the electrolytic reduction of spent oxide fuels in pyroprocessing. While several conductive ceramics have shown promising electrochemical properties in small-scale experiments, their long-term stabilities have not yet been investigated. In this study, the chemical stability of conductive $La_{0.33}Sr_{0.67}MnO_3$ in $LiCl-Li_2O$ molten salt at $650^{\circ}C$ was investigated to examine its feasibility as an anode material. Dissolution of Sr at the anode surface led to structural collapse, thereby indicating that the lifetime of the $La_{0.33}Sr_{0.67}MnO_3$ anode is limited. The dissolution rate of Sr is likely to be influenced by the local environment around Sr in the perovskite framework.

• 방사성폐기물학회지
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• 제3권2호
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• pp.105-112
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• 2005

650$^{\circ}C$의 LiCl-Li$_{2}$O 용융염계에서 10 g U$_{3}$O$_{8}$/batch 규모의 장치를 이용해서 우라늄산화물의 전해환원 특성에 대한 평가를 수행하였다. 일체형 음극은 고체전극, 우라늄산화물과 우라늄산화물을 담아주는 다공성 용기(멤브레인)로 구성된다. 멤브레인 재료로는 325-mesh 스테인레스강막과 다공성 마그네시아 도가니를 사용하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O계와 U$_{3}$O$_{8}$-LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O계의 순환 전압측정법 결과로부터 전해환원 반웅 메커니즘을 규명하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 우라늄산화물의 직접 및 간접 전해환원에 대한 실험을 수행하였다. 그 결과, 325-mesh스테인레스강막을 사용하여 직접 및 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때 낮은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시키지 못했으며, 마그네시아 다공성 도가니를 사용하여 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때는 높은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시킬 수 있었다

• 방사성폐기물학회지
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• 제19권2호
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• pp.271-278
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• 2021

In this study, a chlorination technique for recycling Li₂ZrO₃, a reaction product of ZrO₂-assisted rinsing process, was investigated to minimize the generation of secondary radioactive pyroprocessing waste. It was found that the reaction temperature was a key parameter that determined the reaction rate and maximum conversion ratio. In the temperature range of 400-600℃, an increase in the reaction temperature resulted in a profound increase in the reaction rate. Hence, according to the experimental results, a reaction temperature of at least 450℃ was proposed to ensure a Li₂ZrO₃ conversion ratio that exceeded 80% within 8 h of the reaction time. The activation energy was found to be 102 ± 2 kJ·mol^-1·K^-1 between 450 and 500℃. The formation of LiCl and ZrO₂ as reaction products was confirmed by X-ray diffraction analysis. The experimental results obtained at various total flow rates revealed that the overall reaction rate depends on the Cl₂ mass transfer rate in the experimental condition. The results of this study prove that the chlorination technique provides a solution to minimize the amount of radioactive waste generated during the ZrO₂-assisted rinsing process.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2003년도 가을 학술논문집
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• pp.447-452
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• 2003

산화물 핵연료의 리튬환원공정에서 생성되는 $Li_2O$와 희토류원소 산화물($RE_2O_3$)의 화학적 반응을 밝혔다. 스칸듐, 이트륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨, 유러퓸, 가돌리늄, 이테르븀 및 루테튬의 산화물은 각각 어떤 $Li_2O$의 임계농도 이상에서 $Li_2O$와 반응하여 복합산화물($LiREO_2$)을 형성하고, 이들 산화물이 복합산화물을 형성하는 각각의 $Li_2O$ 임계농도는 0.1 wt%, 1.9 wt%, 5.3 wt%, 5.0 wt%, 3.0 wt%, 3.9 wt%, 2.9 wt%, 2.6 wt% 및 0.3 wt%로 나타났다. $CeO_2$ 및 란타늄 산화물은 $Li_2O$와 반응하지 않는 것으로 나타났다. 실험에서 얻은 이들 희토류원소 복합산화물의 LiCl 용융염에 대한 용해도는 매우 작았다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술대회지
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• pp.145-147
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• 2004

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 2005년도 춘계학술발표회
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• pp.281-282
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• 2005

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2018년도 추계학술논문요약집
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• pp.581-581
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• 2018

• 방사성폐기물학회지
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• 제3권2호
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• pp.85-93
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• 2005

Isotopes of alkali and alkaline earth metals (AM and AEM) are the main contributors to the heat load and the radiotoxicity of spent fuel (SF) . These components are separated from the SF and dissolved in a molten LiCl in an electrolytic reduction process. A mass transfer model is developed to describe the diffusion behavior of Cs, Sr, and Ba in the SF into the molten salt. The model is an analytical solution of Fick's second law of diffusion for a cylinder which is the shape of a cathode in the electrolytic reduction process. And the model is also applied to depict the concentration profile of the oxygen ion which is produced by the electrolysis of Li$_{2}$O. The regressed diffusion coefficients of the model correlating the experimentally measured data are evaluated to be greater in the order of Ba, Cs, and Sr for the metal ions and the diffusion of the oxygen ion is slower than the metal ions which implies that different mechanisms govern the diffusion of the metal ions and the oxygen ions in a molten LiCl.

• 전기화학회지
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• 제18권3호
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• pp.121-129
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• 2015

사용후핵연료 재활용을 위한 파이로프로세싱의 전해환원 공정에서는 $Li_2O-LiCl$ 용융염을 전해질로 사용하며 금속산화물 형태의 사용후핵연료를 음극, 백금을 양극으로 사용하여 금속전환체를 제조한다. 따라서, 음극에서는 금속산화물이 금속으로 전환되는 환원반응으로 인해 산소 이온이 생성되고, 양극에서는 그 산소이온이 산소 가스가 되는 산화반응이 발생한다. $650^{\circ}C$의 운전 온도에서 발생하는 양극의 산소 가스로 인한 금속 재질 장치의 부식을 막기 위해 양극을 둘러싸는 슈라우드(shroud)를 사용해 산소 가스를 포집하여 전해질로의 확산을 막는 동시에 장치 외부로 배출되도록 한다. 기존에는 슈라우드 자체의 부식과 산소 가스의 염 내 확산을 방지하기 위하여 세라믹을 사용하였으나 비다공성 재질로 인해 산소 이온의 백금 표면으로의 이동 경로를 제한하여 공정의 속도를 좌우하는 전류 크기를 낮춘다는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 스테인레스 스틸 mesh로 구성된 다공성 슈라우드의 사용이 수 그램 규모 실험을 통해 제안된 바 있다. 본 연구에서는 킬로그램 규모의 우라늄산화물 전해환원 운전을 통해 다공성 슈라우드의 안정성을 확인 하고자 하였다. 음극의 우라늄산화물로는 크기 1~4 mm, 밀도 $10.30{\sim}10.41g/cm^3$의 파쇄 펠렛 1 kg이 사용되었으며, 백금 전극과 다공성 슈라우드가 포함된 양극 모듈을 사용하였다. 전해환원 종료후 음극에서 우라늄 금속이 성공적으로 얻어졌으며, 백금 양극 및 다공성 슈라우드도 손상 없이 안정하게 사용되었다. $650^{\circ}C$에서의 LiCl의 점도와 동일한 물과 에틸렌글리콜의 혼합물에서 산소 가스를 주입하여 확인 결과 산소 버블이 다공성 슈라우드 외부로 유출되는 것은 관찰되지 않았다.