KR102154824B1 - Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom - Google Patents

Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom Download PDF

Info

Publication number
KR102154824B1
KR102154824B1 KR1020180127388A KR20180127388A KR102154824B1 KR 102154824 B1 KR102154824 B1 KR 102154824B1 KR 1020180127388 A KR1020180127388 A KR 1020180127388A KR 20180127388 A KR20180127388 A KR 20180127388A KR 102154824 B1 KR102154824 B1 KR 102154824B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nuclear fuel
molten metal
recycled
manufacturing
raw material
Prior art date
Application number
KR1020180127388A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200046351A (en
Inventor
김기환
김종환
하성준
국승우
고영모
오석진
정경채
박정용
김성호
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020180127388A priority Critical patent/KR102154824B1/en
Publication of KR20200046351A publication Critical patent/KR20200046351A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102154824B1 publication Critical patent/KR102154824B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/02—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders
    • G21C1/022—Fast fission reactors, i.e. reactors not using a moderator ; Metal cooled reactors; Fast breeders characterised by the design or properties of the core
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C43/00—Alloys containing radioactive materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은 핵연료 폐기물 스크랩 표면에 위치하는 불순물층을 기계적 가공법으로 제거하는 표면 처리 단계, 도가니에 핵연료용 순원료물질을 장입하는 단계, 도가니의 핵연료용 순원료물질 상으로 표면 처리 단계를 거친 핵연료 폐기물 스크랩을 장입하는 단계, 도가니를 가열하여 핵연료용 순원료물질 및 핵연료 폐기물 스크랩을 순차적으로 용융시켜 용탕을 형성하는 단계, 용탕에 몰드를 하강시켜 침지시키는 단계, 침지된 몰드 내부로 용탕을 사출시키는 단계, 그리고 사출된 용탕을 냉각시켜 재활용 핵연료심을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment of the present invention includes a surface treatment step of removing an impurity layer located on the surface of a nuclear fuel waste scrap by a mechanical processing method, a step of charging a pure raw material for nuclear fuel into a crucible, and the order for nuclear fuel in a crucible. The step of charging the nuclear fuel waste scrap that has undergone a surface treatment step onto the raw material, forming a molten metal by sequentially melting the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap by heating the crucible, lowering the mold into the molten metal and immersing it , Injecting the molten metal into the immersed mold, and cooling the injected molten metal to form a recycled nuclear fuel core.

Description

재활용 핵연료심의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 핵연료심{METHOD FOR MANUFACTURING RECYCLED FUEL SLUG AND RECYCLED FUEL SLUG MANUFACTURED THEREFROM}Manufacturing method of recycled nuclear fuel core and recycled nuclear fuel core manufactured therefrom {METHOD FOR MANUFACTURING RECYCLED FUEL SLUG AND RECYCLED FUEL SLUG MANUFACTURED THEREFROM}

재활용 핵연료심의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 핵연료심이 제공된다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core and a recycled nuclear fuel core manufactured therefrom are provided.

오늘날 세계는 환경 오염, 에너지 자원의 고갈, 급변하는 유가 등 에너지와 관련하여 많은 문제점을 안고 있으며, 각국에서는 이에 대한 대응으로 친환경 에너지의 개발에 박차를 가하고 있다. 차세대 에너지 중 원자력 에너지는 현재 상용화된 가장 효율적인 에너지로서 각국에서 추가적인 원전 건설 혹은 원전 개발 등의 형태로 많은 관심을 보이고 있다.Today, the world has many problems related to energy such as environmental pollution, depletion of energy resources, and rapidly changing oil prices, and countries are spurring the development of eco-friendly energy in response to this. Among the next-generation energy, nuclear energy is the most efficient energy currently commercially available, and is showing a lot of interest in the form of additional nuclear power plant construction or nuclear power plant development.

4세대 원자로(Gen-IV) 노형 중 액체 금속을 냉각재로 사용하는 소듐 냉각 고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)는 사용후 핵연료의 안전한 재순환 및 고독성 장수명 방사성 폐기물량 감소를 통해 원자력 에너지의 지속 가능성에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다. The Sodium-cooled Fast Reactor (SFR), which uses liquid metal as a coolant in the 4th generation reactor (Gen-IV) furnace, sustains nuclear energy through safe recycling of spent nuclear fuel and reduction of highly toxic, long-life radioactive waste. It is expected to be able to contribute to the possibility.

