KR101522980B1 - Yttrium Tri-iodide Target for Nuclear Transmutation of Nuclide Iodine-129 and the Manufacturing Method thereof, and Treatment System for Nuclide Iodine-129 using It - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 소각로형 원자로에서 배출되는 고준위 방사성 폐기물의 소멸 처리장치에서 사용후 핵연료에서 발생하는 장수명 핵종인 아이오다인-129를 중성자와 반응시켜 방사선을 내지 않는 안정한 원소로 핵변환함으로써 아이오다인-129를 안정적이며 효과적으로 소멸시켜 사용후 핵연료의 장기 관리 및 처분장의 환경 방사능을 크게 저감시킬 수 있도록 한 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 및 그 제조방법과 이를 이용한 아이오다인-129의 처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for decomposing high-level radioactive waste discharged from an incinerator-type nuclear reactor, which comprises reacting iodine-129, which is a long-lived nuclear species generated from a spent nuclear fuel, with a neutron to convert it into a stable element, 129 in a long term management of the spent fuel and the environmental radioactivity of the repository can be greatly reduced, a process for producing the yttrium triiodide target, and a treatment apparatus for the iodine-129 using the same. .
일반적으로 핵연료는 원자로 내부에 장전된 후 중성자와의 충돌을 통해 연쇄 핵분열 반응을 일으켜 열에너지를 생성하는 물질을 말하며, 연료봉(fuel rod) 형태로 원자로에 삽입된다. 그리고, 사용후 핵연료는 원자로에 장전돼 중성자에 의해 조사(irradiation)받아 연쇄 핵분열 반응을 경험하고, 내부에 존재했던 우라늄-235(U-235)가 핵분열하여 생긴 핵분열 생성물을 함유하고 있는 핵연료를 의미한다.In general, nuclear fuel is a substance that is loaded inside a reactor and then generates a series of fission reactions by collision with a neutron to generate thermal energy, which is inserted into the reactor in the form of a fuel rod. The spent fuel is irradiated by neutrons and is subjected to a chain fission reaction. Uranium-235 (U-235), which is present inside the nuclear reactor, is a nuclear fuel containing nuclear fission products. do.
이에 따라 사용후 핵연료에는 다양한 방사성 물질이 포함되어 있으며, 이러한 방사성 물질중 하나인 아이오딘-129는 반감기가 1570만년에 달하는 장수명 핵종으로서, 베타선(β-ray) 방출원임과 아울러 상온에서 기체 상태로 존재하여 환경에 방출되었을 때 이동이 자유로워 넓은 지역에 피해를 줄 수 있으므로, 사용후 핵연료의 장기 관리 관점에서 볼 때 가장 중요한 핵종 중 하나에 해당한다.Iodine-129, which is one of these radioactive materials, has a half-life of 15.7 million years. It is a long-life nuclide, which is a source of β-ray radiation and is in a gaseous state at room temperature. It is one of the most important nuclides in terms of long-term management of spent fuel because it is free to move when exposed to the environment and can cause damage to a large area.
따라서, 아이오딘-129의 핵변환을 통해 반감기를 줄이거나 소멸시키기 위한 노력이 계속되고 있는데, 아이오다인-129를 핵변환을 통해 소멸시키기 위해서는 이를 소멸로형 원자로에 탑재하여 저속의 중성자로 충돌시켜 중성자 흡수반응 및 베타붕괴 반응을 유도할 필요가 있다. 하지만, 사용후 핵연료의 재활용을 위한 분리공정에서 발생하는 기체 상태의 아이오다인을 소각로에 그대로 집어넣어 소멸시키는 것은 매우 어렵기 때문에, 소각로에 장전하기 위해서는 이를 가두어 두는 것이 필요하다. 이에 따라, NaI, CaI2 등을 표적물로 사용하여 아이오다인-129를 핵변환시키는 방법이 제안되어 있으나, NaI, CaI2 등은 융점이 낮아 고온의 소멸로에 사용하기 어렵고, 방사선에 대한 안전성이 낮아 쉽게 분해되는 문제가 있다.
