선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 모의 사용후 핵연료를 이용하여 모의 DUPIC 핵연료를 제조하기 위한 분말처리, OREOX, 성형, 소결공정 및 소결체의 특성 분석을수행하였다.
제안 방법
- 분말을 이용하였다. 가압 경수로에서 33 MWd/kgU 까지 연소된 사용후 핵연료를 모사하기위하여, 첨가될 핵분열 생성물은 ORIGEN-2 코드를이용하여 계산하였으며, 휘발성 물질은 배제하고 함량이 높은 15개 원소를 선정하여 첨가하였다. 이중에서 확보가 힘든 Pr, Sm, Pd는 특성이 비슷한 Nd로대체하여 첨가하였으며, 첨가된 핵분열 생성물의 양은 표 1에 나타내었다.
- 안정된 형태의 핵분열 생성물을 유발에서곱게 분쇄한 후 UC)2 분말과 turbular mixer에서 약 12시간 혼합하였다. 또한 분쇄 및 혼합의 향상을 위하여 혼합 후 attrition 밀링과 습식 밀링을 수행하여모의 사용후 핵연료의 원료분말을 제조하였다. 원료분말을 1.
- 65 ton/cn?의 압력으로 성형하여 1800°C 수소분위기에서 12시간 소결하여 모의 사용후 핵연료를 제조하였다. 소결된 모의 사용후 핵연료는 산화온도 400°C, 환원온도 600°C에서 3회의 OREOX공정을 수행하였다. OREOX 공정을 거친 분말은 150 rpm의 arm 회전속도로 약 15분간 5회 반복하여 attrition 밀링을 수행하였으며, 습식 밀링은같은 회전속도로 알콜내에서 24시간 수행하였다.
- OREOX 공정을 거친 분말은 150 rpm의 arm 회전속도로 약 15분간 5회 반복하여 attrition 밀링을 수행하였으며, 습식 밀링은같은 회전속도로 알콜내에서 24시간 수행하였다. 밀링된 분말의 유동성 및 충진율을 높이기 위하여 0.8 ton/cnF로 예비 압분 후 조립화(mesh 35)를 시켜 모의 DUPIC 핵연료용 원료분말을 제조하였다.
- 모의 사용후 핵연료 및 모의 DUPIC 핵연료의 특성을 비교하기 위하여 모의 사용후 핵연료의 제조공정과 같은 조건으로 제조하였다. 즉, 1.
- 분말의 특성분석은 성형 및 소결에 영향을 미치는입자크기와 비표면적을 중심으로 분석하였다. 입자크기는 Malvern Instruments 사에서 제조한 Laser Analyzer> 이용하였으며, 비표면적은 BET 법을 이용하여 측정하였다.
- 입자크기는 Malvern Instruments 사에서 제조한 Laser Analyzer> 이용하였으며, 비표면적은 BET 법을 이용하여 측정하였다. 또한 분말의 형상은 주사 전자현미경 (scanning electron microscopy, SEM)을 이용흐!" 여 파악하였다. UO2에 혼합된 핵분열 생성물의 균질도는 화학분석을 이용하여 확인하였다.
- 또한 분말의 형상은 주사 전자현미경 (scanning electron microscopy, SEM)을 이용흐!" 여 파악하였다. UO2에 혼합된 핵분열 생성물의 균질도는 화학분석을 이용하여 확인하였다. 혼합 및 분쇄에 따른 균질도를 확인하기 위하여 혼합 및 분쇄 후용기의 상, 중, 하 세 곳에서 시료를 채취하여 대표적인 원소를 대상으로 화학분석하였다.
- UO2에 혼합된 핵분열 생성물의 균질도는 화학분석을 이용하여 확인하였다. 혼합 및 분쇄에 따른 균질도를 확인하기 위하여 혼합 및 분쇄 후용기의 상, 중, 하 세 곳에서 시료를 채취하여 대표적인 원소를 대상으로 화학분석하였다. 소결체의 특성은 소결체의 결정립 크기, 첨가한 불순물의 상태, 분말처리 및 성형압에 따른 소결체의 밀도 변화 그리고 크랙의 형성을 중심으로 분석하였다.
- 혼합 및 분쇄에 따른 균질도를 확인하기 위하여 혼합 및 분쇄 후용기의 상, 중, 하 세 곳에서 시료를 채취하여 대표적인 원소를 대상으로 화학분석하였다. 소결체의 특성은 소결체의 결정립 크기, 첨가한 불순물의 상태, 분말처리 및 성형압에 따른 소결체의 밀도 변화 그리고 크랙의 형성을 중심으로 분석하였다.
- 평형상태를 유지하는 것이다. 모의 사용후핵연료를 제조하기 위하여 UO2와 핵분열 생성물을혼합하여 모의 사용후 핵연료 분말을 제조하였다. 표 2는 turbular mixer에서 혼합 후와 attrition 밀링 후 UOj와 핵분열 생성물의 균질도를 나타낸 것이다.