SFR의 핵연료로 사용되는 핵연료심은 U-10Zr, 또는 U-TRU-Zr 등의 금속 물질을 포함하고, 가늘고 긴 원통 형태를 갖는다. 금속 핵연료심은 단순한 제조절차, 양호한 중성자 경제성, 높은 열전도도, 낮은 핵연료 중심부 온도, 냉각재와 우수한 양립성, 고유한 수동 안전성 등의 많은 이점을 가지고 있다. The nuclear fuel core used as the nuclear fuel of SFR contains metallic materials such as U-10Zr or U-TRU-Zr, and has a thin and long cylindrical shape. Metal fuel cores have many advantages such as simple manufacturing procedure, good neutron economy, high thermal conductivity, low fuel core temperature, good compatibility with coolants, and inherent passive safety.

따라서, 핵연료심 제조기술이 매우 중요하고, 일반적으로 핵연료심은 고속로 핵연료 특성 상 핵연료심의 기계적 강도 및 연신율 등이 특별하게 요구되지 않아, 주조성, 휘발방지성, 생산성 및 원격성을 가지는 사출 주조 공정에 의해 제조될 수 있다.Therefore, the nuclear fuel core manufacturing technology is very important, and in general, the nuclear fuel core is an injection casting process having castability, anti-volatility, productivity, and remoteness because the mechanical strength and elongation of the nuclear fuel core are not specifically required due to the characteristics of the nuclear fuel at a high speed. It can be manufactured by

관련 선행문헌으로, 한국공개특허 제10-2018-0094527호는 "금속연료심 제조장치 및 금속연료심 제조방법"에 대하여 개시한다.As a related prior document, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0094527 discloses "metal fuel core manufacturing apparatus and metal fuel core manufacturing method".

한국공개특허 제10-2018-0094527호Korean Patent Publication No. 10-2018-0094527

본 발명의 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은 핵연료심의 제조 수율을 최대화하기 위한 것이다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment of the present invention is to maximize the manufacturing yield of the nuclear fuel core.

본 발명의 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은 방사성 폐기물을 최소화하기 위한 것이다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment of the present invention is to minimize radioactive waste.

본 발명의 한 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은 핵연료 폐기물 스크랩 표면에 위치하는 불순물층을 기계적 가공법으로 제거하는 표면 처리 단계, 도가니에 핵연료용 순원료물질을 장입하는 단계, 도가니의 핵연료용 순원료물질 상으로 표면 처리 단계를 거친 핵연료 폐기물 스크랩을 장입하는 단계, 도가니를 가열하여 핵연료용 순원료물질 및 핵연료 폐기물 스크랩을 순차적으로 용융시켜 용탕을 형성하는 단계, 용탕에 몰드를 하강시켜 침지시키는 단계, 침지된 몰드 내부로 용탕을 사출시키는 단계, 그리고 사출된 용탕을 냉각시켜 재활용 핵연료심을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment of the present invention includes a surface treatment step of removing an impurity layer located on the surface of a nuclear fuel waste scrap by a mechanical processing method, a step of charging a pure raw material for nuclear fuel into a crucible, and the order for nuclear fuel in a crucible. The step of charging the nuclear fuel waste scrap that has undergone a surface treatment step onto the raw material, forming a molten metal by sequentially melting the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap by heating the crucible, lowering the mold into the molten metal and immersing it , Injecting the molten metal into the immersed mold, and cooling the injected molten metal to form a recycled nuclear fuel core.

본 발명의 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은 핵연료심의 제조 수율을 최대화할 수 있고, 방사성 폐기물을 최소화할 수 있다.The method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment of the present invention can maximize the manufacturing yield of the nuclear fuel core and minimize radioactive waste.

도 1은 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2a 내지 도 2e는 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법의 일부를 나타내는 도면들이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment.
2A to 2E are views illustrating a part of a method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. Also, in the case of well-known technologies, detailed descriptions thereof will be omitted.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thicknesses are enlarged to clearly express various layers and regions. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the case where the other part is "directly above", but also the case where there is another part in the middle. On the other hand, when a part is said to be "right above" another part, it means that there is no other part in the middle. Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, this includes not only the case where the other part is "directly below", but also the case where there is another part in the middle. On the other hand, when one part is "right below" another part, it means that there is no other part in the middle.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

도 1은 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 2a 내지 도 2e는 실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법의 일부를 나타내는 도면들이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment. 2A to 2E are views illustrating a part of a method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment.