Therefore, efforts to reduce or extinguish the half-life through the nuclear conversion of the iodine-129 are continuing. In order to extinction the iodine-129 through the nuclear conversion, it is mounted in the annihilation type reactor and collided with the low- It is necessary to induce the neutron absorption reaction and the beta decay reaction. However, it is very difficult to inject gaseous iodine from the separation process for the recycling of spent fuel into the incinerator, so it is necessary to keep it in order to load it in the incinerator. Accordingly, there has been proposed a method of converting iodine-129 into NaI, CaI 2 or the like as a target, but since NaI and CaI 2 have a low melting point, they are difficult to be used in high-temperature decay, There is a problem that the safety is low and it is easily disassembled.
한편, 핵분열 생성물의 처리에 이용되는 소멸로형 원자로는 고속 중성자를 주로 이용하는 고속로의 형태로 이루어지며, 주로 악티나이드/초우라늄 원소 계열의 핵종을 핵변환시켜 소멸시키는데 이용되고 있다. 그리고, 소멸로형 원자로는 특정 영역에 중성자의 속도를 줄이는 장치를 탑재해 저속 중성자에 의한 핵분열 생성물 핵변환에도 이용된다.On the other hand, the annihilation reactor used for the treatment of fission products is a high-speed reactor that mainly uses high-speed neutrons and is mainly used for nuclear conversion and extinction of nuclides of the actinide / super uranium element series. In addition, the annihilation reactor is equipped with a device for reducing the speed of neutrons in a specific region and is also used for nuclear transfer of nuclear fission products by low-speed neutrons.
참고로, 특허문헌 2에는 중성자를 발생할 수 있는 금속 또는 전이금속을 이용하여 핵변환 반응을 유도함으로써 기체화 가능한 물질을 원료로 하여 새로운 조성의 기체혼합물로 변환시키는, 동위원소 제조 및 핵종 변환을 위한 핵변환 방법이 기재되어 있다.For reference, Patent Document 2 discloses a method for producing isotopes and converting nuclides into nuclides using a gas or a gasifiable material as a raw material by inducing a nuclear transformation reaction using a metal or a transition metal capable of generating neutrons A nuclear conversion method is described.
그리고, 특허문헌 3에는 공기 중의 산소를 제거한 무산소 상태 분위기 내에 금속 재료를 설치한 후 금속 재료를 가열하면서 물을 공급하여 금속 재료 표면에 수증기를 접촉시켜 핵변환을 일으키게 하는 핵변환 방법 및 핵변환 장치가 기재되어 있다.Patent Document 3 discloses a nuclear conversion method in which water is supplied while heating a metal material after installing a metal material in an oxygen-free atmosphere in which oxygen in the air is removed and water vapor is brought into contact with the surface of the metal material, .
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 아이오다인-129를 금속 이트륨과 결합시켜 안정화된 이트륨 트라이 아이오다이드를 얻음과 아울러 이트륨 트라이 아이오다이드에 대한 중성자 반응을 통해 아이오다인-129를 소멸시킴으로써 사용후 핵연료의 장기 관리시 기체 핵분열 생성물의 누출 가능성 및 방사능을 줄일 수 있도록 한 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 및 그 제조방법과 이를 이용한 아이오다인-129의 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a stabilized yttrium triiodide by combining iodine-129 with metal yttrium to obtain stabilized yttrium triiodide, The present invention provides a yttrium triiodide target, a method for producing the yttrium triiodide target, and an apparatus for treating iodine-129 using the same, which can reduce leakage and radioactivity of gas fission products during long-term management of spent nuclear fuel by eliminating phosphorus-129 It has its purpose.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물은 사용후 핵연료로부터 분리된 아이오다인-129와 금속 이트륨 입자의 결합 반응에 생성되는 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말 또는 이 분말을 저온핵비확산성 금속핵연료 제조방법에 따라 압축한 고밀도 이트륨 트라이 아이오다이드 봉으로 이루어지며, 중성자에 의한 핵변환에 따라 지르코늄 및 제논으로 변화되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a yttrium triiodide target, which comprises a radioactive yttrium triiodide powder or a powder thereof produced in a binding reaction between iodine-129 and metal yttrium particles separated from spent nuclear fuel, Density yttrium iodide rod compressed according to the method for producing a nuclear non-proliferated metal fuel, and is characterized in that it is converted into zirconium and xenon according to the nuclear transformation by the neutron.
또, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물에 따르면, 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉은 스테인리스 스틸 피복관에 장입되어 밀봉되거나 그 외주면에 스테인리스 스틸이 클래딩되는 것을 특징으로 한다.According to the yttrium triiodide target of the present invention, the yttrium triiodide rod is packed in a stainless steel cladding tube and is sealed or stainless steel is cladded on the outer circumferential surface thereof.
그리고, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 제조방법은, 사용후 핵연료의 분리공정에서 발생하는 아이오다인-129를 은(Ag) 필터로 포집하여 실버 아이오다이드를 형성하는 단계와; 상기 실버 아이오다이드를 암모니아수에 반응시켜 순수한 아이오다인 기체를 얻는 단계와; 상기 아이오다인 기체를 금속 이트륨 입자와 반응시켜 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for producing a yttrium tri-iodide target of the present invention comprises the steps of: collecting iodine-129 generated in a spent nuclear fuel separation process with a silver (Ag) filter to form silver iodide; Reacting the silver iodide with ammonia water to obtain pure iodine gas; And reacting the iodine gas with metal yttrium particles to obtain a radioactive yttrium triiodide powder.
또, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 제조방법에 따르면, 상기 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 원통형 고압 용기에 넣고 양단에서 금속 피스톤으로 가압하면서 전류를 인가하여 고밀도 이트륨 트라이 아이오다이드 봉을 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the method for producing a yttrium triiodide target of the present invention, the radioactive yttrium triiodide powder is placed in a cylindrical high-pressure vessel, and a current is applied to both ends of the yttrium triiodide powder by pressurizing with a metal piston to obtain a high density yttrium triiodide rod The method comprising the steps of:
한편, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 이용한 아이오다인-129의 처리장치는, 아이오다인-129와 금속 이트륨 입자가 결합된 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드가 봉 형상으로 고밀도 압축된 것으로 원주 방향을 따라 배치되는 복수의 표적봉과; 중성자의 충돌 속도가 감소되도록 상기 표적봉의 주위에 배치되는 지르코늄 하이드라이드 봉과; 아이오다인-129의 핵변환에 따른 열 방출을 효과적으로 제거할 수 있도록 내부에 냉각재가 유동하며 상기 표적봉과 지르코늄 하이드라이드 봉이 길이 방향으로 수용되는 냉각채널과; 전체 집합체가 축 방향을 따라 견고하게 위치할 수 있도록 상기 냉각채널의 중심부에 설치되는 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the apparatus for treating iodine-129 using the yttrium triiodide target of the present invention, the radioactive yttrium triiodide to which the iodine-129 and the metal yttrium particles are bound is dense and compacted in a bar shape A plurality of target rods disposed along the circumferential direction; A zirconium hydride rod disposed around the target rod such that the impact velocity of the neutron is reduced; A cooling channel in which a coolant flows and which receives the target rod and the zirconium hydride rod in the longitudinal direction so as to effectively eliminate heat emission due to the nuclear transformation of the iodine-129; And a support installed at the center of the cooling channel so that the entire assembly can be firmly positioned along the axial direction.
또, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 이용한 아이오다인-129의 처리장치에 따르면, 상기 표적봉은 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉이 스테인리스 스틸 피복관에 장입되어 밀봉되거나 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉의 외주면에 스테인리스 스틸이 클래딩되어 이루어진 것을 특징으로 한다.According to the apparatus for treating iodine-129 with the target of yttrium triiodide of the present invention, the target rod is formed by charging the yttrium triiodide rod into a stainless steel cladding tube and sealing the yttrium triiodide And stainless steel is clad on the outer circumferential surface.
