With an ultimate view to identifying abnormal releases of radioactive materials, a set of liquid and gaseous effluent data including unplanned or uncontrolled releases annually reported form the U.S. and Korean nuclear power plants were systematically analyzed. With the use of 21 years’ worth of annual discharge data for 7 radionuclide groups and 24 individual radionuclides, taken from a combined total of 1,610 reactor-years (RYs) covering 62 units of US Pressurized Water Reactors (PWRs) and 22 units of Korean PWRs, three novel formulas for estimating events were employed to calculate characteristic values. Applying these characteristic values derived from the event estimation formulas to events that transpired during 699 RYs in operational US PWRs revealed an enhanced predictive accuracy for abnormal events when considering individual radionuclides, as opposed to grouping them by radionuclide groups. This effect was particularly pronounced for specific events such as leaks caused by problems in Gas Decay Tanks, leaks in Steam Generator Power Operated Relief Valves, fuel defects, and leaks during spent nuclear fuel processing. In the case of Korean PWRs, fuel defects were identified as the primary events related to radioactive effluent releases. The methodologies and characteristic values derived from this study were applied to these events. The event estimation rate was lower in Korean compared to US PWRs, which can be attributed to the lower frequency of event occurrences in Korean PWRs (30 RYs) compared to the US. The approach proposed in this study may contribute to develop a methodology to identify implicit abnormal release data and correlate them with specific operational occurrences or events, which could improve the conventional practice of simply recording and reporting radioactive discharge data.

Pressurized Heavy Water Reactors (PHWR) have stored ion exchange resins, which are used in deuteration, dehydrogenation systems, liquid waste treatment systems, and heavy water cleaning systems, in spent resin storage tanks. The C-14 radioactivity concentration of PHWR spent resin currently stored at the Wolseong Nuclear Power Plant is 4.6×10E+6 Bq/g, which exceeds the limited concentration of low-level radioactive waste. In addition, when all is disposed of, the total radioactivity of C-14, 1.48×10E+15 Bq, exceeds the disposal limit of the first-stage disposal facility, 3.04×10E+14. Therefore, it is currently impossible to dispose of them in Gyeongju intermediate- and low-level disposal facilities. As to dispose of spent resins produced in PHWR, C-14 must be removed from spent resins. This C- 14 removal technology from the spent resin can increase the utilization of Gyeongju intermediate- and low-level disposal facilities, and since C-14 separated from the spent resin can be used as an expensive resource, it is necessary to maximize its economic value by recycling it. The development of C-14 removal technology from the spent resin was carried out under the supervision of Korea Hydro & Nuclear Power in 2003, but there was a limit to the C-14 removal and adsorption technology and process. After that, Sunkwang T&S, Korea Atomic Energy Research Institute, and Ulsan Institute of Science and Technology developed spent resin treatment technology with C-14-containing heavy water for the first and second phases from 2015 to 2019 and from 2019 to the present, respectively. The first study had a limitation of a pilot device with a treatment capacity of 10L per day, and the second study was insufficient in implementing the technology to separate spent resin from the mixture, and it was difficult to install on-site due to the enlarged equipment scale. The technology to be proposed in this paper overcomes the limitations of spent resin mixture separation and equipment size, which are the disadvantages of the existing technology. In addition, since 14CO2 with high concentration is stored in liquid form in the storage tank, only the necessary amount of C-14 radioactive isotope can be extracted from the storage tank and be used in necessary industrial fields such as labeling compound production. Therefore, when the facility proposed in this paper is applied for treating mixtures in spent resin tanks of PHWR, it is expected to secure field applicability and safety, and to reflect the various needs of consumers of labeled compound operators utilizing C-14.

The safety of a KTC-360 transport cask, a large-capacity pressurized heavy-water reactor transport cask that transports CANDU spent nuclear fuel discharged from the reactor after burning in a pressurized heavy-water reactor, must be demonstrated under the normal transport and accident conditions specified under transport cask regulations. To confirm the thermal integrity of this cask under normal transport and accident conditions, high-temperature and fire tests were performed using a one-third slice model of an actual KTC-360 cask. The results revealed that the surface temperature of the cask was 62°C, indicating that such casks must be transported separately. The highest temperature of the CANDU spent nuclear fuel was predicted to be lower than the melting temperature of Zircaloy-4, which was the sheath material used. Therefore, if normal operating conditions are applied, the thermal integrity of a KTC-360 cask can be maintained under normal transport conditions. The fire test revealed that the maximum temperatures of the structural materials, stainless steel, and carbon steel were 446°C lower than the permitted maximum temperatures, proving the thermal integrity of the cask under fire accident conditions.

