Yoon, Dalsung;Paek, Seungwoo;Lee, Sang-Kwon;Lee, Ju Ho;Lee, Chang Hwa
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.2
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pp.193-207
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2022
Thermodynamically, TRUOx, REOx, and SrOx can be chlorinated using ammonium chloride (NH4Cl) as a chlorinating agent, whereas uranium oxides (U3O8 and UO2) remain in the oxide form. In the preliminary experiments of this study, U3O8 and CeO2 are reacted separately with NH4Cl at 623 K in a sealed reactor. CeO2 is highly reactive with NH4Cl and becomes chlorinated into CeCl3. The chlorination yield ranges from 96% to 100%. By contrast, U3O8 remains as UO2 even after chlorination. We produced U/REOx- and U/SrOx-simulated fuels to understand the chlorination characteristics of the oxide compounds. Each simulated fuel is chlorinated with NH4Cl, and the products are dissolved in LiCl-KCl salt to separate the oxide compounds from the chloride salt. The oxide compounds precipitate at the bottom. The precipitate and salt phases are sampled and analyzed via X-ray diffraction, scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy, and inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy. The analysis results indicate that REOx and SrOx can be easily chlorinated from the simulated fuels; however, only a few of U oxide phases is chlorinated, particularly from the U/SrOx-simulated fuels.
Research reactors for radioisotope production, fuel and material testing and research activities are designed, constructed and operated based on the society's needs. In this study, neutronic and thermal hydraulic design of a high neutron flux research reactor core for radioisotope production is presented. Main parameters including core excess reactivity, reactivity variations, power and flux distribution during the cycle, axial and radial power peaking factors (PPF), Pu239 production and minimum DNBR are calculated by nuclear deterministic codes. Core calculations performed by deterministic codes are validated with Monte Carlo code. Comparison of the neutronic parameters obtained from deterministic and Monte Carlo codes indicates good agreement. Finally, subchannel analysis performed for the hot channel to evaluate the maximum fuel and clad temperatures. The results show that the average thermal neutron flux at the beginning of cycle (BOC) is 1.0811 × 1014 n/㎠-s and at the end of cycle (EOC) is 1.229 × 1014 n/㎠-s. Total Plutonium (Pu239) production at the EOC evaluated to be 0.9487 Kg with 83.64% grade when LEU (UO2 with 3.7% enrichment) used as fuel. This designed reactor which uses LEU fuel and has high neutron flux and low plutonium production could be used for peaceful nuclear activities based on nuclear non-proliferation treaty concepts.
The recycle of PWR spent fuels in a CANDU reactor, so called the tandem fuel cycle is Investigated in this study. This scheme of utilizing Pm spent fuels will ease the shortage of spent fuel storage capacity as well as will improve the use of uranium resources. The minimum modification to the design of present CANDU reactor is seeked in the recycle. Nine different fuel types are considered in this work and are classified into two categories: refabrication and reconfiguration For refabrication, PWR spent fuels are processed and refabricated into the present 37 rod lattice structure of fuel bundle, and for reconfiguration, meanwhile, spent fuels are simply disassembled and rods are cut to fit into the present grid configuration of fuel bundle without refabrication. For each fuel option, the neutronics calculation of lattice was conducted to evaluate the allowable burnup and power distribution. The fuel cycle cost of each option was also computed to assess the economic justification. The result show that most tandem fuel cycle options considered in this study are technically feasible as well as economically viable.