본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 및 그 제조방법은 사용후 핵연료에 포함된 장수명 핵종인 아이오다인-129가 금속 이트륨과의 결합을 통해 안정화되도록 함과 아울러 중성자와의 충돌에 따른 핵변환을 통해 제논 및 지르코늄으로 변화되어 방사성 물질인 아이오다인-129를 효과적으로 소멸시켜 사용후 핵연료의 장기 관리가 용이해지고 처분장의 환경 방사능이 크게 저감되도록 하는 효과가 있다.The yttrium triiodide target of the present invention and its preparation method can stabilize the long-lived nuclear species iodine-129 contained in spent nuclear fuel through binding with yttrium, , It is effectively converted into xenon and zirconium to effectively extinguish the radioactive iodine-129, thereby facilitating long-term management of the spent fuel and greatly reducing the environmental radioactivity of the repository.
그리고, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 이용한 아이오다인-129의 처리장치는 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 구성하고 있는 아이오다인-129를 효과적으로 소멸시키면서도 부산물의 반감기를 증가시키거나 전체 방사능 수치가 높아지지 않게 하는 효과가 있다.The apparatus for treating iodine-129 using the yttrium triiodide target of the present invention effectively destroys the iodine-129 constituting the yttrium triiodide target, while increasing the half-life of the by-product The total radioactivity level is not increased.
도 1은 본 발명에 의한 이트륨 트라이-아이오다이드 표적물의 상변환 도표.
도 2는 본 발명의 이트륨 트라이-아이오다이드 표적물에서 아이오다인의 핵변환 사슬을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명의 이트륨 트라이-아이오다이드 표적물에서 이트륨의 핵변환 사슬을 나타낸 참고도.
도 4는 본 발명에 의한 이트륨 트라이-아이오다이드 표적물을 이용한 아이오다인-129의 처리장치의 개념도.Figure 1 is a phase diagram of a yttrium tri-iodide target according to the present invention.
2 is a reference view showing the nuclear translocation chain of iodine in the yttrium tri-iodide target of the present invention.
3 is a reference diagram showing the nuclear translocation chain of yttrium in the yttrium tri-iodide target of the present invention.
4 is a conceptual diagram of an apparatus for treating iodine-129 with a yttrium tri-iodide target according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 아이오다인-129의 핵변환을 위한 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 및 그 제조방법과 이를 이용한 아이오다인-129의 처리장치를 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a target of yttrium triiodide for nuclear conversion of iodine-129 of the present invention, a process for producing the same, and an apparatus for processing iodine-129 using the same will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물은, 사용후 핵연료로부터 분리된 아이오다인-129와 금속 이트륨 입자의 결합 반응에 생성되는 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말 또는 이 분말을 저온핵비확산성 금속핵연료 제조방법에 따라 압축한 고밀도 이트륨 트라이 아이오다이드 봉으로 이루어지며, 중성자에 의한 핵변환에 따라 지르코늄 및 제논으로 변화된다.The yttrium triiodide target of the present invention is characterized in that the radioactive yttrium triiodide powder generated in the bonding reaction of the iodine-129 and the yttrium metal particles separated from the spent nuclear fuel or the powder is mixed with the low temperature nuclear non- It consists of a high density yttrium triiodide rod compressed according to the manufacturing method and is converted into zirconium and xenon by nuclear transformation by neutrons.
이때, 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉은 스테인리스 스틸 피복관에 장입되어 밀봉되거나 그 외주면에 스테인리스 스틸이 클래딩됨으로써 외부에 직접 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
At this time, it is preferable that the yttrium triiodide rod is packed in a stainless steel cladding tube and sealed, or stainless steel is cladded on the outer circumferential surface thereof to prevent direct exposure to the outside.