도 1 내지 도 2e를 참조하면, 재활용 핵연료심의 제조방법은, 핵연료 폐기물 스크랩(scrap) 표면에 위치하는 불순물층을 기계적 가공법으로 제거하는 표면 처리 단계, 도가니(crucible)에 핵연료용 순원료물질을 장입하는 단계, 도가니의 상기 핵연료용 순원료물질 상으로 표면 처리 단계를 거친 핵연료 폐기물 스크랩을 장입하는 단계, 도가니를 가열하여 핵연료용 순원료물질 및 핵연료 폐기물 스크랩을 순차적으로 용융시켜 용탕을 형성하는 단계, 용탕에 몰드(mold)를 하강시켜 침지시키는 단계, 침지된 몰드 내부로 용탕을 사출시키는 단계, 그리고 사출된 용탕을 냉각시켜 재활용 핵연료심을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 2E, the method of manufacturing a recycled nuclear fuel core includes a surface treatment step of removing an impurity layer located on the surface of a nuclear fuel waste scrap by a mechanical processing method, and charging a pure raw material for nuclear fuel into a crucible. The step of, charging the nuclear fuel waste scrap that has undergone a surface treatment step onto the pure raw material for nuclear fuel of the crucible, heating the crucible to sequentially melt the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap to form a molten metal, It includes a step of immersing the molten metal by lowering the mold, injecting the molten metal into the immersed mold, and cooling the injected molten metal to form a recycled nuclear fuel core.

실시예에 따른 재활용 핵연료심의 제조방법은, 핵연료심 제조 과정에서 발생하는 핵연료 폐기물 스크랩을 재활용하여 건전하고 고품질을 갖는 핵연료심으로 다시 제조하는 방법에 관한 것이다. 이로 인해, 핵연료심의 제조 수율을 최대화 할 수 있고, 방사성 폐기물을 최소화할 수 있다.A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to an embodiment relates to a method of re-manufacturing a nuclear fuel core having a sound and high quality by recycling nuclear fuel waste scrap generated in a nuclear fuel core manufacturing process. As a result, it is possible to maximize the manufacturing yield of the nuclear fuel core and minimize radioactive waste.

우선, 표면 처리 단계가 수행된다.First, a surface treatment step is performed.

핵연료 폐기물 스크랩은, 핵연료심 제조 과정에서 발생하는 잔탕 힐(heel, 142) 및 버트(144)를 포함할 수 있다. The nuclear fuel waste scrap may include a heel 142 and a butt 144 generated during the manufacturing of a nuclear fuel core.

핵연료심은 U-10Zr, 또는 U-TRU-Zr 등의 합금 물질로 이루어질 수 있고, 이러한 우라늄 합금은 고온에서의 산화성이 매우 커서 합금 표면에 산화 불순물층이 형성되어 있을 수 있다. The nuclear fuel core may be made of an alloy material such as U-10Zr or U-TRU-Zr, and the uranium alloy is highly oxidized at a high temperature, and an oxidizing impurity layer may be formed on the alloy surface.

종래의 핵연료심 제조방법의 경우, 산화 불순물층을 제거하는 것이 용이하지 않았기 때문에, 산화 불순물층이 형성되어 있는 합금 물질을 방사성 폐기물로 분류하여 핵물질 저장고에서 저장 보관하고 재사용하지 않았다. 핵연료 폐기물 스크랩은 장입량 대비 약 40%에 이를 수 있어, 핵연료심 제조 수율이 매우 낮을 수 있고, 방사성 폐기물량이 빠르게 증가하여 저장 및 보관에 어려움이 있을 수 있으며, 방사성 폐기물량의 증가로 인체에 유해한 방사성 물질이 유출될 우려가 있을 수 있다.In the case of the conventional nuclear fuel core manufacturing method, since it was not easy to remove the oxidized impurity layer, the alloy material having the oxidized impurity layer formed thereon was classified as radioactive waste, stored in a nuclear material storage, and not reused. Nuclear fuel waste scrap can reach about 40% of the charged amount, so the yield of manufacturing a nuclear fuel core can be very low, there may be difficulties in storage and storage due to a rapid increase in the amount of radioactive waste, and radioactivity harmful to the human body due to an increase in the amount of radioactive waste. There may be a risk of material leakage.

이러한 핵연료 폐기물 스크랩은 기계적 가공법으로 표면 처리될 수 있다. 이때, 핵연료 폐기물 스크랩 표면에 형성되어 있는 산화 불순물층이 제거될 수 있고, 핵연료심 제조에 다시 사용될 수 있다.These nuclear fuel waste scraps can be surface treated by mechanical processing. At this time, the oxide impurity layer formed on the surface of the nuclear fuel waste scrap may be removed, and may be used again for manufacturing a nuclear fuel core.

기계적 가공법은, 예를 들어, 전동 브러싱(brushing), 그라인딩 (grinding), 또는 기계적 연마(abrasion) 방법일 수 있다. The mechanical processing method may be, for example, an electric brushing, grinding, or mechanical abrasion method.

