Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1995.10a
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pp.97-102
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1995
벨기에, 독일 및 프랑스를 비롯한 유럽의 여러 나라와 일본은 플루토늄을 혼합핵연료로 만들어 경수로에 부분적으로 장전하여 재순환시키는 방법에 대한 연구를 오래전부터 계속하여 현재는 이를 상용화하는 단계까지 왔다. 이전의 혼합핵연료의 경수로에의 이용이 핵연료 자원을 효과적으로 이용하는 측면이 중시되었으나, 최근에는 잉여 플루토늄 처리 및 혼합핵연료의 사용을 일부 원자로에 국한하는 목적으로 혼합핵연료를 노심 전체에 장전하여 사용하는 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 논문에서는 혼합핵연료를 가압경수로 노심 전체에 장전하는 개념에 대하여 플루토늄의 소모 및 노심의 핵특성 관점에서 검토하였다. 그 결과 기존의 가압경수로에 혼합핵연료로 전노심을 구성하여 연소시킬 경우 fissile 플루토늄 원소의 초기 장전량이 방출시에는 약 60% 수준으로, 플루토늄의 총량은 약 70% 수준으로 감소하고 있다. 기존의 경수로에 혼합핵연료를 전체적으로 장전하면 900 ㎿급 원자로 1기당 년간 약 1톤가량의 플루토늄이 소요되며, 이를 실현하기 위해서는 제어봉 계통의 추가 설치 및 붕산계통의 고붕산화 등의 설비의 변경과 핵특성 변화에 따른 안전성 분석 등이 필요할 것이다.
국내 기술로 설계, 제조된 경수로핵연료가 고리 2호기를 시작으로 국내 8기의 경수로형원자력발전소에서 사용되어 경수로핵연료의 국내 기술수준을 향상시킬 수 있게 되었으나 운전중 결함이 발생된 핵연료를 재사용가능케 함으로써 핵연료비를 절감할 수 있는 핵연료수리기술분야의 연구개발은 상대적으로 매우 뒤져 있는 실정이다. 따라서 본 기고문에서는 외국의 핵연료수리기술들과 국내 원자력발전소에서 운전중 발생한 결함핵연료의 수리현황을 정리하여 향후 국내에서 수행할 핵연료수리기술의 연구에 도움이 되고자 하였다.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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1996.04a
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pp.100-104
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1996
신형경수로의 설계 대안으로서 기존 가압경수로와 가압중수로의 단점들을 극복하고, 장점들을 채택한 새로운 중수감속 경수로의 노심 설계를 제안하였다. 기존 가압중수로의 압력관내에 경수를 냉각제로 순환시키며 중수를 감속재로서 압력관 외부에 배치하였으며, 핵연료로서 농축우라늄을 사용하는 설계 개념은 많은 설계 장점을 갖는다. 본 연구에서는 시스템은 기존 CANDU의 설계를 입증기술로서 가능한 그대로 채택하고, 핵연료와 냉각재에 대해 핵설계를 수행하여 핵적 타당성을 검토하였다. 핵연료다발은 월성 2호기 사양을 그대로 사용하여 37봉 핵연료 다발로 하였으며, 농축도, 봉간간격, 핵연료다발간 간격들을 변형시켜 높은 연소도를 확보하면서 냉각재 온도계수와 감속재 온도계수가 음의 안전성을 갖는 원자로가 설계될 수 있음을 확인하였다.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05a
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pp.181-186
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1998
MHTGR에서 사용하는 탄소피막입자 핵연료의 장점을 살려 가압경수로의 핵연료로 사용하는 개념을 도입하였다. 울진3/4호기를 모델노심으로 하여 탄소피막입자 핵연료를 가압경수로에 사용하는 것이 가능함을 확인하였다. 그러나 가압경수로 핵연료 제한조건인 5 w/o 이내에서 울진3/4호기의 열출력과 주기를 만족하는 노심구성은 어려웠고, 주기길이가 짧아진 노심구성은 가능하였지만 경제성 측면에서 불리할 것으로 여겨져 상업용 가압경수로에 적용하는 것은 타당성이 없다고 판단되었다
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1997.10a
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pp.171-176
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1997
Th-232를 Fertile로 사용한 핵연료는 U-238을 Fertile로 사용한 핵연료보다 핵확산 저항성, 방사성 폐기물 생성면에서 유리하다. 본 연구에서는 MHTGR의 핵연료에 사용된 탄소피막 입자 기술을 토륨 핵연료에 적용하여 새로운 가압경수로용 핵연료로 개념 설계하였다. 핵연료의 설계안을 울진 3,4호기 집합체 설계안에 적용하여 해적 타당성을 살펴보았다.