상기한 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 제조하기 위한 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 제조방법은, 사용후 핵연료의 분리공정에서 발생하는 아이오다인-129를 은(Ag) 필터로 포집하여 실버 아이오다이드를 형성하는 단계와; 상기 실버 아이오다이드를 암모니아수에 반응시켜 순수한 아이오다인 기체를 얻는 단계와; 상기 아이오다인 기체를 금속 이트륨 입자와 반응시켜 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 얻는 단계와; 상기 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 원통형 고압 용기에 넣고 양단에서 금속 피스톤으로 가압하면서 전류를 인가하여 고밀도 이트륨 트라이 아이오다이드 봉을 얻는 단계;를 포함하여 이루어진다.In the method for producing a yttrium triiodide target of the present invention for producing the yttrium triiodide target, iodine-129 produced in the separation process of the spent nuclear fuel is collected by a silver (Ag) filter Silver iodide; Reacting the silver iodide with ammonia water to obtain pure iodine gas; Reacting the iodine gas with metal yttrium particles to obtain a radioactive yttrium triiodide powder; Placing the radioactive yttrium triiodide powder in a cylindrical high-pressure vessel and applying current to the metal piston at both ends to obtain a high-density yttrium triiodide rod.
다시 말해서 사용후 핵연료의 분리공정에서 발생하는 아이오다인-129를 은 필터로 포집하여 AgI 고체를 만든 후, 이를 암모니아수에 용해 시키면 아이오다인 기체(I2)가 방출된다. 방출된 아이오다인 기체와 금속상의 이트륨을 반응시키면 화합물인 이트륨 트라이 아이오다이드(YI3) 분말을 얻을 수 있다. 이트륨 트라이 아이오다이드는 안정한 물질로서 고온, 고압, 방사선환경에서 장시간 사용될 수 있으며, 녹는점이 997℃이므로, 300~600℃ 사이인 소각로 운전 조건에서 고체 상태로 유지되는 장점이 있다.In other words, when iodine-129 generated in the separation process of spent nuclear fuel is collected by a silver filter to form an AgI solid and then dissolved in ammonia water, iodine gas (I 2 ) is released. The released iodine gas and yttrium on the metal are reacted to give yttrium triiodide (YI 3 ) powder. Yttrium triiodide is a stable material and can be used for a long time under high temperature, high pressure, and radiation environment. Since it has a melting point of 997 ° C, it has an advantage of being maintained in a solid state at an incinerator operating condition of 300 to 600 ° C.
그런데, 아이오다인-129를 효과적으로 제거하기 위해서는 아이오다인의 밀도를 증가시킬 필요가 있다. YI3는 분말로써 공극도(porosity)가 높으므로 이를 소결하여 적절한 밀도를 가지게 하는 것이다. 하지만, 기존 방식의 고온 소결 방법은 융점을 초과하여 부적절하므로, 저온 소결 방식을 이용하는 것이 바람직하다. However, in order to effectively remove the iodine-129, it is necessary to increase the density of the iodine. YI 3 is a powder having a high porosity, so it is sintered to have an appropriate density. However, since the conventional high-temperature sintering method is inadequate because it exceeds the melting point, it is preferable to use the low-temperature sintering method.
이와 관련하여, 특허문헌 1에는 '분말 원료에 전류 및 압축력을 동시에 적용하는 저온핵비확산성 금속핵연료 제조방법'에 기재되어 있다. 따라서, 상기 저온핵비확산성 금속핵연료 제조방법에 따라 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 분말 원료에 전류와 압축력을 가하여 고체 봉 형태가 되도록 함으로써, 이트륨 트라이 아이오다이드 봉의 제조를 완료한다. 즉, 융점 아래에서 원통형 고압용기를 사용하여 봉상의 YI3 표적물을 제작하는 것이다. 이때, 약 10%의 공극을 형성함으로써 아이오다인-129의 핵변환에 따라 발생하는 제논(Xe) 기체의 방출을 유도하여 봉 형상 표적물의 팽윤(swelling)을 최소화하는 것이 바람직하다.In this connection, Patent Document 1 describes a method of manufacturing a low-temperature nuclear non-proliferative metal fuel in which a current and a compressive force are simultaneously applied to a powder raw material. Thus, according to the low-temperature nuclear non-proliferative metal fuel fabrication method, the yttrium triiodide powder is subjected to current and compressive forces to form a solid rod, thereby completing the production of a yttrium triiodide rod. That is, a rod-shaped YI 3 target is produced using a cylindrical high-pressure vessel under the melting point. At this time, it is desirable to induce the release of xenon (Xe) gas resulting from the nuclear transformation of the iodine-129 by forming about 10% voids to minimize the swelling of the bar target.
