초록 ▼

○ 원심분무 U-Mo 분말 해외수출
- 프랑스 CEA 연구소에 NU-Mo(5kg), 아르헨티나 CNEA 연구소에 DU-Mo(10kg), LEU-Mo(10kg), 미국 ANL에 Nitride coated LEU-Mo(450g) 공급
- 세계 연구로 핵연료 시장 선점 및 KAERI의 원심분무 분말의 우수성을 국제적으로 공인
○ 2012 서울 핵안보정상회의 성과로 저농축우라늄 핵연료 전환 국제협력사업 참여
- LEU-Mo(100kg) 원심분무 분말 공급
○ KOMO-4 조사시험 핵연료에 대한 연소성능 평가

○ 원심분무 U-Mo 분말 해외수출
- 프랑스 CEA 연구소에 NU-Mo(5kg), 아르헨티나 CNEA 연구소에 DU-Mo(10kg), LEU-Mo(10kg), 미국 ANL에 Nitride coated LEU-Mo(450g) 공급
- 세계 연구로 핵연료 시장 선점 및 KAERI의 원심분무 분말의 우수성을 국제적으로 공인
○ 2012 서울 핵안보정상회의 성과로 저농축우라늄 핵연료 전환 국제협력사업 참여
- LEU-Mo(100kg) 원심분무 분말 공급
○ KOMO-4 조사시험 핵연료에 대한 연소성능 평가
- 12 종류의 봉상 분산핵연료에 대한 조사후 시험 및 자료생산
- 미세조직 및 반응층 EPMA 분석을 통해 기지 내 Si 및 제 3 합금 원소의 반응층 성장 억제 기구 세계 최초로 규명
- 조사중 반응층 성장 모델 개발 및 온도예측 Code 수립/평가
○ 실크기 실용화 U-Mo 봉상핵연료 조사시험(KOMO-5) 완료 및 조사후 시험 수행
- 최대 연소도 85 at% 이상까지 안정적으로 연소 (227.88 EFPD)
- PIE 분석 결과를 바탕으로 국제 U-Mo 워크샵 개최
○ 반응층 저감을 위한 U-Mo coating 기술 개발 및 분석
- 신개념 Silicide coating(세계 최초), Nitride coating 기술 개발
- In-situ 중성자 회절분석, 고에너지 Synchrotron X-ray 국제공동연구(CEA), 중이온 조사 국제공동연구(뮌헨공대) 수행을 통한 노외특성 평가

Abstract ▼

Ⅳ. Results
□ Completion of post irradiation examination for high-temperature and high power KOMO-4 irradiated fuel rods
ㅇ Completion of post irradiation examination for 12 kinds of U-Mo irradiated fuel rods
- PIE for U-7Mo/Al-xSi(x=0,2,5,8wt%) dispersion fuels, pre-IL formed U-7Mo/Al-5Si fu