These papers propose an evolutionary algorithm for re-using output of waste fuel of light water reactor system in nuclear power plants. Evolutionary algorithm is useful for optimization of the large space problem. The wastes contain several re-useable elements, and they should be carefully selected and blended to satisfy requirements as input material to the heavy water nuclear reactor system. This problem belongs to a NP-hard like the 0/1 Knapsack problem. Two evolutionary strategies are used as a, pp.oximation algorithms in the highly constrained combinatorial optimization problem. One is the traditional strategy, using random operator with evaluation function, and the other is heuristic based search that uses the vector operator reducing between goal and current status. We also show the method, which performs the feasible teat and solution evaluation by using the vectorized data in problem. Finally, We compare the simulation results of using random operator and vector operator for such combinatorial optimization problems.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05a
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pp.40-45
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1998
Th-232를 Fertile 핵연료로 사용한 압력관형 고전환 경수로심을 설계하였다. 토륨 Blanket은 10년 정도 노내에 위치시키고, 농축 우라늄 Driver는 매년 재장전하도록 설계하였다. Driver로는 $UO_2$핵연료와 U-10%Zr 금속 핵연료를 사용하였고, Blanket으로 이중 탄소 피막 핵원료를 ThO$_2$에 적용한 핵연료를 사용하였다. 핵연료봉의 구조는 울진 3/4호기 핵연료와 같은 재원으로 하였으며 육각형 격자 배열로 집합체를 구성하였다. Seed Bundle을 1년 단위로 교체하고 Blanket Bundled을 5년-10년간 노내에 위치시키는 경우 경수로보다는 높은 전환율 갖는 원자로를 설계할 수 있다.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.112-116
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1996
신형경수로의 대안으로서 가압경수로의 단점을 보완하고, 가압중수로의 장점을 채택한 중수감속 경수로의 핵적 개념설계를 제안하였다. 냉각재와 감속재가 서로 다른 채넬을 통해 흐르는 기존 가압중수로의 Pressure-Tube 설계의 장점을 채택하여, 냉각재는 경수를 감속재는 중수를 사용하는 중수감속 가압경수로(DPWR, Deuterium-moderated PWR)의 설계 타당성을 검토하였다. 기본적으로 CANDU의 system설계를 Proven Technology로서 가능한 많이 채택하고, CANFLEX 핵연료 설계도 기존 연구 결과로서 최대한 활용하였다. 월성 2,3,4호기 FSAR의 사양을 그대로 사용하여 기존 중수로의 37봉 핵연료 다발을 6$\times$6 직각 배열 등가 핵연료집합체로 재구성한 후, SEU $UO_2$ 핵연료에 대해 HELIOS코드를 사용하여 핵적 특성을 검토하였다. 냉각재 온도계수가 음의 안전성을 갖고 있으며, 기존 중수로보다 연소도가 훨씬 큰 원자로가 설계될 수 있음을 확인하였다. 또한 발전소 이용률의 증대, 사용후 핵연료 발생량의 감소를 기대할 수 있었다.
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 change in spent fuel characteristics by DUPIC fuel cycle(burnup of spent PWR fuel again in CANDU) is examined with time elapse since discharge. Major characteristics examined include isotopic concentration, radioactivity, decay heat radiotoxicity and radiation source-term of spent fuel material, which is existing in a type of spent PWR and DUPIC fuel. Behaviors of major nuclides contributing to such changes are also analyzed in terms of radionuclide concentration. From the analysis, the change in radionuclide concentration by DUPIC shows approximately 2% decrease in actinides concentration and 20% increase in fission products concentration. Radioactivity and decay heat of spent DUPIC fuel does not depend upon radionuclides concentrations, which is a unique in sence of general characteristics of spent fuel. In terms of gamma spectrum, spent DUPIC fuel shows lower values than that of spent PWR fuel by 40 to 50% in the range of $0.01{\sim}0.575$ MeV but much higher over 3.5MeV. Neutron Intensities of both spent fuels are mainly determined by $({\alpha},\;n)$ reaction and spontaneous fission reaction of actinides. Of them, especially, the spontaneous fission reaction Is a major neutron source-term, which causes that neutron intensities of spent DUPIC fuel $having{\sim}3.3$ times higher Cm-244 concentration are ${\sim}4$ times higher than that of spent PWR fuel.
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