Because most spent nuclear fuel storage casks have been designed for low burnup fuel, a safety-significant high burnup dry storage cask must be developed for nuclear facilities in Korea to store the increasing high burnup and damaged fuels. More than 20% of fuels generated by PWRs comprise high burnup fuels. This study conducted a structural safety evaluation of the preliminary designs for a high burnup storage cask with 21 spent nuclear fuels and evaluated feasible loading conditions under normal, off-normal, and accident conditions. Two types of metal and concrete storage casks were used in the evaluation. Structural integrity was assessed by comparing load combinations and stress intensity limits under each condition. Evaluation results showed that the storage cask had secured structural integrity as it satisfied the stress intensity limit under normal, off-normal, and accident conditions. These results can be used as baseline data for the detailed design of high burnup storage casks.

Recently, the deep geological disposal system isolating a spent nuclear fuel (SNF) is considered a disposal method of high-level radioactive waste for the safety of humans or the natural environment. The one of important requirements for maintaining the thermal stability of these systems is that the temperature of the buffer does not exceed 100°C even though the decay heat is emitted from highlevel radioactive wastes loaded in the disposal container. In 2007, a deep geological disposal system based on the Swedish disposal concept was developed for the SNF in Korea. To respond to the development process, the thermal stability of the deep geological disposal system developed for the disposal of domestic pressurized light water reactor (PWR) SNFs with discharged burn-up of 55 GWD/MTU was evaluated in 2019. The thing is that the recent fuel activity is pursuing to operate further high burn-up fuel conditions, and it leads to emergency core cooling system (ECCS) revision for extending the license for up to 60 or more than 60 GWD/MTU in the world. In this regard, this study evaluates numerically the thermal stability of the deep geological disposal system for the high burn-up PWR SNF having large decay heat compared to previous conditions for two different length disposal containers classified according to the length of PWR SNFs discharged from domestic nuclear power plants. A finite element analysis using a computational program was used to evaluate the thermal design requirements. Results show that both types of disposal containers would increase the temperature which reduces or fails to meet the safety margin of the disposal system. This study suggests that the design of the previous disposal system is needed to be further developed for the high burn-up PWR SNF which would be used in future nuclear power plant systems.

고연소도 경수로사용후핵연료를 이용하여 voloxidation 및 소결 열처리 공정으로부터 세슘의 시간에 따른 방출 거동을 실험적으로 평가하였다. 사용후핵연료 voloxidation 공정에서는 fragment 형태의 시편을 사용하여 최대 의 산화 및 환원 분위기에 따른 세슘 방출 거동을 상호 비교하였으며, 소결 공정에서는 압분체를 이용하여 4% H2/Ar 환원분위기 에서 열처리 온도 변화에 따른 세슘방출 특성 변화를 분석하였다. 산화 분위기에서 fragment 형태의 사용후핵연료로부터 세슘 방출 온도 구간은 였으며, 환원 분위기에서 압분체로부터 방출 온도 구간은 로서, 산화에 의한 사용후핵 연료의 분말화가 세슘 방출 거동에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 아울러 사용후핵 연료로부터 세슘 방출 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 사용후핵 연료내 세슘 화합물의 화학적 형태뿐만 아니라 결정립 및 핵연료 표면으로의 확산 속도에 지배를 받음을 알 수 있었다.

조사후 핵연료 가열(PIA장비)를 이용한 고연소도 UO2 사용후 핵연료의 산화 및 가열후 미세조직의 변화를 관찰하였다. 울진 2호기에서 한국원자력연구소 조사후시험시설로 이송된 국산 경수로용 고연소도 사용후 핵연료는 봉평균 연소도가 57,000 MWd/tU-rod avg.이였다. 본 시험에 사용된 시편은 국부연소도 65,000 MWd/tU UO2 소결체의 고형체 200 mg을 사용하였다. 본 시편을 사용후 핵 연료 가열(PIA) 시험장비를 이용하여 핫셀 내에서 3시간의 산화시험과 연속적으로 까지 가열하였다. 결정립경계까지의 산화를 위하여 에서 헬륨 50 ml, 표준공기 100 ml를 흔합한 산화분위기로 3시간을 유지하였다. 핵분열기체 방출거동을 알기위해 시험 전과정중에 85Kr의 방출량을 베타 측정기와 감마 측정기를 이용하여 실시간으로 측정 하였다. 가열시험이 종료된 후 전자주사현미경을 이용하여 미세구조의 변화를 관찰하였다. 시험결과 가열하는 동안 핵분열생성물은 UO2기지의 결정립경계와 표면으로 이동된 것을 관찰하였다. 이 시편은 환원과정을 통하여 재구조화 되었고, 정도의 결정립크기를 가진 것으로 나타났다.