이어서, 핵연료심 제조장치(100)의 도가니(106)에 순원료물질을 장입하는 단계, 핵연료용 순원료물질 상으로 표면 처리 단계를 거친 핵연료 폐기물 스크랩을 장입하는 단계 및 용탕 형성 단계가 수행된다.Subsequently, the step of charging the pure raw material into the crucible 106 of the nuclear fuel core manufacturing apparatus 100, the charging of the nuclear fuel waste scrap that has undergone a surface treatment step onto the pure raw material for nuclear fuel, and the molten metal formation step are performed.

핵연료심 제조장치(100)는 하부 용기(102)와 상부 용기(152)를 포함하며, 하부 용기(102)는 도가니(106)를 포함할 수 있고, 상부 용기(152)에는 도가니(106)를 포함할 수 있다. 도가니(106) 하부에는 절연층(104)이 위치할 수 있고, 도가니(106)에 열을 공급할 수 있는 인덕션 코일(induction coil, 122)이 도가니(106)를 감싸는 형태로 위치할 수 있다. 또한, 도가니(106) 상부에는 개폐가 가능한 열차단부(heat shield, 126)가 위치할 수 있다.The nuclear fuel core manufacturing apparatus 100 includes a lower container 102 and an upper container 152, and the lower container 102 may include a crucible 106, and the upper container 152 includes a crucible 106. Can include. An insulating layer 104 may be positioned under the crucible 106, and an induction coil 122 capable of supplying heat to the crucible 106 may be positioned to surround the crucible 106. In addition, a heat shield 126 capable of opening and closing may be positioned above the crucible 106.

도가니(106)는 핵연료심의 원료가 되는 물질들이 배치되는 곳을 의미하고, 예를 들어, 그라파이트(graphite) 물질을 포함할 수 있다. 또한, 그라파이트 물질을 포함하는 도가니(106)는 우라늄과 반응할 여지가 있어, 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 이트륨(Y2O3), 또는 이산화규소(SiO2) 등의 물질로 이루어진 코팅층을 표면에 더 포함할 수 있다.The crucible 106 refers to a place where materials that become raw materials for a nuclear fuel core are disposed, and may include, for example, graphite material. In addition, the crucible 106 containing a graphite material has room for reaction with uranium, so that a coating layer made of a material such as zirconium oxide (ZrO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), or silicon dioxide (SiO 2 ) It may be further included on the surface.

도가니(106)에는 핵연료심의 원료 물질(130)이 장입되며, 여기서, 원료 물질(130)은 순원료물질과 핵연료 폐기물 스크랩을 포함한다.The crucible 106 is charged with a raw material 130 for a nuclear fuel core, where the raw material 130 includes pure raw material and nuclear fuel waste scrap.

도가니(106)에는 핵연료 폐기물 스크랩에 앞서 우라늄 등의 순원료물질이 먼저 장입된다. 핵연료 폐기물 스크랩만을 장입 원료로 하게 되면, 재용해, 불순물 제어 및 용탕 주조성과 관련하여 문제를 야기할 수 있기 때문에, 순원료물질을 먼저 장입하고, 이후 단계에서 핵연료 폐기물 스크랩을 장입한다.The crucible 106 is first charged with pure raw material such as uranium prior to the nuclear fuel waste scrap. If only nuclear fuel waste scrap is charged as a raw material, it may cause problems related to re-melting, impurity control and molten metal castability, so the pure raw material is charged first, and then the nuclear fuel waste scrap is charged in a later step.

우라늄 등의 순원료물질을 먼저 장입함으로써, 도가니(106)가 가열되면, 우라늄 등 순원료물질이 먼저 용해되어 먼저 순원료물질 용탕을 형성하고, 핵연료 폐기물 스크랩이 순원료물질 용탕에 침적되면서 용융되어 재용해가 촉진될 수 있다. By first charging pure raw material such as uranium, when the crucible 106 is heated, the pure raw material such as uranium is first dissolved to form a pure raw material molten metal, and the nuclear fuel waste scrap is melted while being deposited in the pure raw material molten metal. Re-dissolution can be promoted.

이때, 도가니(106)에 장입되는 원료 물질(130)에서, 핵연료용 순원료물질과 핵연료 폐기물 스크랩의 혼합 비율은 5:5 내지 7:3일 수 있고, 이러한 범위 내에서 핵연료 폐기물 스크랩의 재용해가 더욱 용이하게 일어날 수 있다.At this time, in the raw material 130 charged into the crucible 106, the mixing ratio of the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap may be 5:5 to 7:3, and within this range, the re-dissolution of the nuclear fuel waste scrap Can happen more easily.