Ⅳ. Results
□ Completion of post irradiation examination for high-temperature and high power KOMO-4 irradiated fuel rods
ㅇ Completion of post irradiation examination for 12 kinds of U-Mo irradiated fuel rods
- PIE for U-7Mo/Al-xSi(x=0,2,5,8wt%) dispersion fuels, pre-IL formed U-7Mo/Al-5Si fuels, and U-7Mo-1Zr,Ti/Al-5Si fuels
- Analysis of oxide layer thickness of cladding, swelling, microstructure, interaction layer, and EPMA
ㅇ Verification of fuel performance for commercialization of U-Mo/Al-Si dispersion fuels
- Drastically decrease of interaction layer when more than 5 wt% Si is applied at the Al matrix
(Vol% of interaction layer: U-7Mo/Al(22%) → U-7Mo/Al-5Si(7.9%)) - Decrease of swelling by 30% compared with KOMO-3
ㅇ The world’s first identification for interaction layer growth suppression
mechanism of Si and the third alloying elements
- Suppression of Al diffusion from the matrix with the presence of about 10 at% at the interface between interaction layer and Al-Si matrix during the irradiation
- Little interaction layer growth at pre-IL formed U-7Mo/Al-5Si fuel (54.5 at%U-235)
- Decrease of interaction layer and swelling with Zr addition
ㅇ Development of irradiation performance estimation code for U-Mo fuel rods
- Development and verification of interaction layer growth model and temperature estimation code
ㅇ 1 SCI journal paper, 7 international conference and 3 domestic conference
□ Development of surface treatment technology on the centrifugal atomized U-Mo powder
ㅇ Development of silicide coating technology on centrifugal atomized U-Mo powder
- Development of homogeneous 10 ㎛ thick silicide coating on U-Mo powder
- Lower interaction layer thickness of silicide coated U-Mo/Al than that of U-Mo/Al-Si at out-of pile test
- 1 domestic patent(patent No. 10-1196224)
ㅇ Development of new concept nitride coating technology on centrifugal atomized U-Mo powder
- Development of UN type coating on U-Mo powder
- No interaction layer formation at out-of pile test
- 1 domestic patent(patent No. 10-1209139), 2 international conference
ㅇ Fabrication of surface treated U-Mo powder for irradiation test
□ Design and fabrication of the fuel rods for KOMO-5 irradiation test
ㅇ Design of 12 kinds of fuel rods for KOMO-5 irradiation test
- QA/QC system of HANARO fuel fabrication applied
- Powder size distribution improved by 15 % compared with KOMO-4, No surface defects (less than 0.13 mm)
- Microstructure, density, U-loading density and chemical analysis for 12 kinds of fuel rods
□ Irradiation test of high U density (5~6 gU/cc) full-length U-Mo fuel
ㅇ Evaluation of in-reactor safety for KOMO-5
- Max. linear power for full length fuel rods and reduced fuel rods with MCNP calculation: 94.8 kW/m and 102.6 kW/m, respectively
- Temperature limit accepted
ㅇ Development of irradiation performance estimation code for U-Mo fuel rods
- Calculation of temperature, swelling, interaction layer thickness and oxide layer thickness according to burnup for fuel rods
ㅇ Completion of KOMO-5 irradiation test at HANARO OR3 irradiation hole (May 24, 2011 to July 28, 2012, 9 cycles)
- Irradiation for 227.88 EFPD(ave. BU 71 at%U-235, max. BU 85 at%U-235 for full length fuel rods)
- No surface and external defect
□ Characteristic evaluation of the surface treated centrifugal atomized U-Mo powder
ㅇ Silicide coating technology
- Stable silicide coating layer on U-7Mo and U-7Mo-1Ti powder from homogeneous powder mixing using Zirconia ball milling method
ㅇ Optimization of nitride coating parameter according to the annealing time
- Nitride coating: NU-7Mo, 920℃ 6 h, N₂ gas flow 80 sccm NU-7Mo-1Ti, 920℃ 1, 4, 6 h, N2 gsa flow 80 sccm
- 4 international conference, 2 domestic conference
ㅇ Evaluation of coating integrity after fuel rod extrusion
- Microstructure of nitride coated NU-7Mo/Al, NU-7Mo-1Ti/Al fuel rods
- Microstructure of silicide coated NU-7Mo/Al, NU-7Mo-1Ti/Al fuel rods
- Sound coating layer after extrusion
