Maintaining fuel sheath integrity during dry storage is important. Intact sheath acts as the primary containment barrier for both fuel pellets and fission products over the dry storage periods and during subsequent fuel handling operations. In KNF, in-house fuel performance code was developed to predict the overall behavior of a fuel rod under normal operating conditions. It includes the analysis modules to predict temperature, pellet cracking and deformation, sheath stress and strain at the mid-plane of the pellet and pellet-pellet interfaces, fission gas release and internal gas pressure. The main focus of the code is to provide information on initial conditions prior to dry storage, such as fission gas inventory and its distribution within the fuel pellet, initial volumes of storage spaces and their locations, radial profile of heat generation within the pellet, etc. To upgrade the developed code that address all the damage mechanisms, the first step was a review of the available technical information on phenomena relevant to fuel integrity. Potential degradation mechanisms that may affect sheath integrity of CANDU spent fuel during dry storage are: creep rupture under internal gas pressure, sheath oxidation in air environment, stress corrosion cracking (SCC), delayed hydride cracking (DHC), and sheath splitting due to UO2 oxidation for a defective fuel. The failure by creep rupture, SCC or DHC is in the form of small cracks or punctures. The failure by sheath oxidation or sheath splitting due to UO2 oxidation results in a gross sheath rupture. The second step was to examine the technical bases of all modules of the in-house code, identify and extend the ranges of all modules to required operating ranges. This step assessed the degradation mechanisms for the fuel integrity. The objective of this assessment is to predict the probability of sheath through-wall failure by a degradation mechanisms as a function of the sheath temperature during dry storage. Further improvements being considered include upgrades of the analysis module to achieve sufficient accuracy in key output parameters. The emphasis in the near future will be on validation of the inhouse code according to a rigorous and formal methodology. The developed models provide a platform for research and industrial applications, including the design of fuel behavior experiments and prediction of safe operating margins for CANDU spent fuel.

본 논문에서는 전기화학발광 소재로 널리 이용되는 Ruthenium 착화합물을 함유한 전기화학발광 소자의 활 성층 제작시, 인쇄성 및 공정성을 향상시키기 위해 Poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 첨가하였을 때, PMMA의 함유량이 전기화학발광소자의 발광층 내 이온들의 이동 현상에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. 이를 위해, Ruthenium 착화합물과 이온성 액체가 9:1 비율로 섞인 용질이 Acetonitrile에 20 mg/ml 농도로 녹여진 용액과 Dichloromethane에 PMMA가 25 mg/ml의 농도로 용해된 용액을 세 가지 (10:0.14, 10:1 그리고, 10:3) 중량비로 섞어 서 준비한 용액으로부터 발광층을 형성하여 전기화학발광소자를 제작하고, 소자의 전기적 특성을 평가하였다. 그 결 과, 발광층 내의 PMMA 함유량이 증가할수록 Ruthenium 착화합물 기반 전기화학발광소자의 구동 전압은 점차 증가 하였고, PMMA의 양이 줄어들면 순방향 전압하의 전류와 역방향 전압하의 전류 차에 따라 나타나는 이력곡선 (hysteresis)이 점차 사라지는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 양이온교환막 표면에 형성된 바이폴라 계면이 물분해 현상에 미치는 영향을 조사하였다. 실험결과, 전기투석 중 막표면에 형성된 고정화된 바이폴라 계면이 심각한 물분해를 유발함을 알 수 있었다. 특히, 고정화된 바이폴라 계면은 다가 양이온이 전해질로 이용되는 전기투석 시스템에서 양이온교환막 표면에 쉽게 형성됨을 알 수 있었다. 낮은 용해도적 상수를 갖는 다가 양이온들은 급격한 물분해를 유발하였는데 이는 이들이 막표면에서 쉽게 수산화물의 형태로 침적되며 따라서 수소-친화 그룹과 수산화-친화 그룹으로 구성된 바이폴라 계면이 막-용액 계면에 형성됨을 알 수 있었다. 따라서 물분해는 막 표면의 금속수산화물 층과 막의 고정전하 그룹간에 발생되는 강한 전기장에 의해 크게 활성화됨을 알수 있다. 또한 이와 유사하게 분자량이 큰 유기 상대이온들이 막표면에 누적되는 경우에도 고정화된 바이폴라 계면이 형성되어 한계전류밀도 이상에서 심각한 물분해를 유발하였다. 따라서 전기투석의 고전류 운전시 효율 향상을 위해서는 막표면에 유발되는 고정화된 바이폴라 계면의 형성을 억제하는 것이 매우 중요함을 알 수 있다.

피리디니움 (pyridunium) 그룹을 포함한 음이온교환막의 제조 및 전기화학적 특성 평가를 수행하였다. 실험 결과, 제조된 피리디니움 음이온교환막은 상용막과 대등한 전기저항 (3.0 Xicm2>, in 0.5 mol dm-3 NaCl) 및 높은 이온선택도 (Cl- 이온수송수 약 0.97)의 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 또한 피리니디움 그룹을 함유한 음이온교환막에서의 물분해는 상용막 (AM-1, Tokuyama Corp., Japan)에 비해 동일한 전류밀도 하에서 약 100배 내지 1000배 가량 낮게 측정되었는데 이는 4차 아로마틱 피리디니움 그룹의 공명효과 (resonance effect)가 이온교환기의 분자구조적 안정성에 영향을 미쳤기 때문으로 사료되었다. 또한 피리디니움 음이온교환막의 전기투석 특성이 semi-pilot 스케일에서 평가되었다.