용탕 형성 단계에서, 도가니(106) 표면에서부터 원료 물질(130)로 열이 전달될 수 있고, 이러한 가열은 진공 분위기에서 도가니(106)를 고주파 유도 가열함으로써 수행될 수 있다. 인덕션 코일(122)이 도가니(106) 측면을 사선으로 감싸는 형태로 배치되거나, 원형 고리 형태로 도가니(106) 측면을 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 도가니(106)는 약 1400 ℃ 내지 1800 ℃로 가열될 수 있다.In the molten metal formation step, heat may be transferred from the surface of the crucible 106 to the raw material 130, and this heating may be performed by high-frequency induction heating the crucible 106 in a vacuum atmosphere. The induction coil 122 may be disposed to surround the side of the crucible 106 with an oblique line, or may be disposed to surround the side of the crucible 106 in the form of a circular ring. The crucible 106 may be heated to about 1400 °C to 1800 °C.

도가니(106) 측면부터 가열이 이루어지므로, 우선적으로 장입된 순원료물질이 먼저 용융되고, 순차적으로 핵연료 폐기물 스크랩이 용융되어 용탕(140)이 형성될 수 있다.Since the heating is performed from the side of the crucible 106, the charged pure raw material is first melted, and the nuclear fuel waste scrap is subsequently melted to form the molten metal 140.

진공 분위기는 하부 용기의 진공 형성관(108)과 연결되어 있는 진공 형성 장치(미도시)에 의해 형성될 수 있고, 진공 장치는 10-3 torr 이상의 고진공 분위기를 조성함으로써, 핵연료 폐기물 스크랩의 재용해를 보다 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 진공 장치는 터보 분자 펌프, 오일 확산 펌프, 드라이 진공 펌프, 또는 로터리 펌프일 수 있다.The vacuum atmosphere can be formed by a vacuum forming device (not shown) connected to the vacuum forming tube 108 of the lower container, and the vacuum device creates a high vacuum atmosphere of 10 -3 torr or more, thereby remelting nuclear fuel waste scrap. Can be made easier. For example, the vacuum device may be a turbo molecular pump, an oil diffusion pump, a dry vacuum pump, or a rotary pump.

도가니(106) 가열에 의해 순원료물질 및 핵연료 폐기물 스크랩이 모두 용융되어 용탕(140)이 형성될 수 있다. 이때, 도가니(106) 상부에 위치하는 열차단부(126)가 도가니(106) 상부를 폐쇄함으로써 용탕(140)이 사출 주조되기 전까지 용탕(140)의 보온이 이루어질 수 있고, 용탕(140)에서 방사성 물질의 일부가 휘발되는 것을 방지할 수 있다.By heating the crucible 106, both the pure raw material and the nuclear fuel waste scrap are melted to form the molten metal 140. At this time, by closing the upper part of the crucible 106 by the heat-insulating part 126 located at the top of the crucible 106, the molten metal 140 can be kept warm until the molten metal 140 is injection-cast. Part of the material can be prevented from volatilization.

이어서, 용탕(140)에 원통형의 몰드(160)를 하강시켜 침지시키는 단계가 수행된다.Subsequently, a step of lowering the cylindrical mold 160 into the molten metal 140 and immersing it is performed.

몰드(160)는 상부 용기(152)에 설치되어 있으며, 고온에서도 용탕(140)과 양립성을 가지는 석영 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The mold 160 is installed in the upper container 152 and may be made of a quartz material compatible with the molten metal 140 even at high temperatures, but is not limited thereto.

몰드(160)의 상하 움직임을 제어하는 장치(미도시)에 의해 몰드(160)가 이동될 수 있고, 몰드(160)에는 몰드(160)가 하강하는 동안 미리 몰드(160)에 열을 가하는 예열기가 결합되어 기포 발생을 저감시키고, 제조되는 핵연료심의 표면을 보다 매끄럽게 할 수 있다.The mold 160 may be moved by a device (not shown) that controls the vertical movement of the mold 160, and a preheater that applies heat to the mold 160 in advance while the mold 160 is lowered. Is combined to reduce the generation of air bubbles and make the surface of the produced nuclear fuel core more smooth.

몰드(160)가 하강하여 용탕(140)에 침지되면, 용탕 사출 단계 및 냉각 단계가 수행된다.When the mold 160 descends and is immersed in the molten metal 140, the molten metal injection step and the cooling step are performed.

용탕 사출 단계에서, 도가니(106)에 가스 도입관(106)을 통해 불활성 가스가 주입되어 용탕(140)이 가압되고, 이로 인해 용탕(140)이 침지된 몰드(160)에서 상승하면서 주입될 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the molten metal injection step, an inert gas is injected into the crucible 106 through the gas introduction pipe 106 to pressurize the molten metal 140, and thereby, the molten metal 140 can be injected while rising from the immersed mold 160. have. For example, the inert gas may be argon (Ar) gas, but is not limited thereto.

