Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.4
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pp.457-464
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2020
In this study, extraction of uranium(VI) from an aqueous nitric acid solution was investigated using tri-n-butyl phosphate (TBP) as an extractant in an ionic liquid, 1-alkyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl)imide ([Cnmim][Tf2N]). The distribution ratio of U(VI) in 1.1 M TBP/[Cnmim][Tf2N] was significantly high when the concentration of nitric acid was low. The value of the distribution ratio decreased as the concentration of the nitric acid increased at lower acidities, and then increased with a nitric acid concentration of up to 8 M. This can be attributed to the different extraction mechanisms of U(VI) based on nitric acid concentrations. Thus, a cation exchange at low acidity levels and an ion-pair extraction at high acidity levels were suggested as the extraction mechanism of U(VI) in the TBP/[Cnmim][Tf2N] system.
The physicochemical properties of soils having high uranium content, located around Duckpyungri in Korea, were investigated and the lab scale soil washing experiments to remove uranium from the soil were preformed with several washing solutions and on various washing conditions. SPLP (Synthetic Precipitation Leaching Procedure), TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), and SEP (Sequential Extraction Procedure) for the soil were conducted and the uranium concentration of the extracted solution in SPLP was higher than Drinking Water Limit of USEPA (30 ${\mu}g$/L), suggesting that the continuous dissolution of uranium from soil by the weak acid rain may generate the environmental pollution around the research area. For the soil washing experiments, the uranium removal efficiency of pH 1 solution for S2 soil was about 80 %, but dramatically decreased as pH of solution was > 2, suggesting that strong acidic solutions are available to remove uranium from the soil. For solutions with 0.1M of HCl and 0.05 M of ${H_2}{SO_4}$, their removal efficiencies at 1 : 1 of soil vs. washing solution ratio were higher than 70%, but the removal efficiencies of acetic acid, and EDTA were below 30%. At 1 : 3 of soil vs. solution, the uranium removal efficiencies of 0.1M HCl, 0.05 M ${H_2}{SO_4}$, and 0.5M citric acid solution increased to 88%, 100%, and 61% respectively. On appropriate washing conditions for S2 soil such as 1 : 3 ratio for the soil vs. solution ratio, 30 minute for washing time, and 2 times continuous washing, TOC (Total Organic Contents) and CEC (Cation Exchange Capacity) for S2 soil were measured before/after soil washing and their XRD (X-Ray Diffraction) and XRF (X-Ray Fluorescence) results were also compared to investigate the change of soil properties after soil washing. TOC and CEC decreased by 55% and 66%, compared to those initial values of S2 soil, suggesting that the soil reclaimant may need to improve the washed soils for the cultivated plants. Results of XRF and XRD showed that the structural change of soil after soil washing was insignificant and the washed soil will be partially used for the further purpose.
An analytical method was developed for the measurement of uranium isotope in ground water using the liquid scintillation counting technique. A LKB Wallac Quantulus 1220 liquid scintillation counter (LSC) equipped with pulse shape analyzer (PSA) and a solvent extraction method were used for the measurement of uranium isotope in ground water samples. The effect of solution volume on the extraction efficiency was evaluated for 100 to 1000 mL solutions using a NIST standard reference material (NIST SRM 4321C). The effect of groundwater pH on the extraction efficiency was also investigated for pH ranging from 0.5 to 10. It was found that the extraction efficiency had a strong dependence on pH showing a maximum at pH 2. In contrast, the effect of groundwater volume on the extraction efficiency was negligible in the range investigated. According to the method, the extraction efficiency of uranium isotopes was near 96% and the lower detection limit for uranium was 0.018 Bq/L with the counting time of 300 min. The result of this study was also verified by the conventional ICP-MS measurement. It is demonstrated that the suggested method is valuable to the determination of the optimum extraction and measurement conditions for uranium in ground water. The method was successfully applied to the ground water at four locations near the Daejeon province. It was found that the uranium content and the isotopic ratio of $^{234}U/^{238}U$ at the locations ranged 0.59~6.69 Bq/L and 0.72~1.40, respectively.
The composite fiber adsorbents containing amidoxime group were prepared and separation properties of uranium ion from seawater were investigated. The amount of uranium adsorption was increased with an increase in adsorption time. When the mole ratio of monomer and comonomer, such as acrylonitrile (AN), tetraethyleneglycol dimethacrylate(TEGMA), and divinylbenzene (DVB), were 1 :0. 1 :0.003, this resin showed the maximum adsorption ability for uranium at a level of pH 8. The amount of uranium adsorption was also increased linearly to one hour with an increase in the content of adsorbent which was added in the composite fiber adsorbents(CFA). The maximum adsorption for uranium of CF A showed at $25^{\circ}C$. Hence, the adsorption ability of CF A for calcium and magnecium ions were increased gradually by the recycling of adsorption and disorption, the adsorption content of their on were 0.3, 0.9mmole/g-adsorbents, respectly. It also showed that the adsorption contents of Ca and \1g ions were much lower than them of uranium. The desorption of uranium on the CF A was carried out , bout 100% within 30min, and the desorption rate of various CF A were equalled.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.472-482
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2007
This study deals with the design and implementation results for a high-capacity vol-oxidizer that can convert Uranium Dioxide pellets to $U_3O_8$ powder for up to several tens of kg HM/batch. We developed two versions of the $1^{st}$ vol-oxidizer and the $2^{nd}$ vol-oxidizer. Through an experiment with the $1^{st}$ vol-oxidizer, we deduced some problems concerning the design considerations such as the recovery rate of $U_3O_8$, the oxidation time of the Uranium Dioxide pellets, the exothermic reaction, and the powder dispersion. From the analyses of the drawbacks of the $1^{st}$ vol-oxidizer, we devised some novel items such as a folding type mesh, vibrators, and mixing blades. Also, we used the Stokes and Density ratio Eq. to determine the most reasonable flux for preventing a powder dispersion. Compared with the results of the $1^{st}$ vol-oxidizer, we showed that both the permeability of the $U_3O_8$ powders and the oxidation rate of the Uranium Dioxide pellets of the $2^{nd}$ vol-oxidizer were remarkably increased, and the temperature of the reactor was controlled well in spite of an exothermic reaction. Also, the powder was not entirely dispersed through the outlet of the voloxidizer. The experimental results of this work can help in the design of a novel and efficient vol-oxidizer with a higher capacity.
