고효율 우라늄 전해정련장치 모델링 및 전극 구성에 대한 검증

• 영문명: Modeling of High-throughput Uranium Electrorefiner and Validation for Different Electrode Configuration
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 김영민 김대영 유병욱 장준혁 이성재 박성빈 이한수 이종현
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.15 No.4, 321~332쪽, 전체 12쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2017.12.31

국문 초록

전극 구성에 따른 고효율 전해정련공정의 일반적인 모델을 구축하기 위하여, 상미분방정식 인터페이스를 갖는 COMSOL Multiphysics V5.3 전착 모듈을 사용하여 수치해석을 실시하였다. 구축된 모델은 한국원자력연구원에서 제작한 실험실 규모 (1kg 우라늄/day 규모) 다중배열전극 전해정련장치를 사용해 전극 간 거리, 전극 배열을 변수로 하여 실시한 실험의 전류밀도-전위 곡선과 비교하였다. 공정온도는 500℃이다. 용융염은 3wt% UCl3가 포함된 LiCl-KCl 공융염을 사용하였다. 검증된 모델을 이용하여 전류밀도-셀전위 곡선을 계산한 결과 전극 간 거리가 가까울수록, 전극 배열은 양극/음극 면적비가 증가할수록 셀 전위가 낮아져 전해정련장치의 우라늄 처리효율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 이러한 접근은 고출력사용후핵연료 전해정련기의 안전설계를 위한 데이터베이스 구축에 유용할 것이다.

영문 초록

In order to build a general model of a high-throughput uranium electrorefining process according to the electrode configuration, numerical analysis was conducted using the COMSOL Multiphysics V5.3 electrodeposition module with Ordinary Differential Equation (ODE) interfaces. The generated model was validated by comparing a current density-potential curve according to the distance between the anode and cathode and the electrode array, using a lab-scale (1kg U/day) multi-electrode electrorefiner made by the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). The operating temperature was 500℃ and LiCl-KCl eutectic with 3.5wt% UCl3 was used for molten salt. The efficiency of the uranium electrorefining apparatus was improved by lowering the cell potential as the distance between the electrodes decreased and the anode/cathode area ratio increased. This approach will be useful for constructing database for safety design of high throughput spent nuclear fuel electrorefiners.

키워드

전해정련 고출력 우라늄 COMSOL Multiphysics 삼차전류분포 Electrorefining High-throughput Uranium COMSOL Multiphysics Tertiary current distribution