The U$_3$O$_{8}$ requirements are estimated for the high, intermediate, and low growth projections of nuclear power in Korea. To each projection, four illustrative reactor-mix strategies and four fuel cycle options are applied for estimating the requirements. The reactor types considered are PWR, PHWR. and FBR. The fuel cycles considered are once-through cycle, U/Pu recycle, and improved once-through cycle. Also the amount of Pu-fissile recovered from U recycle is estimated. The maximum cumulative (to the year 2000) requirements of U$_3$O$_{8}$ occupy about 4 to 5 percent of the WOCA requirements and are about 23 times larger than the U$_3$O$_{8}$ resources in Korea. For the high nuclear power growth projection, the cumulative amount of Pu-fissile recovered from U recycle is sufficient for the startup of 2 units of 1200 MWe fast reactors by the year 2000. 2000.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.2
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pp.91-101
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2007
In this study, domestic regulatory requirement was investigated for self-disposal of concrete waste from nuclear fuel processing facility. And after self-disposal as landfill or recycling/reuse, the exposure dose was evaluated by RESRAD Ver. 6.3 and RESRAD BUILD Ver.3.3 computing code for radiological assessments of the general public. Derived clearance level by the result of assessments for the exposure dose of the general public is 0.1071Bq/g (3.5% enriched uranium) for landfill and $0.05515Bq/cm^2$ (5% enriched uranium) for recycling/reuse respectively. Also, residual radioactivity of concrete waste after decontamination was investigated in this study. The result of surface activity is $0.01Bq/cm^2\;for\;{\alpha}-emitter$ and the result of radionuclide analysis for taken concrete samples from surface of concrete waste is 0.0297Bq/g for concentration of $^{238}U$, below 2w/o for enrichment of $^{235}U$ and 0.0089Bq/g for artificial contamination of $^{238}U$ respectively. Therefore, radiological hazard of concrete waste by self-disposal as landfill and recycling/reuse is below clearance level to comply with clearance criterion provided for Notice No.2001-30 of the MOST and Korea Atomic Energy Act.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.7
no.3
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pp.133-141
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2009
Study on the chemical speciation of uranium(VI) species, ${UO_2}^{2+}$, $UO_2(OH)^+$, ${(UO_2)}_2{(OH)_2}^{2+}$, ${(UO_2)}_3{(OH)_5}^+$, has been peformed by using time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy. Speciation sensitivity which depends on the excitation wavelength was investigated. We obtained the speciation sensitivity in the order of $10^{-9}$ M concentration of U(VI) compounds at the excitation wavelength of 266 nm. The fluorescence spectrum and lifetime of ${UO_2}^{2+}$ were carefully measured at pH 1 and ion strength of 0.1 M. The spectrum showed the four characteristic peaks located around 488, 509, 533, 559nm and the fluorescence lifetime of $1.92{\pm}0.17{\mu}s$. The wavelength shifts of fluorescence peaks and the change of lifetimes for uranium hydrolysis compounds were compared with those of ${UO_2}^{2+}$. We report on the characteristic features, the shifts of peaks to the longer wavelength direction and the prolonged lifetimes, in the fluorescence of the U(VI) hydrolysis compounds.
Kim, Kwang-Wook;Sohn, Sungjune;Kim, Jimin;Foster, Richard I.;Lee, Keunyoung
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.1
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pp.31-41
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2020
We studied the anisotropic shrinkage and deformation characteristics of large size sintered bodies in the manufacturing of glass-ceramic composite wasteform. We used uranium-bearing waste, generated from the treatment of spent uranium catalyst. Sintered specimens were prepared in several forms, comprising a circular disk, and a quarter disk in several diameters of up to 40 cm. Regardless of form or size, the sintered bodies had high isotropic shrinkage when they were fabricated using green bodies prepared at 60 MPa. The average anisotropy rate and average shrinkage rate were 1.6%, and 37.4%, respectively. We confirmed that the glass-ceramic composite wasteform in a large scale disk-type for packing in a 200 L drum could be fabricated with a tolerable anisotropy shrinkage. This has resulted in a significant reduction in the volume of radioactive waste to be disposed of with highly stable wasteform.