The widespread concern regarding the management of spent fuel that mainly contributes to nuclear waste has led to the development of the sodium-cooled fast reactor (SFR) as one of the most promising future types of reactors at both national and international levels. Various reactor deployment scenarios with SFR introductions with different conversion ratios in the existing PWR-dominant nuclear fleet have been assessed to optimize the SFR deployment strategy to replace PWRs with the view toward a reduction in the level of spent fuel as well as efficient uranium utilization through its reuse in a closed fuel cycle. An efficient reactor deployment strategy with the SFR introduction starting in 2040 has been drawn based on an SFR deployment strategy in which burners are deployed prior to breakeven reactors to reduce the amount of PWR spent fuel substantially at the early deployment stage. The PWR spent fuel disposal is reduced in this way by 98% and the cumulative uranium demand for PWRs to 2100 is projected to be 445 ktU, implying a uranium savings of 115 ktU. The SFR mix ratio in the nuclear fleet near the year 2100 is estimated to be approximately 35-40%. PWRs will remain as a main power reactor type until 2100 and SFRs will support waste minimization and fuel utilization.
Park, Ranhee;Lim, Sang Ho;Han, Sun-Ho;Lee, Min Young;Park, Jinkyu;Lee, Chi-Gyu;Song, Kyuseok
Mass Spectrometry Letters
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v.7
no.2
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pp.50-54
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2016
Multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS) is currently used in our laboratory for isotopic and quantitative analyses of nuclear materials at ultra-trace levels in environmental swipe samples, which is a very useful for monitoring undeclared nuclear activities. In this study, to improve measurement precisions of uranium isotopes at ultratrace levels, we adopted a desolvating nebulizer system (Aridus-II, CETAC., USA), which can improve signal sensitivity and reduce formation of uranium hydride. A peristaltic pump was combined with Aridus-II in the sample introduction system of MC-ICP-MS to reduce long-term signal fluctuations by maintaining a constant flow rate of the sample solution. The signal sensitivity in the presence of Aridus-II was improved more than 10-fold and the formation ratio of UH/U decreased by 16- to 17- fold compared to a normal spray chamber. Long-term signal fluctuations were significantly reduced by using the peristaltic pump. Detailed optimizations and evaluations with uranium standards are also discussed in this paper.
The thermalhydraulic performance of a CANDU-6 reactor loaded with various CANFLEX fuel bundles is evaluated by the NUCIRC code, which is incorporated with recent models of pressure drop and critical heat flux (CHF) predictions based on high-pressure steam-water tests for the CANFLEX bundle as well as a 37-element bundle. The distributions of channel flow rate, channel exit quality, critical channel power (CCP), and critical power ratio (CPR) for the CANFLEX bundles (with natural or recycled uranium fuel) in the CANDU-6 reactor fuel channel are calculated by the code. The effects of axial and radial heat flux on CCP are evaluated by assuming that the recycled uranium fuel (CANFLEX-RU) has the same geometric data as the natural uranium fuel bundle (CANFLEX-NU), but a different power distribution due to different fuel composition and refueling scheme. In addition, the effects of pressure tube creep and bearing-pad height are examined by comparing various results of uncrept, and $3.3\%\;and\;5.1\%$ crept channels loaded with CANFLEX bundles with 1.4 mm or 1.7 mm high bearing-pads with those of the 37-element bundle. The distributions of the channel flow rate and CCP for the CANFLEX-NU or -RU bundle show a typical trend for a CANDU-6 reactor channel, and the CPRs are maintained above at least 1.444 (NU) or 1.455 (RU) in the uncrept channel. The enhanced CHF of the CANFLEX bundle (particularly with 1.7mm height bearing-pads) produces a higher thermal margin and considerably less sensitivity to CCP reduction due to the pressure tube creep than the 37-element bundle. The CCP enhancement due to the raised bearing-pads is estimated to be about $3\%\~5\%$ for the CANFLEX-NU and $2\%\~6\%$ for the CANFLEX-RU bundle, respectively.
The discrimination of the source for xenon gases' release can provide an important clue for detecting the nuclear activities in the neighboring countries. In this paper, three machine learning techniques, which are logistic regression, support vector machine (SVM), and k-nearest neighbors (KNN), were applied to develop the predictive models for discriminating the source for xenon gases' release based on the xenon isotopic activity ratio data which were generated using the depletion codes, i.e., ORIGEN in SCALE 6.2 and Serpent, for the probable sources. The considered sources for the neighboring countries of South Korea include PWRs, CANDUs, IRT-2000, Yongbyun 5 MWe reactor, and nuclear tests with plutonium and uranium. The results of the analysis showed that the overall prediction accuracies of models with SVM and KNN using six inputs, all exceeded 90%. Particularly, the models based on SVM and KNN that used six or three xenon isotope activity ratios with three classification categories, namely reactor, plutonium bomb, and uranium bomb, had accuracy levels greater than 88%. The prediction performances demonstrate the applicability of machine learning algorithms to predict nuclear threat using ratios of xenon isotopic activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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