이어서, 몰드(160)에 주입된 용탕(140)이 응고되면, 몰드(160)를 상승시키고, 몰드(160)가 냉각되면 이를 해체하여 미검사 핵연료심(168)을 인출한다. 이때, 몰드(160)가 상승되고 난 뒤 도가니(106) 표면에 남아 있는 부분이 핵연료 폐기물 스크랩을 이루는 잔탕 힐(142)일 수 있다.Subsequently, when the molten metal 140 injected into the mold 160 is solidified, the mold 160 is raised, and when the mold 160 is cooled, it is disassembled to take out the untested nuclear fuel core 168. At this time, after the mold 160 is raised, a portion remaining on the surface of the crucible 106 may be the residual metal heel 142 forming nuclear fuel waste scrap.

다음으로, 미검사 핵연료심(168)에 대한 품질 검사를 통해 불합격 부분을 절단(shearing)한다. 이때, 불합격 부분은 주로 미검사 핵연료심(168)의 양 끝단 부분일 수 있고, 절단된 불합격 부분이 핵연료 폐기물 스크랩을 이루는 버트(144)일 수 있다.Next, the rejected portion is sheared through the quality inspection of the untested nuclear fuel core 168. At this time, the rejected portion may be mainly both ends of the untested nuclear fuel core 168, and the cut rejected portion may be the butt 144 forming the nuclear fuel waste scrap.

불합격 부분이 제거된 재활용 핵연료심(170)은 내부의 결함 발생률이 매우 낮을 수 있고, 길이 방향으로 일정한 밀도를 가질 수 있다.The recycled nuclear fuel core 170 from which the rejected portion has been removed may have a very low rate of occurrence of internal defects, and may have a constant density in the longitudinal direction.

전술한 용탕(140)을 사출시키는 단계 및 재활용 핵연료심(170)을 형성하는 단계에서, 잔탕 힐(142) 및 버트(144)가 생성될 수 있고, 이러한 잔탕 힐(142) 및 버트(144)는 재활용 핵연료심을 만드는 과정에서 새로이 발생된 포스트(post) 핵연료 폐기물 스크랩으로서, 다시 표면 처리 단계에 투입될 수 있다. 또한 포스트 핵연료 폐기물 스크랩은 표면 처리 단계, 순원료물질 장입 단계, 핵연료 폐기물 스크랩 장입 단계, 용탕 형성 단계, 몰드 하강/침지 단계, 용탕 사출 단계 및 냉각 단계를 거쳐 다시 재활용 핵연료심으로 재활용될 수 있다. In the step of injecting the molten metal 140 and forming the recycled nuclear fuel core 170 described above, the residual metal heel 142 and the butt 144 may be generated, and the residual metal heel 142 and the butt 144 Is a post (post) nuclear fuel waste scrap newly generated in the process of making a recycled nuclear fuel core, which can be put back into the surface treatment step. In addition, the post nuclear fuel waste scrap can be recycled back to the recycled nuclear fuel core through a surface treatment step, a pure raw material charging step, a nuclear fuel waste scrap charging step, a molten metal formation step, a mold lowering/immersion step, a molten metal injection step, and a cooling step.

이러한 과정이 반복됨으로써, 방사성 폐기물 생성량이 더욱 감소할 수 있고, 핵연료심의 제조 수율이 더욱 증가할 수 있다. 수회에 걸친 핵연료심 재활용 과정을 반복함으로써, 핵연료 폐기물 스크랩에 대한 회수율이 약 95% 이상일 수 있다. 또한, 고가의 핵연료심의 원료 물질이 계속적으로 재활용되어 핵연료심 제조 비용이 현저하게 감소할 수 있다.By repeating this process, the amount of radioactive waste produced may be further reduced, and the manufacturing yield of the nuclear fuel core may be further increased. By repeating the nuclear fuel core recycling process several times, the recovery rate for the nuclear fuel waste scrap can be about 95% or more. In addition, the cost of manufacturing the nuclear fuel core can be significantly reduced because the raw materials of the expensive nuclear fuel core are continuously recycled.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also present. It belongs to the scope of rights of

100: 핵연료심 제조장치 102: 하부 용기
106: 도가니 122: 인덕션 코일
126: 열차단부 130: 원료 물질
140: 용탕 142: 잔탕 힐
144: 버트 152: 상부 용기
160: 몰드 168: 미검사 핵연료심
170: 재활용 핵연료심100: nuclear fuel core manufacturing apparatus 102: lower container
106: crucible 122: induction coil
126: heat shield 130: raw material
140: Moltentang 142: Jantang Hill
144: butt 152: upper container
160: mold 168: untested nuclear fuel core
170: recycled nuclear fuel core