Activated corrosion products deposited on the reactor coolant system in a nuclear power plant should be removed to reduce the radiation exposure to workers. Chemical decontamination processes using organic acids have been widely applied to remove the activated corrosion products. However, they are highly corrosive to the base metal and generate a considerable amount of ion exchange resin waste, which is hard to be treated. In order to resolve this problem, KAERI has been developed a chemical decontamination process using chelate-free inorganic acid, HyBRID (Hydrazine Based Reductive metal Ion Decontamination) process. Especially, the Cyclic SP (Sulfuric acid/Permanganate)- HyBRID process was suggested as the decontamination process for applying to the remove the double oxide layer generated on the reactor coolant system in the pressurized water reactor (PWR). During the Cyclic SP-HyBRID process, the process is continuously applied without discharging or recharging of the decontamination process solution from the primary circuit. Thus, it is necessary to include the removal processes of the decontamination reagents middle of the Cyclic SP-HyBRID process, e.g., ‘Mn removal step’ for removing the permanganate ions and ‘hydrazine decomposition step’ for decomposition of the remaining hydrazine. During these removal processes, the metal ions can also be removed from the process solution. In this study, the behaviors of metals were investigated during the Cyclic SP-HyBRID process. The concentration changes of metal ions in the process solution were analyzed using atomic absorption (AA) spectroscopy. The metal precipitates generated during the process were characterized using X-ray diffraction (XRD) and Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy. From the results of the analysis, it was observed that the metal ions dissolved in the process solution were converted into metal hydroxides and precipitated at the Mn removal process. It was confirmed by equilibrium calculation result that the OH− ions generated at the Mn removal can react with the metal ions and form the metal hydroxides. It is considered that this removal behaviors of the metals can contribute the decontamination performance.

경수로 원전을 대상으로 원전 내 방사화 대상 물질인 스테인리스강, 탄소강 및 콘크리트의 불순물 정보 적용여부에 따른 방 사화 핵종 재고량을 계산하였다. 본 연구에서 탄소강은 압력용기 물질에 사용되었고, 스테인리스강은 압력용기 내부 물질에 사용되었으며, 일반 콘크리트가 생체 차폐체에 사용되었다. 금속 물질에 대해서는 참고자료 1개의 불순물 함량 정보를 적용 하였고, 콘크리트 물질에서는 참고자료 5개의 불순물 함량 정보를 적용하여 평가를 수행하였다. 방사화 핵종 재고량 전산해 석 시 중성자속 계산에는 MCNP 전산코드를, 방사화 계산에는 FISPACT 전산코드를 각각 사용하였다. 계산 결과, 금속 물질 에서 불순물을 포함한 경우가 그렇지 않은 경우보다 비방사능이 2배 이상 높았으며, 특히 콘크리트에서는 불순물을 포함한 경우가 그렇지 않은 경우보다 최대 30배 이상 비방사능이 높게 계산되었다. 방사화 핵종의 생성반응과 재고량을 분석한 결 과, 금속 구조물에서는 불순물 중 Co원소와 중성자에 의해 생성되는 방사화 핵종인 Co-60이, 콘크리트에서는 불순물 중 Co, Eu 원소와 중성자에 의해 생성되는 방사화 핵종인Co-60, Eu-152, Eu-154 이 방사성폐기물 준위 결정에 큰 영향을 미치고 있 음을 확인하였다. 본 연구의 결과는 원전 해체 계획 수립 시 방사화 핵종 재고량 평가 및 규제에 활용될 수 있을 뿐 아니라, 해체를 고려한 원전 또는 원자력시설의 설계 단계에서도 참고자료로 활용 될 것으로 판단된다.

가압경수로(PWR)에서 배출되는 고준위폐기물을 지하 500m의 화강암 암반의 처분장에 장기간(약 10,000년 동안) 처분하기 위하여 여러 구조적 안전성 평가 수행을 통하여 처분용기모델이 개발되었다. 기존에 설계된 가압경수로용 처분용기 모델은 구조적 안전성은 문제가 없으나 너무 무거운 단점이 지적되었다. 따라서 구조적 안전성을 유지하면서 좀 더 경량화 된 처분용기모델을 개발하는 것이 요구된다. 기존의 처분용기모델이 무거워진 한가지 이유는 처분용기 개발 시 적용된 외력조건 및 안전계수 등에 대한 조건들을 너무 엄격하게 적용했기 때문이라고 사료되기 때문에 이런 조건들을 완화하여 처분용기의 재원들을 조정하여 구조해석을 다시 수행하는 것이 요구된다. 따라서 본 논문에서는 설계 완성된 기존의 처분용기에 대하여 외력 조건 및 용기의 재원(두께 등) 들을 변화시키면서 구조해석을 재 수행하여 구조적 안전성 평가를 보완하였다. 이를 바탕으로 외력 조건에 따른 처분용기의 재원 등을 재 산출한다. 보완 해석 결과 기존의 122cm의 처분용기의 직경을 102cm까지 줄여 경량화 시킬 수 있음이 확인되었다.