- 표 2는 turbular mixer에서 혼합 후와 attrition 밀링 후 UOj와 핵분열 생성물의 균질도를 나타낸 것이다. 핵분열 생성물 중 첨가량이 많은 Mo, Zr, Nd를 대상으로 용기의 상, 중, 하에서 시료를 채취하여 화학분석하였다. Turbulai에서 혼합 후 Mo의 농도는 약 ±10.
- 15m2/g으로 나타났다. 또한 모의 DUPIC 핵연료를 제조하기 위하여 모의 사용후 핵연료를 산화/환원시켜 모의 DUPIC 핵연료의 원료분말을 제조하였다. 산화/환원 후 분말의 입자크기와 비표면적은 각각 0.
대상 데이터
- 사용후 핵연료의 탈피복 공정 (decladding)과 OREOX 공정 중 핵연료는 산화, 환원 전후 생성물의 밀도차에의한 부피팽창으로 내부의 응력을 견디지 못하고 분말로 깨어진다. 이런 분말을 소결하여 DUPIC 핵연료를 제조한다.모의 DUPIC 핵연료는 모의 사용후 핵연료를 OREOX 공정을 거쳐 소결하여 .
- 모의 DUPIC 핵연료 제조를 위하여 천연 이산화우라늄(UO2)은 ADU (ammonium diuranate)공정으로제조된 분말을 이용하였다. 가압 경수로에서 33 MWd/kgU 까지 연소된 사용후 핵연료를 모사하기위하여, 첨가될 핵분열 생성물은 ORIGEN-2 코드를이용하여 계산하였으며, 휘발성 물질은 배제하고 함량이 높은 15개 원소를 선정하여 첨가하였다.
이론/모형
- 입자크기는 Malvern Instruments 사에서 제조한 Laser Analyzer> 이용하였으며, 비표면적은 BET 법을 이용하여 측정하였다. 또한 분말의 형상은 주사 전자현미경 (scanning electron microscopy, SEM)을 이용흐!" 여 파악하였다.
성능/효과
- 핵분열 생성물 중 첨가량이 많은 Mo, Zr, Nd를 대상으로 용기의 상, 중, 하에서 시료를 채취하여 화학분석하였다. Turbulai에서 혼합 후 Mo의 농도는 약 ±10.2%, Zr의 농도는 약 土8.2%, Nd의 농도는 약 ±7.1 %의 편차를 나타냈으나, attrition 밀링 후에는 Mo는 약 ±1.6%, Zr은 약 ±3.5%, Nd는 약 土 1.8%의 편차를 나타내고 있어, attrition 밀링이 핵분열 생성물의 균질도를 향상시키는 것으로 나타났다.
- 은 분말처리에 따른 입자크기 및 비표면적을 나타낸 것이다. UO2와 핵분열 생성물을 turbular mixei에서 12시간 혼합한 후 분말의 입도는 3.28 |im 였으며 , 1회 attrition 밀링 후 입자크기는 1.68 um에서 5회 attrition 밀링 후 입자크기 0.5 |_im까지 밀링횟수가 증가할수록 입도는 작아지는 것으로 나타났다. 밀링하기 전 비표면적은 5.
- 23m2/g으로 나타났다. 모의 사용후 핵연료 원료분말을 제조하기 위한 건식 , 습식 분말처리에 비해 산화/환원 후 분말의 입자크기와 비표면적이 작은 것으로 나타났다. 산화/환원 후분말의 입자크기가 감소하는 반면, 비표면적도 작게나타난 것은 건/습식 분말처리는 물리적으로 외부에서 힘을 가하여 분말을 분쇄하므로 입자에 많은 균열이 생겨서 비표면적이 상대적으로 증가했다.
- 것이다. 밀링 전 분말과 attrition 밀링 후 분말은 크기가 고르지 않게 나타났으나 산화/횐원후 분말은 크기가 고르고 형상이 일정한 것으로 나타났다. 습식 밀링 후 분말은 솜 같은 형상을 나타내고 있다.
- 미세구조를 나타낸 것이다. 모의 DUPIC 핵연료의 결정립은 약 4.6 이며, 모의 사용후 핵연료의 결정립은 3.5nm로서 산화/환원공정을 거친 모의 DUPIC 핵연료의 결정립이 크게 나타났다. 이런 현상은 두 번의 소결공정과 한번의 산화/환원공정을 거치면서 고온에서 기지에 고용되어지는 첨가물들이 충분한 온도와 시간을 확보하여 고용되어 지기 때문에모의 사용후 핵연료보다는 입자성장을 저해하는 석출물들이 결정립 계에 적게 존재하기 때문으로 생각된다.
- 여기서 결정립 계에 하얀 알갱이와 다른 색의결정립이 발견되었다. EPMA 결과 그림에서 하얗게나타난 부분이 금속 석출물로서 Mo, Ru, Pd, Rh가주를 이루고 있으며, 결정립 계와 기지내의 검은 부분은 연마중 시편이 떨어져나간 것으로 생각되나 기지내에 어둡게 보이는 부분은 산화 석출물로서 Zr과 Ba가 주를 이루는 것으로 나타났다. Lucuta 등은 금속 석출물은 MOo.
