초록 ▼

본 연구에서는 사용후핵연료 피복관의 기계적 건전성에 영향을 미치는 수소화물 수화물 재배열 현상을 연구하였다. 실제 사용후핵연료 피복관을 가지고 연구할 수 없으므로 사용후핵연료 모사피복관을 제작하였으며, 이을 위해 수소장입시험과 수소화물 재배열 시험을 수행하였다. 수소장입시험은 Zircaloy-4 합금에 기체확산법(gaseous charging method)을 통해 100~650 wppm의 수소를 시편에 장입하였고 수소화물을 재배열 시험은 앞서 수소장입된 시편을 400도 가열 후 150MPa의 후프 응력을 주어 0.5 ℃/min의 냉

본 연구에서는 사용후핵연료 피복관의 기계적 건전성에 영향을 미치는 수소화물 수화물 재배열 현상을 연구하였다. 실제 사용후핵연료 피복관을 가지고 연구할 수 없으므로 사용후핵연료 모사피복관을 제작하였으며, 이을 위해 수소장입시험과 수소화물 재배열 시험을 수행하였다. 수소장입시험은 Zircaloy-4 합금에 기체확산법(gaseous charging method)을 통해 100~650 wppm의 수소를 시편에 장입하였고 수소화물을 재배열 시험은 앞서 수소장입된 시편을 400도 가열 후 150MPa의 후프 응력을 주어 0.5 ℃/min의 냉각속도로 냉각시켰다. 시편에 장입된 수소의 압력이 클수록 석출되는 수소화물의 양이 늘어나는 것으로 나타났으며, 인장응력으로 인하여 반경방향의 수소화물이 석출됨을 알 수 있었다. 사용후핵연료의 피복관의 건전성을 위협하는 열화 기구 중에서 가장 대표적인 기구는 수소화물에 의한 영향으로 최근 평가되었다. 수소화물 재배열(Fn 지수)을 구하는 방법으로는 이미지 분석이 유일한데, 국내에는 고유의 프로그램이 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 수소화물 모폴로지 배열에 따른 기계적 물성을 비교하기 위해 수소화물 배열 시험을 통해 얻은 이미지들의 전처리방법과 반경방향 수소화물과 원주방향 수소화물을 구분하는 방법, 수소화물의 비율과 Fn 지수를 계수하는 알고리즘을 제시한다. 제안한 알고리즘은 C++ 프로그래밍을 이용하며, 시험으로 획득한 수소화물 이미지를 이용하여 실험하였다. 각각의 계수를 비교한 결과 약 92%의 정확도를 보여 주었다. 또한 링 압축시험을 통해 수소화된 Zircaloy-4 피복관의 연성은 수소 함유량이 증가함에 따라 낮아지는 경향을 알고리즘을 통해 정량화된 값으로 확인하였고, 반경방향 수소화물의 경우는 수소 함유량이 낮음에도 Fn 지수가 높을수록 연성이 낮아짐을 관측하였다. 본 연구에서 제안한 알고리즘을 토대로 정량화한 수소화물의 농도와 반경방향 수소화물의 비율이 사용후핵연료의 기계적 물성에 영향을 미치는 요인이 됨을 상관관계를 통해 파악하였다.

Abstract ▼

This study focuses on hydride reorientation which effects on mechanical properties of spent fuel cladding. Because experiments using spent fuel cladding cannot be conducted, we produce specimens copying spent fuel through hydrogen charging and reorientation test.
In hydrogen charging, specimens w

This study focuses on hydride reorientation which effects on mechanical properties of spent fuel cladding. Because experiments using spent fuel cladding cannot be conducted, we produce specimens copying spent fuel through hydrogen charging and reorientation test.
In hydrogen charging, specimens were charged with hydrogen at 400 ℃ by a gaseous charging method. The specimens contain hydrogen in the range of 100– 650 wppm. In reorientation test, specimens were heated by 400 ℃ which is dry storage condition. After heating, the specimens were cooled at the rate of 0.5 ℃/min under 150 MPa hoop stress. As the amount of hydrogen gases charged to the specimens is increased, precipitated hydride increases. And radial hydride was precipitated under the hoop stress.
Recent research results showed that hydride reorientation is one of the most critical factors to the spent fuel integrity. The method for analyzing the hydride reorientation( Fn number) is possible only with image analysis, however, it is not yet in Korea. Therefore, to evaluate of mechanical ductility of Zircaloy-4 cladding with morphology analysis of zirconium hydrides, this study proposed preprocessing techniques, a classification method which classifies radial hydrides from circumferential hydrides and an automated algorithm which counts the ratio of hydrides and ratio of Fn number. The proposed algorithm was implemented in c++ and conducted the images taken from microscope in the test. It showed the average 92 % accuracy automatically.
Also it is found that the ductility of specimens decreases with increasing hydrogen content by the ring compression test. And the ductility decreases with increasing Fn number for radial hydrides. Therefore, this study satisfies the correlation between mechanical ductility and hydride reorientation(Fn number) which quantified for algorithm that we proposed.

목차 Contents

• 최 종 보 고 서(원자력대학생용) ... 1
• 요 약 ... 2
• Abstract ... 3
• 1. 서 론 ... 4
• 2. 사용후핵연료 모사 피복관 제작 및 수소화물 분석 ... 5
• 2-1 수소장입 ... 5
• 2-2 수소화물재배열 ... 6
• 2-3 실험 결과 및 고찰 ... 6
• 3. 컴퓨터 프로그래밍을 이용한 수소화물 분석 알고리즘 개발 ... 7
• 3-1 수소화물의 분석을 위한 전처리 작업 ... 7
• 3-2 수소화물의 비율 계수와 반경방향 수소화물의 구분 및 비율 계수(Fn 지수) ... 9
• 4. 피복관 압축실험을 통한 수소화물 분포에 따른 기계적 연성 평가 ... 12
• 4-1 링 압축 시험 ... 12
• 4-2 실험 결과 및 고찰 ... 13
• 5. 결론 ... 15
• 참고문헌 ... 16
• 끝페이지 ... 16