In an effort to recycle spent nuclear fuel, molten salt electrorefining of spent nuclear fuel has been investigated as an alternative to aqueous technologies. As performing actual experiments with radioactive material is expensive and difficult, it is useful to create computer models to try and predict the behavior of various designs. In an effort to narrow the gap between computer simulations and reality, a one dimensional model and a three dimensional model of an electrorefiner are developed and tested against experimental data in this work. The one dimensional model was fitted to several cyclic voltammograms of both uranium and plutonium. The model was able to reproduce the cyclic voltammograms, but inconstancies were observed in the case of plutonium. The 3D model was able to reproduce the cell potential of an existing electrorefining system, (i.e., the KAERI HTER) at low values of current. But at higher currents, difficulties were experienced, possibly due to the lack of information regarding the hydrodynamic condition. The newly developed models appear to be useful for the study of electrorefining, but further studies are needed for code validation. One of the main lessons learned in this work is that modelers should be careful about predictions regarding plutonium if it is based on data from a tungsten electrode, as it may misrepresent reality.
본 논문에서는, 사용후핵연료를 재활용하는 방법의 일환으로 기존의 수용액을 이용한 처리기술 대신 용융염을 이용한 전해 정련하는 방식을 연구한다. 실제 사용후핵연료를 이용하여 실험을 수행하기가 힘들기 때문에, 여러 디자인을 가진 컴퓨터 시뮬레이션 모델을 이용하여 시스템의 결과값을 얻는 방식이 사용된다. 제작한 시뮬레이션 모델을 검증하기 위해, 전해정련장치의 1D모델과 3D모델들에서 도출된 결과값을 실제 실험의 결과와 비교한다. 1D모델은 U, Pu의 여러 cyclic voltammograms에 맞춰서 디자인되는데, 이 모델은 cyclic voltammogram을 재현할 수 있지만, Pu의 경우에서 inconstancy들이 발생하는 문제가 있다. 3D모델은 낮은 전류 값에서 현존하는 전해 정련시스템(KAERI HTER)의 cell potential을 재현할 수 있지만, 높은 전류 값에서는 유체역학적 정보가 부족하기 때문에 cell potential값을 구하는데 어려움이 있었다. 이 연구에서 개발된 모델은 연구를 위해 적합한 것으로 보이나, 더 검증을 해야 할 필요가 있다. 이 연구를 통해 얻은 교훈 중 하나는 모델 제작자는 Pu를 고려하여 예측을 할 때, 그것이 텅스텐 전극을 기반으로 한 결과인 경우 실제 상황을 재현하지 못하는 경우가 생길 수 있으므로 주의해야 한다는 것이다.
