리믹스 연료

리믹스 연료는 러시아 원자로 설계에서 널리 사용하기에 적합한 신선한 연료를 제조하기 위해 사용후 핵연료의 혼합 재생 우라늄과 플루토늄을 사용하기 위해 러시아에서 개발되었다.^[1]null

"기존" MOX 연료와 비교

서유럽 및 동아시아 국가에 배치되는 MOX 또는 혼합 옥사이드^[2] 연료는 일반적으로 원자로 등급 플루토늄 4~7%를 혼합한 고갈된 우라늄으로 구성된다.일부 2세대와 3세대 원자로 설계의 약 절반만이 MOX 연료와 호환되므로 안전 우려 없이 100% MOX 연료 부하를 사용할 수 있다.null

핵물리학배경

그러나 우라늄-238(경량농축우라늄 내 우라늄 함량의 90% 이상)이 중성자를 포획하고 플루토늄-239로 변환될 때까지 연속적인 베타데이를 거치면서 경농축우라늄 연료를 사용하는 모든 감속형 원자로는 정상운전 과정에서 플루토늄을 생산한다.이것은 내부적으로 생산한 플루토늄이 연료 내에서 핵분열 반응의 증가하는 비율이 실제로 연료 주기 동안 생성된 플루토늄 내에 있을 정도로 충분히 일반화될 때까지 백분율이 증가한다.연료 주기 동안 플루토늄-239의 약 절반은 핵분열되고 다른 25%는 추가 중성자 포획을 통해 다른 플루토늄 동위원소(주로 Pu-240)로 변환된다.사용후핵연료에 존재하는 거의 모든 경미한 활성물질은 생산된 플루토늄의 연속 중성자 포획과 더 짧은 생존 동위원소의 붕괴 생산물에 의해 생산된다.이러한 요인의 결과로 신선한 산화 우라늄 연료는 처음에 U-235로부터 모든 핵분열 반응을 발생시키지만 사이클이 끝날 때 이것은 50% U-235/50% Pu-239 핵분열 반응으로 바뀌었다.총 33%의 우라늄 연료가 수명주기가 끝날 때 생성되는 에너지는 실제로 사육되고 소비된 Pu-239에서 나온다.열 중성자 스펙트럼은 Pu-239를 핵분열하는 데 그다지 좋지 않기 때문에 연료는 사이클 시작 시 100% 우라늄에서 96% 우라늄, 1% 플루토늄, 3%의 초우라늄 소액화물과 핵분열 생성물로 전환된다.핵분열을 겪는 원자로에서 연료가 더 오래 남아 있을수록 우라늄 비율은 감소하는 반면 다른 물질은 증가한다.사실상 모든 원자로는 서부 원자로에서 사용되는 고농축 MOX 연료에 의한 문제 없이 1% 원자로 등급의 플루토늄을 함유한 혼합 핵분열성 노심으로 작동할 수 있는 것으로 오랫동안 알려져 왔다.^{[3] [4]} 궁극적으로 사용 가능한 모든 "연료"가 실제로 소비되기 훨씬 전에 사용후연료는 원자로에서 제거된다. 중성자 독과 바람직하지 않은 성질을 가진 사소한 작용이 허용 불가능한 수준까지 축적되고 반응 변수를 너무 많이 변경하기 때문이다.핵 재처리는 주로 사용후 연료의 바람직하지 않은 부분을 제거하고 다른 부품을 재사용하거나 폐기물로 저장하기 위해 이루어진다.예를 들어 사용후 핵연료에서 추출한 재처리 우라늄은 보통 천연 우라늄보다 우라늄-235 함량이 높다.null

과정

러시아는 MOX 연료를 제조하는 데 사용되는 PUREX 화학 재처리 시스템에서와 같이 재생 우라늄과 플루토늄을 다른 금속에서 분리하지 않고 사용후 핵연료를 재처리할 수 있는 핵 파이로프로세싱과 유사한 기술을 10년 가까이 개발했다.회수된 우라늄과 원자로 등급 플루토늄 혼합물은 산화물로 변환되어 중농축 신선한 우라늄 산화물과 조심스럽게 혼합되어 4% U-235와 1% 원자로 등급 플루토늄으로 혼합된다.러시아는 2016년부터 원자로에서 광범위한 시험을 거친 후 2020년 2월 현재 VVER 가압수형 원자로의 대체 연료로 리믹스 연료를 배치하고 있다.null

참조