□ Completion of post irradiation examination for KOMO-5 irradiated fuel rods
ㅇ Post irradiation test for KOMO-5 irradiated fuel rods
- Stable burning over 85 at%U-235 using the third alloying element (Zr, Ti) and Al-5Si matrix
- Fuel meat swelling of U-7Mo-1X(X=Zr,Ti)/Al-5Si : less than 15%
- IL volume fraction of U-7Mo-1X(X=Zr,Ti)/Al-5Si : less than 10%
- Hosting international U-Mo workshop (March 11, 2013 to March 13, 2013, KAERI)
- 2 international conference
ㅇ Verification of irradiation performance estimation code for U-Mo fuel rods
- Modification of thermal conductivity and temperature estimation program using interaction layer growth model
□ Generation of fuel qualification document for the reactor core conversion of HANARO
ㅇ Evaluation of neutronics for U-Mo core
- Analysis of core characteristic for conversion of HANARO core
- Linear power, neutron flux, and reactivity of HANARO core for U-Mo fuel
- Core can be switched
ㅇ Generation of U-Mo fuel qualification document
- PIE reports
□ Supply centrifugal atomized U-Mo powder to intwnernational development and commercialization of high U density U-Mo dispersion fuel plate (8~9gU/cc)
ㅇ Quadrilateral cooperation on high-density low-enriched Uranium fuel production at the 2012 Seoul Nuclear Security Summit
- Joint statement on quadrilateral cooperation(Korea, US, France, and Belgium) on high-density low-enriched Uranium fuel (March 27, 2012)
- Fabrication of 100 kg LEU-7Mo centrifugal atomized powder
ㅇ U-Mo centrifugal atomized powder as standard thing for U-Mo fuel qualification
- Exportation of centrifugal atomized U-Mo powder
ㅇ International joint research of U-Mo centrifugal atomized powder and dispersion fuel
- Phase analysis of U-Mo powder and fuel using high-energy synchrotron x-ray with CEA, France
· 1 international conference, 4 domestic conference
- Heavy ion irradiation test with TUM, Germany
· 2 international conference
ㅇ Analysis of foreign new U-Mo irradiation test DB
- Foreign commercialization irradiation test
- US(RERTR-9, AFIP-1), EU(SELENIUM)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 12
• CONTENTS ... 19
• 목차 ... 21
• 표목차 ... 23
• 그림목차 ... 24
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 29
• 제 1절 연구개발의 필요성 ... 29
• 제 2절 연구개발의 목적 및 범위 ... 41
• 제 2 장 국내․외 기술개발 현황 ... 43
• 제 1 절 국외 현황 ... 43
• 1. UAlx 분산형 연료 ... 43
• 2. U3O8-Al 핵연료 ... 45
• 3. Urnium Silicide(U3Si, U3Si3)-Al 핵연료 ... 47
• 4. U-Mo 합금 분말 분산핵연료 ... 49
• 5. Monolithic U-Mo 핵연료 ... 57
• 제 2 절 국내 개발 현황 및 기술 수준 ... 58
• 1. 한국원자력(연)의 U-Mo분산 봉상 핵연료 노내 조사시험 ... 58
• 2. 세부 기술사항의 검토 분석결과 ... 61
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 66
• 제 1 절 고온 고출력 노내 조사(KOMO-4) 시험한 U-Mo 봉상 핵연료에 대한 연소성능 평가 ... 66
• 1. 서론 ... 66
• 2. 조사후 시험결과 ... 68
• 3. 결론 ... 123
• 제 2 절 U-Mo 원심분무 표면처리 분말 신기술 개발 ... 124
• 1. 서론 ... 124
• 2. 확산 열처리법에 의한 실리사이드 코팅 ... 125
• 3. 기체 반응법에 의한 나이트라이드 코팅 ... 129
• 4. 결론 ... 139
• 제 3 절 실크기 실용화 U-Mo 조사시험(KOMO-5) 핵연료 선정 및 제조 ... 139
• 1. 서론 ... 139
• 2. 조사시험 핵연료 설계 및 제조 ... 140
• 3. 안전성 분석 평가 ... 170
• 4. 결론 ... 188
• 제 4 절 실크기 실용화 U-Mo 조사시험(KOMO-5) 및 연소성능 평가 ... 189
• 1. 서론 ... 189
• 2. 실크기 실용화 U-Mo 조사시험(KOMO-5) ... 191
• 3. 조사 후 시험 결과 ... 194
• 4. 결론 ... 251
• 제 5 절 하나로 노심전환을 위한 U-Mo 봉상 핵연료의 Qualification 자료 작성 ... 251
• 1. U-Mo 노심의 핵적 특성 평가 ... 251
• 2. U-Mo 핵연료 qualification 자료 작성 ... 263
• 제 6 절 외국의 판형 U-Mo 입자 고분율 분산핵연료 개발 국제 협력 및 원심분무 U-Mo 분말 수출기반 구축 ... 264
• 1. 원심분무 U-Mo 분말 전세계 공급 실적 ... 264
• 2. 2012 서울 핵안보정상회의 4개국 공동 협력사업 참여 ... 273
• 3. 원심분무 U-Mo 분말로 제조된 핵연료 국제 공동 연구 수행 ... 275
• 4. U-Mo 분말을 이용한 외국의 실용화 조사시험결과 추적 ... 304
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 321
• 1. 고온 고출력 노내 조사 시험(KOMO-4) U-Mo 봉상 핵연료에 대한 연소성능 평가 완료 ... 321
• 2. 실크기 실용화 U-MO 조사 핵연료 제조 및 조사시험(KOMO-5) 완료 ... 322
• 3. U-Mo 분말 표면 처리 기술 개발 및 분산 핵연료 노외 특성 평가 완료 ... 323
• 4. 판형 분산핵연료에 원심분무 분말 공급 및 수출 기반 구축 ... 324
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 326
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 ... 327
• 제 7 장 참고문헌 ... 328
• 끝페이지 ... 329