Material balance evaluation is an important measure to determine whether or not nuclear material is diverted. A prototype code to evaluate material balance has been developed for uranium fuel fabrication facility. However, it is difficult to analyze the code’s functionality and performance because the utilization of real facility data related to material balance evaluation is very limited. It is also restricted to deliberately implement various abnormal situations based on real facility data, such as nuclear diversion condition. In this study, process flow simulator of uranium fuel fabrication facility has been developed to produce various process data required for material balance evaluation. The process flow simulator was developed on the basis of the Simulink-SimEvents framework of the MathWorks. This framework is suitable for batch-based process modeling like uranium fuel fabrication facility. It dynamically simulates the movement of nuclear material according to the time function and provides process data such as nuclear material amount at inputs, outputs, and inventories required for Material Unaccounted For (MUF) and MUF uncertainty calculation. The process flow simulator code provides these data to the material balance evaluation code. And then the material balance evaluation code calculates MUF and MUF uncertainty to evaluate whether or not nuclear material is diverted. The process flow simulator code can simulate the movement of nuclear material for any abnormal situation which is difficult to implement with real process data. This code is expected to contribute to checking and improving the functionality and performance of the prototype code of material balance evaluation by simulating process data for various operation scenarios.

한국원자력연구원은 IAEA에서 권고하고 있는 안전조치기반설계(SBD)에 입각하여 파이로 안전조치 기술을 개발하고 있다. 한국원자력연구원은 파이로 안전조치접근방안 개발을 위한 IAEA 회원국지원프로그램(MSSP)을 수행하였다. IAEA 회원국 지원프로그램을 통하여 기준파이로시설(REPF) 개념을 설계하고, 이 시설에 대한 안전조치시스템을 개발하였다. 최근에 기 준파이로시설은 용량이 증대된 REPF+로 업데이트 되고 있다. 핵물질계량관리시스템 성능평가를 위하여 전산코드 PYMUS 를 개발하였으며, PYMUS는 전용탐지획률 통계평가 방안을 포함하여 업그레이드하고 있다. 파이로 입력물질 계량을 위한 비파괴분석장비로 ASNC가 개발되고 있으며, 파이로 출력물질인 U/TRU 잉곳을 계량하기위한 비파괴분석장비로 HIPAI가 개발되고 있다. 또한 컴프톤 억제 감마선분광기술, LIBS 기술, 균질화 공정의 샘플링 오차에 대한 평가도 진행 중이다. 이러 한 노력들은 국내에서 선진핵주기기술 실현에 크게 기여할 것이다.

본 연구에서는 Li 환원법에 의한 PWR 사용후핵연료의 금속전환과정을 모사하는 프로그램을 개발하였고 이를 이용하여 Li의 양에 따른 사용후핵연료 산화물의 금속 및 염화물 전환량을 계산하였다. 이 프로그램에서는 Li 환원과정의 화학반응에 관련된 특성치와 열역학데이터를 데이터 베이스화하고 이를 입력 데이터로 사용하여 특정 Li 양에 의한 산화물의 반응결과를 전환률로 계산한다. 개발 프로그램의 성능을 평가한 결과, 와 를 제외한 나머지 산화물은 기존 코드 결과값과 6 % 이내의 상대오차로 잘 일치하고 각 산화물의 개별반응에서 산화물의 완전 전환에 필요한 Li 양의 계산값도 이론적 계산값과 정확히 일치함을 확인하였다. 또한 검증된 개발 프로그램을 이용하여 산화물별 Li과 금속전환률의 관계를 분석한 결과, 그 중에서 Li이 250 몰로 주어졌을 때 의 83.73%는 U로 전환된 반면 나머지는 산화물로 잔존하였고, 100% U로 전환시키는데 필요한 Li의 양은 297 몰로 나타났다.