그리고, 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉은 원자로 내부의 냉각재 유동 환경에서 부서지거나 이동되지 않도록 스테인리스스틸 피복재로 감싸지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉은 스테인리스 스틸 피복관에 장입되어 밀봉되거나 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉의 외주면에 스테인리스 스틸이 클래딩되는 것이다.
The yttrium triiodide rod is preferably wrapped in a stainless steel jacket to prevent it from breaking or moving in the coolant flow environment inside the reactor. That is, the yttrium triiodide rod is packed in a stainless steel cladding tube and sealed, or stainless steel is cladded on the outer circumferential surface of the yttrium triiodide rod.
한편, 본 발명의 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물을 이용한 아이오다인-129의 처리장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 아이오다인-129와 금속 이트륨 입자가 결합된 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드가 봉 형상으로 고밀도 압축된 것으로 원주 방향을 따라 배치되는 복수의 표적봉(10)과; 중성자의 충돌 속도가 감소되도록 상기 표적봉(10)의 주위에 배치되는 지르코늄 하이드라이드 봉(20)과; 아이오다인-129의 핵변환에 따른 열 방출을 효과적으로 제거할 수 있도록 내부에 냉각재가 유동하며 상기 표적봉(10)과 지르코늄 하이드라이드 봉(20)이 길이 방향으로 수용되는 냉각채널(30)과; 전체 집합체가 축 방향을 따라 견고하게 위치할 수 있도록 상기 냉각채널(30)의 중심부에 설치되는 지지대(35);를 포함하여 이루어진다.On the other hand, as shown in FIG. 4, the apparatus for treating iodine-129 using the yttrium triiodide target of the present invention is a system in which iodine-129 and radioactive yttrium triiodide combined with metal yttrium particles A plurality of target rods (10) arranged in a circumferential direction with a high density in a bar shape; A
여기서, 상기 표적봉(10)은 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉(11)이 스테인리스 스틸 피복관(12)에 장입되어 밀봉되거나 상기 이트륨 트라이 아이오다이드 봉(11)의 외주면에 스테인리스 스틸이 클래딩되어 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the
아이오다인-129의 소멸 효율을 극대화하기 위해서는 중성자의 충돌 확률을 높여주어야 하는데, 이를 위해서는 중성자 속도를 줄이는 장치가 필요하다. 상기 지르코늄 하이드라이드 봉(20)을 구성하는 지르코늄 하이드라이드(ZrHx)는 중성자 산란단면적이 크고 충돌 시 중성자의 에너지를 빠르게 감소시키는 물질로, 중성자의 속도를 효과적으로 줄이게 된다. 따라서, 상기 지르코늄 하이드라이드 봉(20)을 이트륨 트라이 아이오다이드 봉(11)을 포함하는 표적봉(10) 주변에 둘러주게 되면, 중성자를 감속시켜 반응확률을 높여주게 된다.To maximize the extinction efficiency of IODINE-129, neutron collision probability should be increased. To this end, a device for reducing the neutron velocity is needed. The zirconium hydride (ZrHx) constituting the zirconium hydride rod (20) has a large neutron scattering cross-sectional area and rapidly decreases the neutron energy at the time of impact, effectively reducing the neutron velocity. Thus, when the
아이오다인-129의 핵변환을 통한 무해화 과정은 도 2의 핵변환 사슬을 통해확인이 가능하다. 아이오다인-129가 지르코늄 하이드라이드에 의해 속도가 줄어든 중성자를 흡수해 아이오다인-130으로 핵변환된 후 베타붕괴를 통해 안정한 제논-130(Xe-130)으로 핵변환된다.