Claims (10)

핵연료 폐기물 스크랩(scrap) 표면에 위치하는 불순물층을 기계적 가공법으로 제거하는 표면 처리 단계,
도가니(crucible)에 핵연료용 순원료물질을 장입하는 단계,
상기 도가니의 상기 핵연료용 순원료물질 상으로 상기 표면 처리 단계를 거친 상기 핵연료 폐기물 스크랩을 장입하는 단계,
상기 도가니를 가열하여 상기 핵연료용 순원료물질 및 상기 핵연료 폐기물 스크랩을 순차적으로 용융시켜 용탕을 형성하는 단계,
상기 용탕에 몰드(mold)를 하강시켜 침지시키는 단계,
상기 침지된 몰드 내부로 상기 용탕을 사출시키는 단계, 그리고
상기 사출된 용탕을 냉각시켜 재활용 핵연료심을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 핵연료용 순원료물질이 먼저 용융되어 핵연료용 순원료물질 용탕이 형성되고, 상기 핵연료 폐기물 스크랩이 상기 핵연료용 순원료물질 용탕에 침적되면서 용융되어 상기 용탕을 형성하는 재활용 핵연료심의 제조방법.
Surface treatment step of removing the impurity layer located on the surface of the nuclear fuel waste scrap by mechanical processing,
Charging pure raw material for nuclear fuel into a crucible,
Charging the nuclear fuel waste scrap that has undergone the surface treatment step onto the pure raw material for nuclear fuel of the crucible,
Heating the crucible to sequentially melt the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap to form a molten metal,
Immersing the molten metal by lowering the mold,
Injecting the molten metal into the immersed mold, and
Cooling the injected molten metal to form a recycled nuclear fuel core
Including,
A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core in which the pure raw material for nuclear fuel is first melted to form a molten metal of pure raw material for nuclear fuel, and the nuclear fuel waste scrap is melted while being immersed in the pure raw material molten metal for nuclear fuel to form the molten metal.
제1항에서,
상기 도가니에 장입되는 상기 핵연료용 순원료물질과 상기 핵연료 폐기물 스크랩의 혼합 비율은 5:5 내지 7:3인 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core in which the mixing ratio of the pure raw material for nuclear fuel and the nuclear fuel waste scrap charged into the crucible is 5:5 to 7:3.
제1항에서,
상기 표면 처리 단계에서,
상기 기계적 가공법은 전동 브러싱(brushing), 그라인딩(grinding), 또는 기계적 연마(abrasion) 방법인 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
In the surface treatment step,
The mechanical processing method is an electric brushing (brushing), grinding (grinding), or mechanical polishing (abrasion) method of manufacturing a recycled nuclear fuel core.
제1항에서,
상기 용탕을 형성하는 단계에서,
진공 분위기에서 상기 도가니를 고주파 유도 가열하여 상기 용탕을 형성하는 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
In the step of forming the molten metal,
A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core in which the crucible is heated by high frequency induction in a vacuum atmosphere to form the molten metal.
삭제delete 제1항에서,
상기 용탕을 사출시키는 단계에서,
상기 도가니에 불활성 가스를 주입하여 상기 용탕을 가압함으로써 상기 용탕을 상기 침지된 몰드에 주입시키는 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
In the step of injecting the molten metal,
A method of manufacturing a recycled nuclear fuel core in which the molten metal is injected into the immersed mold by injecting an inert gas into the crucible to pressurize the molten metal.
제1항에서,
상기 용탕을 사출시키는 단계 및 상기 재활용 핵연료심을 형성하는 단계에서 생성된 포스트(post) 핵연료 폐기물 스크랩을 상기 표면 처리 단계에 투입하고, 상기 표면 처리 단계 내지 상기 재활용 핵연료심을 형성하는 단계를 반복 수행하는 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
Recycling of injecting the molten metal and injecting the post nuclear fuel waste scrap generated in the step of forming the recycled nuclear fuel core into the surface treatment step, and repeating the surface treatment step to the step of forming the recycled nuclear fuel core A method of manufacturing a nuclear fuel core.
제7항에서,
상기 포스트 핵연료 폐기물 스크랩은 상기 용탕을 사출시키는 단계에서 사출에 사용되지 않은 잔탕 힐(heel), 그리고 상기 재활용 핵연료심을 형성하는 단계에서 생성되는 핵연료심 버트(butt)를 포함하는 재활용 핵연료심의 제조방법.
In clause 7,
The post nuclear fuel waste scrap is a method of manufacturing a recycled nuclear fuel core comprising a residual metal heel not used for injection in the step of injecting the molten metal, and a nuclear fuel core butt generated in the step of forming the recycled nuclear fuel core.
제1항에서,
상기 핵연료용 순원료물질은 U-Zr 합금 또는 U-TRU-Zr 합금인 재활용 핵연료심의 제조방법.
In claim 1,
The method of manufacturing a recycled nuclear fuel core wherein the pure raw material for nuclear fuel is a U-Zr alloy or a U-TRU-Zr alloy.
제1항 내지 제4항 및 제6항 내지 제9항 중 한 항의 재활용 핵연료심의 제조방법에 따라 제조된 재활용 핵연료심.A recycled nuclear fuel core manufactured according to the method of manufacturing a recycled nuclear fuel core according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 9.
KR1020180127388A 2018-10-24 2018-10-24 Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom KR102154824B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180127388A KR102154824B1 (en) 2018-10-24 2018-10-24 Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180127388A KR102154824B1 (en) 2018-10-24 2018-10-24 Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200046351A KR20200046351A (en) 2020-05-07
KR102154824B1 true KR102154824B1 (en) 2020-09-10

