사고저항성 핵연료의 일환으로 UO2 입자가 세라믹 셀 벽으로 둘러싸인 미세구조를 갖는 세라믹 미소셀 UO2 소결체를 개발 중이다. 이는 핵분열생성물들을 UO2 펠렛 내에 포집하여 펠렛 외부로의 방출을 저감함으로써 봉내압 상승을 완화하고 응력부식균열 발생률을 낮춘다. 생성량이나 방사능 측면에서 위험한 핵분열생성물 중 하나로 여겨지는 세슘은 세라믹 미소셀 소결체 내에서 셀 물질과 화학반응 하여 포집될 수 있다. 따라서, 세슘 포집능은 해당 화학반응의 열역학적, 속도론적 특성에 의해 결정된다. 역으로, 미소셀 소결체의 조성설계 시 해당 반응에 대한 열역학적 예측이 필수적이다. 본 연구는 세라믹 현재 개발 중인 여러 미소셀 조성(Si-Ti-O, Si-Cr-O, Si-Al-O)에 대해 세슘의 포집능을 평가하는 열역학적 계산을 다룬다. 계 산에 앞서 먼저 HSC Chemistry를 이용해 세슘과 셀 물질의 물리/화학적 상태를 정의한 후, LWR 정상운전 모사환경에서 계 산된 세슘포텐셜(ΔGCs)과 산소포텐셜(ΔG02)에 근거하여 세슘포집 반응성을 평가하였다. 계산 결과에 근거하면, 세슘 포집 반응은 상기 모든 조성에서 자발적일 것으로 예상되며 이로써 조성설계의 근거를 제시함과 동시에 세슘의 포집능을 평가하는 효과적인 방법을 제공한다.

고온 용융염 전해환원 공정은 후행핵연료 주기의 대안 공정인 파이로공정의 산화물 사용후핵연료의 확대 를 위해 필수적인 공정이다. 사용후핵연료는 다성분 산화물로 이루어져 있으며 각 산화물은 전해환원 공정 에서 화학적 특성에 따라 산소를 잃게 된다. 본 연구에서는 건식분말화 공정 이후 전해환원 반응기에 도입되 는 사용후핵연료 조성을 기준으로 각 금속-산소 시스템을 독립적인 이상고용체로 가정하여 전해환원 반응거동을 계산하였다. 전해환원을 Li의 환원과 이어지는 Li과의 화학반응의 결합으로 산정하여 U을 비롯한 금 속 환원 거동을 계산하였다. 계산결과 대부분의 산화물들은 전해환원 공정에 의해 금속으로 전환되는 것으 로 예상되었다. 란타나이드 원소들의 경우 Li2O의 농도가 낮아지면 금속 전환율이 높아지나 대부분 산화물로 존재하는 것으로 나타났다. 추가적으로 U3O8의 전해환원 거동에 대해 Li의 확산과 Li과의 화학반응을 고려하 여 반실험적 모델이 제시되었다. 실험데이터를 활용하여 매개변수를 결정하였으며 시간에 대한 환원율 및 전류에 대한 99.9% 환원 시간을 계산하였다.

본 연구에서 서로 다른 양성자 에너지를 사용하여 핵반응에 의해 생성된 감마선의 차이를 통해 고에너 지 양성자 Pb(p, nx) 핵반응에서 생성된 동위원소를 식별하는 방법을 제안했다. 한국원자력연구원의 100-M eV 양성자 선형 가속기에서 생성된 고에너지 양성자를 이용하여 실험을 수행 하였다. 양성자 핵반응을 통해 생성된 다양한 핵종에 의해 생성된 감마선은 HPGe 검출기로 구성된 감마선 분광법 시스템을 사용하여 측정되었습니다. 감마선 표준선원은 감마선 검출기의 정확한 에너지교정 및 효율측정을 위해 사용되었습 니다. 제안한 방법을 위하여 동일한 천연 납 시료에 서로 다른 100 및 60 MeV 양성자 에너지빔을 사용하였다. 이 방법은 동일한 시료에서 발생되는 감마선들을 서로 비교함으로써 생성된 핵종들을 확인하는데 매우 효과적임을 알 수 있었다. 이 연구의 결과는 향후 다른 양성자 핵반응 결과를 얻는데도 매우 효과적으로 적용될 것이라 생각된다.