본 연구에서는 경수로용 핵연료집합체의 전체지지격자(Full Size Grid)와 부분지지격자(Small Size Grid)에 대한 정적 좌굴강도 실험과 전체 지지격자와 부분지지격자를 구성하는 지지격자판(Grid Strap)에 대한 정적 좌굴해석을 수행하여 지지격자의 좌굴특성을 분석하였으며, 분석결과를 이용하여 전체지지격자와 부분지지격자에 대한 좌굴하중값의 예측 가능성을 평가하였다. 좌굴강도 실험은 웨스팅하우스형 연료의 셀을 갖는 전체지지격자와 등의 셀을 갖는 부분지지격자에 대하여 수행하였으며, 실험결과를 이용하여 지지격자의 좌굴강도와 지지격자의 행(rows)과 열(columns) 사이의 관계식을 제시하였다. 좌굴강도 해석은 범용 유한요소해석코드인 ANSYS를 이용하여 수행하였으며, 해석결과를 이용하여 지지격자의 좌굴특성을 분석하고 실험결과와 비교평가 하였다.

본 논문에서는 깊은 지하 500m에 처분된 가압경수로(PWR) 고준위폐기물 처분용기에 지하수압과 벤토나이트 팽윤압이 가해지는 동안 처분용기에 발생하는 크립변형을 예측하기 위하여 처분용기에 대한 구조해석을 수행하였다. 보통 이러한 크립변형은 처분용기에 추가적인 외력이 작용하지 않더라도 처분용기에 작용하는 압력과 내부의 높은 열에 의하여 발생될 수 있다. 처분용 기내부의 열분포의 복잡성 덴 시간의존성으로 인하여 일단 외부 지하수압 및 팽윤압만 고려하여 크립해석을 수행하였다. 이를 위하여 적당한 크립함수를 사용하였으며, 해석은 1억초 동안 수행하였다. 해석결과 1억초 동안 발생하는 크립 변형률은 매우 작으며 주희 처분용기의 위아래 덮개에 발생함을 알 수 있었다. 그러나 처분용기의 구조강도에 중요한 내부 주철삽입물에는 훨씬 더 작은 미소한 변형률만 발생하여 처분용기에 발생하는 크립변형은 처분용기의 구조적인 안전성에는 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 해석 초기에 처분용기 내에 급격히 응력이 증가하여 최고치에 도달한 후 잠깐동안 이 응력 값을 유지하다가 그 이 후에는 급격히 응력 값이 감소하는 응력이완현상을 보이고 있기 때문에 발생 응력 측면에서도 전혀 처분용기의 구조적인 안전성에 문제가 없음이 확인되었다.

The problem of system reliability is very important issue in the digitalized nuclear power plant, because the failure of its system brings about extravagant economic loss, environment destruction, and fatal damage of human. Therefore the purpose of this s

본 논문에서는 고준위 핵폐기물의 지하 처분 시 사용되는 핵폐기물 처분장치의 기본 구조설계에 필요한 처분장치내의 핵 폐기물다발들을 지지하는 내부 삽입물의 구조형상과 재원 또 처분장치의 화학적 부식을 방지하기 위해 외곽에 설치하는 외곽쉘과 위아래 덮개의 두께를 결정하기 위하여 처분장치 구조물에 대한 선형정적 구조해석을 수행하였다. 해석 대상 처분장치는 가압경수로와 중수로의 핵폐기물 처분장치를 사용하였다. 일반적으로 핵폐기물 처분장치는 지하수백 미터에 위치하는 화강암 등의 암반 내에 설치하게 되는데 이 때 지하수의 침수에 의한 지하수압 및 처분장치 외곽에 완충장치로 설치하는 벤토나이트 버퍼의 팽윤압을 견디어 내야 한다. 따라서 이와 같은 압력의 변화에 따른 처분장치 구조물에 발생하는 응력 및 변형 등을 알기 위해서는 처분장치 구조물에 대한 구조해석을 수행해야 된다. 이를 위하여 본 논문에서는 처분장치에 대하여 선형정적 구조해석을 수행하였다.