The detoxification process of Iodine-129 through nuclear conversion can be confirmed through the nuclear conversion chain of FIG. Iodine-129 absorbs neutrons that are slowed down by zirconium hydride and is converted to iodine-130 and then to beta-decay to stable xenon-130 (Xe-130).
한편, 아이오다인-129의 핵변환을 위하여 중성자를 조사할 때 아이오다인-129에 대해서만 선택적으로 중성자 조사가 일어나지 않기 때문에 이트륨의 핵변환, 지르코늄과 수소의 핵변환 등을 모두 고려할 필요가 있다. 즉, 아이오다인-129의 핵변환에 따라 부산물로 생기는 핵종들의 반감기가 아이오다인-129에 비해 오히려 길어지거나 전체 방사능 수치가 높아진다면 새로운 문제가 발생할 여지가 있다. On the other hand, neutron irradiation for Iodine-129 is not selective to neutron irradiation for iodine-129, so it is necessary to consider both the nuclear transformation of yttrium and the nuclear transformation of zirconium and hydrogen . That is, if the half-life of the nuclides produced as a by-product due to the nuclear conversion of the iodine-129 is longer than that of the iodine-129, or if the total radioactivity is increased, new problems may arise.
이는 각 원소의 핵변환 사슬을 분석함으로써 해결할 수 있다. 자연상태의 이트륨은 이트륨-89(Y-89) 형태로만 존재하는데, 이트륨-89가 중성자를 포획하면 이트륨-90(Y-90)이 생성된다. 한편, 이트륨-90은 베타붕괴를 통해(반감기=64시간) 안정한 원소인 지르코늄-90(Zr-90)으로 변하게 되기 때문에 이트륨 트라이 아이오다이드 표적의 중성자 조사에 따른 반감기 증가와 방사능 준위 증가는 고려하지 않아도 된다.This can be solved by analyzing the nuclear transformation chain of each element. Natrium in its natural state exists only in the form of yttrium-89 (Y-89), and when yttrium-89 captures neutrons, yttrium-90 (Y-90) is produced. On the other hand, since yttrium-90 changes to zirconium-90 (Zr-90), which is a stable element through beta decay (half-life = 64 hours), the increase in half-life and increase in radioactivity due to neutron irradiation of yttrium- You do not have to do.
그리고, 지르코늄 하이드라이드와 이트륨 트라이 아이오다이드를 봉 형태로 구성하고, 그 사이로 냉각재가 흐를 수 있게 한 것은 아이오다인-130의 베타붕괴시 발생하는 2.949MeV의 감마(γ)선 및 이트륨-90의 베타붕괴시 발생하는 2.280MeV의 감마(γ)선에 의한 열 발생을 효과적으로 제거하기 위한 것이다.
The reason why the zirconium hydride and yttrium triiodide are formed in the form of a rod and the coolant can flow therebetween are the gamma (gamma) ray of 2.949 MeV generated during the beta decay of Iodine-130 and yttrium-90 (Gamma) line of 2.280 MeV which occurs at the time of beta decay.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be appreciated by those skilled in the art that numerous changes and modifications can be made to the invention without departing from the spirit and scope of the invention. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.