양성자가속기연구센터(KOMAC)의 100-MeV 양성자 선형가속기에서 생성된 고에너지 양성자를 사용하여 천연 텅스텐과 핵반응을 일으켰다. 핵반응을 통해 생성된 다양한 핵종으로 부터의 감마선은 HPGe 검출기 감마선 분광시스템을 사용하여 측정하였다. 감마선 표준선원은 에너지 교정 및 검출기의 효율 측정에 사용되었다. 측정된 스펙트럼에서 관찰된 감마선을 분석한 결과 방사성 핵종은 167Re, 178Re, 179Re, 180Re, 181Re, 182Re, 184Re, 172Ta, 174Ta, 178Ta, 182Ta, 184Ta, 175W, 176W, 177W 및 179W 으로 총 16 종류의 핵종이 생성되었다. 이 연구의 결과는 미래의 핵융합, 천체 물리학 및 핵의학 응용 분야에 적용될 것으로 생각된다.

양성자핵반응에 대한 연구는 현재 핵융합로의 재료 개발을 비롯하여 양성자치료 분야 등을 중심으로 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구는 100 MeV 양성자 빔을 이용한 27Al(p,3p+n)24Na 반응을 통하여 발생되는 지발 감마선(2754, 1386 keV) 스펙트럼을 고순도 HPGe 검출기를 이용하여 측정하였다. 실험에 사용되어진 양성자 빔은 양성자가속기연구센터(KOMAC)에 설치되어 있는 100 MeV 양성자선형가속기를 사용하였다. 측정된 감마선은 기존에 알려진 결과들과 비교분석하였다. 측정된 감마선의 강도는 고에너지 감마선 검출효율을 결정하는데 매우 중요한 정도를 제공 할 것으로 생각되어 진다.

This study is mainly focused on micellar effect of cetylpyridinium chloride(CPyCl) solution including alkylbenzimidazole( R-BI) on dephosphorylation of diphenyl-4-nitrophenylphosphinate(DPNPIN) in carbonate buffer(pH 10.7). The reactions of DPNPIN with R-BI⊖ are strongly catalyzed by the micelles of CPyCl. Dephosphorylation of DPNPIN is accelerated by BI⊖ ion in 10 -2 M carbonate buffer(pH 10.7) of 4×10 -3 M CPyCl solution up to 100 times as compared with the reaction in carbonate buffer by no BI solution of 4×10 -3 M CPyCl. The value of pseudo first order rate constant(k m BI) of the reaction in CPyCl solution reached a maximum rate constant increasing micelle concentration. Such rate maxima are typical of micellar catalyzed bimolecular reactions. The reaction mediated by R-BI⊖ in micellar solutions are obviously slower than those by BI⊖, and the reaction rate were decreased with increase of lengths of alkyl groups. It seems due to steric effect of alkyl groups of R-BI⊖ in Stern layer of micellar solution. The surfactant reagent, cetylpyridinium chloride(CPyCl) , strongly catalyzes the reaction of diphenyl-4-nitrophenylphosphinate(DPNPIN) with alkylbenzimidazole (R-BI) and its anion(R-BI⊖) in carbonate buffer(pH 10.7). For example, 4×10 -3 M CPyCl in 1×10 -4 M BI solution increase the rate constant (kψ=1.0×10 -2 sec -1 ) of the dephosphorylation by a factor ca.14, when compared with reaction (kψ=7.3×10 -4 sec -1 ) in 1×10 -4 M BI solution(without CPyCl). And no CPyCl solution, in 1×10 -4 M BI solution increase the rate constant (kψ=7.3×10 -4 sec -1 ) of the dephosphorylation by a factor ca.36, when compared with reaction (kψ=2.0×10 -5 sec -1 ) in water solution(without BI). This predicts that the reactivities of R-BI⊖ in the micellar pseudophase are much smaller than that of BI⊖ . Due to the hydrophobicity and steric effect of alkyl group substituents, these groups would penetrate into the core of the micelle for stabilization by van der Waals interaction with long alkyl groups of CPyCl.