- 건식 밀링 처리된 분말을 이용하여 제조한소결체의 경우 성형압이 IBton/cm2에서 1.66ton/cm2 로 증가함에 따라 모의 사용후 핵연료의 소결밀도는 10.227 g/cm2에서 10.255 g/cnF로 증가하였으며, 모의 사용 핵연료를 산화/환원 후 재소결한 모의 DUPIC 핵연료는 10.365 g/cm2에서 10.398 g/cm2 로 증가하였다. 습식 밀링 처리된 분말을 이용하여제조한 소결체의 경우 성형압이 증가함에 따라 모의사용후 핵연료의 소결밀도는 10.
- 61 g/cm?로증가하였다. 따라서 분말처리에 관계없이 성형압에 따라 소결밀도는 증가하는 것으로 나타났으며, 모의사용후 핵연료 보다 모의 DUPIC 핵연료의 소결밀도가 높게 나타났다. 또한 건식 밀링 처리된 분말을 이용한 소결체보다 습식 밀링 처리된 분말을 이용하여제조된 소결체의 밀도가 높게 나타났다.
- 따라서 분말처리에 관계없이 성형압에 따라 소결밀도는 증가하는 것으로 나타났으며, 모의사용후 핵연료 보다 모의 DUPIC 핵연료의 소결밀도가 높게 나타났다. 또한 건식 밀링 처리된 분말을 이용한 소결체보다 습식 밀링 처리된 분말을 이용하여제조된 소결체의 밀도가 높게 나타났다. 모의 사용후핵연료보다 모의 DUPIC 핵연료의 소결밀도가 높게나타난 것은 모의 핵연료의 소결성에 미치는 핵분열생성물이 산화/환원 공정 및 고온의 재소결 과정에서충분한 확산이 이루어져 모의 DUPIC 핵연료 내에서고르게 분포되었으며, 열역학적으로 평형상태를 유지하기 때문으로 생각된다.
- 또한 건식 밀링 처리보다 습식 밀링 처리된 분말의 소결밀도가 높은 것은 분말의 특성에서 살펴본 바와 같이 건식 밀링 처리된 분말보다 습식 밀링 처리된 분말의 입도가 작고 비표면적이 크기 때문으로 생각된다. 따라서 높은 밀도의 소결체를 얻기 위해서는 습식 밀링 분말처리가 유리한 것으로 나타났다.
- 이러한내부 내부응력을 견디지 못할 경우 균열이 발생하게된다. 본 실험에서는 균열이 수평으로 발생하였으며성형압이 높을수록 균열의 길이와 깊이가 크게 나타났다. 모의 DUPIC 핵연료의 경우는 1.
- 65 ton/cm2 에서는 깊이가 약 2 mm, 길이가 약 7 mm의 균열이수평으로 발생하였다. 모의 사용후 핵연료의 경우는깊이 약 4.5 mm의 균열이 수평으로 발생하여 모의 DUPIC 핵연료보다 크게 나타났다. 균열이 수평으로발생한 것은 성형할 때 성형체와 다이 벽면과의 마찰에 의한 것으로 생각되며 성형압이 높을수록 균열이 크게 발생된 것은 다이 벽면과의 마찰이 크기 때문으로 생각된다.
- 1. 산화/환원공정을 통해 분말의 소결특성이 향상되었다.
- 2. 모의 DUPIC 핵연료의 밀도가 모의 사용후 핵연료의 밀도 보다 크게 나타났다.
- 3. 모의 DUPIC 핵연료의 결정립 크기는 4.6 gm 였다.
- 4. 성형압을 높이는 것이 소결밀도를 향상시키나균열이 발생한다.
- 5. 분말 처리중 습식밀링이 건식밀링보다 소결밀도를 더 향상시킨다.
- 6. 핵분열 생성물 중 금속간 화합물은 Mo, Ru, Pd, Rh가 주를 이루며, 결정립 계에 존재한다.
- 또한 환원반응시 소결효과에 의해서도 비표면적이 줄어든다.1)따라서 산화/환원처리된 분말의 비표면적이 건/습식 밀링처리된 분말의 비표면적보다 적게 나타났다.
후속연구
- 자원 재활용 개념의 핵연료이다. 1993년도까지 수행한 타당성 연구의 결과로서 OREOX(Oxidation and Reduction of Oxide fuel)가 가장 바림직한 제조공정이라는 결론0을 바탕으로 OREOX 공정을 이용한 핵연료 제조 및 이의 성능검증 연구를 수행 중에 있다. DUPIC 핵연료의 특징은 일반 핵연료와 달리 약 0.
- 제조한다. 이러한 모의 DUPIC 핵연료는 실제 DUPIC 핵연료의 열전도도, 열팽창율, 비열, 크립, 경도 등의 물성 연구에 이용될 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.