사용후핵연료 파이로 공정은 전기화학 이론들에 기초하여 개발되고 있다. 공정 모사는 공정 개발과 실험데이터 해석에 주요한 방법 중 하나로 파이로 공정에서도 필요한 접근 방법 중 하나이다. 현재까지 파이로 공정의 공정 모사는 전해정련 공정 위주로 진행되어 왔으며 전해환원 공정에 대한 연구는 많지 않았다. 전해환원 공정은 전해정련 공정과 달리 기체 발생과 다공성 전극의 특징을 지니고 있기 때문에 공정 모사를 위한 모델 개발을 위해서는 이를 고려한 수식들이 필요하게 된다. 본 연구에서는 전기화학 셀 해석에 필요한 열역학, 물질전달, 반응공학 이론 중 전해환원 공정 모델 개발에 필요한 개념과 수식들을 정리하여 제시하였다. 전해환원 셀을 구분하여 각 부분에 적용해야하는 수식들을 나열했으며 각 부분들 연결에 사용되는 경계조건들 역시 제시하였다. 이들 수식들은 추후 모델 개발에 기초로 사용될 수 있으며 실험데이터와 결합시켜 결정되어야 하는 매개변수 파악에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Pyroprocess for treating spent nuclear fuels has been developed based on electrochemical principles. Process simulation is one of the important methods for process development and experimental data analysis and it is also a necessary approach for pyroprocessing. To date, process simulation of pyroprocessing has been focused on electrorefining and there have been not so many investigations on electrolytic reduction. Electrolytic reduction, unlike electrorefining, includes specific features of gas evolution and porous electrode and, thus, different equations should be considered for developing a model for the process. This study summarized required concepts and equations for electrolytic reduction model development from thermodynamic, mass transport, and reaction kinetics theories which are necessitated for analyzing an electrochemical cell. An electrolytic reduction cell was divided and equations for each section were listed and, then, boundary conditions for connecting the sections were indicated. It is expected that those equations would be used as a basis to develop a simulation model for the future and applied to determine parameters associated with experimental data.