Family

ID=70734150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180127388A KR102154824B1 (en) 2018-10-24 2018-10-24 Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102154824B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016223B1 (en) * 2010-05-31 2011-02-25 (주) 액트 System of melting decontamination of radioactive scrap metals
KR101189671B1 (en) * 2012-05-03 2012-10-10 한전원자력연료 주식회사 Melting apparatus for melting decontamination of radioactive metal wastes
KR101646917B1 (en) * 2014-12-30 2016-08-24 한국원자력연구원 System and method for injection casting of metallic fuel slugs

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101911510B1 (en) 2017-02-15 2018-10-26 한국원자력연구원 Metal fuel slug manufacturing apparatus and metal fuel slug manufacturing method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101016223B1 (en) * 2010-05-31 2011-02-25 (주) 액트 System of melting decontamination of radioactive scrap metals
KR101189671B1 (en) * 2012-05-03 2012-10-10 한전원자력연료 주식회사 Melting apparatus for melting decontamination of radioactive metal wastes
KR101646917B1 (en) * 2014-12-30 2016-08-24 한국원자력연구원 System and method for injection casting of metallic fuel slugs

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200046351A (en) 2020-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2767187B2 (en) Glass melting method
RU2420368C2 (en) Continuous casting of reactive metals in using glass coat
CN107574322A (en) A kind of method that electronic torch melting technology High Purity prepares nickel base superalloy
CN111741550B (en) Method for heating tungsten tube by electromagnetic induction to fuse oxide and metal mixture
WO2017093165A1 (en) Cold crucible furnace heated by two electromagnetic inductors having a device forming a magnetic flux concentrator, use of the furnace for melting a mixture of metal(s) and oxide(s) representing a corium
CN101934367A (en) Thermal-insulation baffle plate for liquid metal cooling and oriented solidification casting equipment
KR102154824B1 (en) Method for manufacturing recycled fuel slug and recycled fuel slug manufactured therefrom
KR101646917B1 (en) System and method for injection casting of metallic fuel slugs
FR3002314A1 (en) INDUCTION OVEN AND PROCESS FOR TREATING METALLIC WASTE TO BE STORED
CN113421684B (en) Radioactive filter core curing treatment method and system
JP6401051B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon ingot
CN104087767B (en) The method of non-vacuum induction furnace melting nickel-base alloy
EP0640992B1 (en) Method of melting treatment of radioactive miscellaneous solid wastes
KR101641076B1 (en) device and method for remetely manufacturing metallic fuel slugs
KR920006059B1 (en) Method for manufacturing a vessel for storing radioactive waste
KR20210046222A (en) Mold for manufacturing fuel slug and flange for installing the same
CN112760508A (en) Method for continuously refining high-temperature alloy return material by using electron beams
KR102358230B1 (en) Device for Manufacturing Metal Fuel Core having Lifter for Removing molten Metal and Method for Removing Molten Metal Using the Same
Zhou et al. Study of the Ni–Cr–Fe‐Based Alloy Casting Process using a Mold Simulator Technique
KR101911510B1 (en) Metal fuel slug manufacturing apparatus and metal fuel slug manufacturing method
CN112210673B (en) Method for removing inclusions in high-temperature alloy through electron beam surface pyrolysis
JPH0933692A (en) Producing for radioactive material container vessel
Nacke et al. Skull melting technology for oxides and glasses
KR101082946B1 (en) Method for producing an ingot using an electric furnace
JPS6013295A (en) Method of solidifying and treating radioactive waste

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right