Yoo, Bung Uk;Park, Sung Bin;Kwon, Sang Woon;Kim, Jeong Guck;Lee, Han Soo;Kim, In Tae;Lee, Jong Hyeon
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.12
no.1
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pp.7-17
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2014
Molten salt electrorefining process achieves uranium deposits at cathode using an electrochemical processing of spent nuclear fuel. In order to recover pure uranium from cathode deposit containing about 30wt% salt, the adhered salt should be removed by cathode process (CP). The CP has been regarded as one of the bottle-neck of the pyroprocess as the large amount of uranium is treated in this step and the operation parameters are crucial to determine the final purity of the product. Currently, related research activities are mainly based on experiments consequently it is hard to observe processing variables such as temperature, pressure and salt gas behavior during the operation of the cathode process. Hence, in this study operation procedure of cathode process is numerically described by using appropriate mathematical model. The key parameters of this research are the amount of evaporation at the distillation part, diffusion coefficient of gas phase salt in cathode processor and phase change rate at condensation part. Each of these conditions were composed by Hertz-Langmuir equation, Chapman-Enskog theory, and interphase mass flow application in ANSYS-CFX. And physical properties of salt were taken from the data base in HSC Chemistry. In this study, calculation results on the salt gas behavior and optimal operating condition are discussed. The numerical analysis results could be used to closely understand the physical phenomenon during CP and for further scale up to commercial level.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.11
no.3
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pp.199-206
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2013
Electrowinning process in pyroprocessing recovers U (uranium) and TRU (Trans Uranium) elements simultaneously from spent fuels using a liquid cadmium cathode (LCC). When the solubility limit of U deposits over 2.35wt% in Cd, U dendrites were formed on the LCC surface during the electrodeposition at $500^{\circ}C$. Due to the high surface area of dendritic U, the deposits were not submerged into the liquid cadmium pool but grow out of the LCC crucible. Since the U dendrites act as a solid cathode, it prevents the co-deposition of U and TRUs. In this study, the electrodeposition of U onto a LCC was carried out at 440 and $500^{\circ}C$ to compare the morphology and component of U deposits. The U deposits at $440^{\circ}C$ have a specific shape and were stacked regularly at the center of the LCC pool, while the U dendrites (i.e., ${\alpha}$-phase) at $500^{\circ}C$ were grow out of the LCC crucible. Through the microscopic observation and XRD analysis, the electrodeposits at $440^{\circ}C$, which have a round shape, were identified as an intermetallic compound such as $UCd_{11}$. It can be concluded that the LCC electrowinning operation at $440^{\circ}C$ achieves the co-recovery of U and TRU without the formation of U dendrites.
The duplex burnable poison absorbers concept was suggested by Korea Atomic Energy Research Institute. This BP rod is composed of inner region of natural U-Gd$_2$O$_3$ and outer shell of enriched UO$_2$-Er$_2$O$_3$. It is expected that this burnable absorber has same reactivity control capability with gadolinia burnable absorber used in extened fuel cycle. In order to evaluate the nuclear feasibility of duplex BPs, the nuclear design characteristics were compared with that of four types of burnable absorbers; gadolinia, erbia, IFBA, dysprosia duplex BP on 24 months fuel cycle for Korean Standard Nuclear Power plants. According to the evaluation results of nuclear characteristics, the duplex BPs were better than other BPs on k-infinitives, reactivity holddown worth (RHW), pin power peaking and moderator temperature coefficient (MTC). The possibility of nuclear core design was also confirmed based on the optimized fuel assemblies which were searched for a sensitivity analysis. Characteristics of core design with duplex BPs was compared with that of reference core with gadolinia BPs for cycle length, power peaking and MTC. The duplex BP core had a little longer cycle length by 4 to 7 days because of increased amount of fissile in enriched uranium at the outer shell of duplex BP In case of power peaking F$\_$Q/ of duplex BP core was reduced from 1.5773 to 1.5335. MTC was also less -0.48 pcm/C than that of reference core. Finally, evaluation of fuel cycle economy was performed for the manufacturing feasibility test and fuel cost evaluation with duplex BPs. Fuel cycle economy of duplex BP core almost was equivalent with that of gadolinia BP core.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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