현재 사용후 핵연료의 처분 문제는 국내를 비롯한 세계 여러 나라에서 심각한 사회문제로 대두하고 있으며, 우리 나라와 같이 인구 밀도가 높고 가용한 면적이 좁은 나라에서는 그 문제가 더욱 심각하다고 할 수 있다. 따라서, 차후 건설될 소멸로형 원자로에 본 발명을 적용함으로써, 장수명 핵분열 생성물의 방사능 준위와 반감기를 줄여 핵분열 생성물의 체적을 줄이고 사용후 핵연료 장기 관리에 대한 후손들의 부담을 덜어줄 수 있을 것으로 기대된다Currently, the problem of disposal of spent nuclear fuel is a serious social problem in many countries including Korea, and the problem is more serious in a country where the population density is high and the available area is narrow like our country. Therefore, by applying the present invention to a future annihilation reactor to be constructed, it is expected to reduce the radioactive level and half-life of long-lived fission products, thereby reducing the volume of fission products and relieving the burden of long-term management of spent fuel
또한, 사용후 핵연료를 직접 처분을 위한 방사성 물질 제거 산업에 도움이 될 것으로 예측되고 있다. 즉, 사용후 핵연료를 처리하는 경우 악티나이드/초우라늄 원소를 제외한 장수명 핵분열 생성물은 결국 소멸시키거나 직접 처분해야 할 것인데, 본 발명의 표적물을 통하여 아이오다인-129를 선택적으로 소멸시킨다면 장수명 핵종 관리에 따른 어려움과 비용이 대폭 감소할 것으로 예측되고 있다.It is also expected to help the radioactive material removal industry for direct disposal of spent nuclear fuel. That is, when the spent fuel is treated, long-lived nuclear fission products other than the actinide / transuranic elements will eventually be destroyed or disposed of directly. If iodine-129 is selectively destroyed through the target of the present invention, The difficulties and costs associated with management are expected to be drastically reduced.
또한, 본 발명의 고융점, 고밀도 및 적절한 공극율을 갖는 YI3 표적물의 제조 기술에 의해 I-129의 핵변환이 실용화되면, 해외 유수의 연구용 원자로 및 소멸로에 장전될 표적물의 생산에 이용될 수 있게 된다. 이에 따라, 미래의 사용후 핵연료 관리 방안으로 대두하고 있는 다국적 공동 관리 체계에서도 본 발명이 큰 역할을 할 것으로 생각된다.Further, when the nuclear transformation of I-129 is put to practical use by the technique of manufacturing the YI 3 target having a high melting point, high density and a suitable porosity of the present invention, it can be used for the production of foreign research reactors and targets to be loaded in the annihilation furnace . Accordingly, the present invention is expected to play a large role in a multinational common management system, which is emerging as a future spent fuel management plan.
10...표적봉
11...이트륨 트라이 아이오다이드 봉
12...스테인리스 스틸 피복관
20...지르코늄 하이드라이드 봉
30...냉각채널
35...지지대10 ... target rod
11 ... yttrium triiodide rod
12 ... Stainless steel cladding
20 ... zirconium hydride rod
30 ... cooling channel
35 ... support
Claims (6)
상기 실버 아이오다이드를 암모니아수에 반응시켜 순수한 아이오다인 기체를 얻는 단계와;
상기 아이오다인 기체를 금속 이트륨 입자와 반응시켜 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 얻는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 제조방법.Collecting iodine-129 generated in the spent nuclear fuel separation process with a silver (Ag) filter to form silver iodide;
Reacting the silver iodide with ammonia water to obtain pure iodine gas;
Reacting the iodine gas with metal yttrium particles to obtain a radioactive yttrium triiodide powder. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 방사성 이트륨 트라이 아이오다이드 분말을 원통형 고압 용기에 넣고 양단에서 금속 피스톤으로 가압하면서 전류를 인가하여 고밀도 이트륨 트라이 아이오다이드 봉을 얻는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이트륨 트라이 아이오다이드 표적물 제조방법.The method of claim 3,
Adding the radioactive yttrium triiodide powder to a cylindrical high-pressure vessel and applying current to the metal piston at both ends while applying an electric current to obtain a high-density yttrium triiodide rod, characterized in that the yttrium triiodide target Water.
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| CN113539532A (en) * | 2021-06-04 | 2021-10-22 | 中国核电工程有限公司 | System and method for detecting damage of spent fuel assembly |
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- 2013-11-28 KR KR1020130146125A patent/KR101522980B1/en active IP Right Grant
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