초록 ▼

원자로 출력증강 20% 및 소결체 온도감소 30%를 목표로 이중냉각 핵연료 기술을 개발하고 있다. 기존 원자로 OPR-1000과 양립성이 있는 이중냉각 핵연료 12x12 배열 및 연료봉 기본설계를 개발하고, 출력증강 20% 조건에서 핵설계, 열수력 해석, 안전성 해석을 수행하였고, 해석결과 모두 설계 및 안전기준을 만족하였다. 출력증강 20% 조건에서도 소결체 온도는 40% 감소하였다. 이중냉각 핵연료 구조부품(지지격자체, 상하단 고정체, 안내관 등)의 기본설계를 완료하였고 피복관 두께 설계를 위한 해석 및 실험을 수행하였다. 이중

원자로 출력증강 20% 및 소결체 온도감소 30%를 목표로 이중냉각 핵연료 기술을 개발하고 있다. 기존 원자로 OPR-1000과 양립성이 있는 이중냉각 핵연료 12x12 배열 및 연료봉 기본설계를 개발하고, 출력증강 20% 조건에서 핵설계, 열수력 해석, 안전성 해석을 수행하였고, 해석결과 모두 설계 및 안전기준을 만족하였다. 출력증강 20% 조건에서도 소결체 온도는 40% 감소하였다. 이중냉각 핵연료 구조부품(지지격자체, 상하단 고정체, 안내관 등)의 기본설계를 완료하였고 피복관 두께 설계를 위한 해석 및 실험을 수행하였다. 이중냉각 핵연료의 기술현안 “연료봉 내부 유로 막힘” 및 “내/외측 냉각수의 불안정한 열분배”를 해결할 수 있는 설계를 개발하였다.
환형 소결체 형상 및 치수에 대한 제조 가능성을 타당성을 실험적으로 확인하였고, 환형 소결체 내경을 무연삭 소결방법으로만 치수공차를 맞추는 신기술을 개발하여 치수공차를 ±5μm까지 향상하였다. 환형 소결체의 고밀화 및 스웰링 거동을평가하기 위해서 연소시험을 수행하였다. 환형 소결체는 밀도 및 직경이 다른 시편을 장전하였고, 이중냉각 연료봉을 제조(봉단마개용접)하여, 10,000MWD/MTU연소하였고, 비파괴시험을완료하였다.
PCI(PeIIet Clad Interaction)에 내구성이 있는 소결체 재료 후보 11종을 개발하였고, 후보 재료 중 Mn-Al 첨가제를 함유한 소결체는 크리프 변형은 U0₂대비 7~9배 향상되었다. HANA피복관의 부식저항성을 Halden 연구로에서 4,5,6주기 연소시험을 통하여 검증한 결과, 연소도61,000 MWD/MTU(2009년12월)에서 Zircaloy-4 대비 부식저항성이 40% 향상되었다. 또한 차세대 피복관 재료 후보 30종을 개발하였다.
(출처:서지정보양식 84p)

Abstract ▼

The dual-cooled annular fuel has been investigated for the purpose of achieving the power uprate of 20% and decreasing pellet temperature by 30%. The 12x12 rod array and basic design was developed, which is mechanically compatible with the OPR-1000. The reactor core analysis has been performed using

The dual-cooled annular fuel has been investigated for the purpose of achieving the power uprate of 20% and decreasing pellet temperature by 30%. The 12x12 rod array and basic design was developed, which is mechanically compatible with the OPR-1000. The reactor core analysis has been performed using this design, and the results have shown that the criteria of nuclear， thermohydraulic and safety design are satisfied and pellet temperature can be lowered by 40% even in 120% power. The basic design of fuel component was developed and the cladding thickness was designed through analysis and experiments. The solutions have been proposed and analyzed to the technical issues such as "inner channel blockage" and "imbalance between inner and outer coolant".
The annular pellet was fabricated with good control of shape and size, and especially, a new sintering technique has been developed to control the deviation of inner diameter within ±5μm. The irradiation test of annular pellets has been conducted up to 10 MWD/kgU to find out the densification and swelling behaviors.
The 11 types of materials candidates have developed for the PCI-endurance pellet, and the material containing the Mn-Al additive showed its creep performance of much better than U02 material. The HANA cladding has been irradiated up to 61 MWD/kgU, and the results have shown that its oxidation resistance is better by 40% than that of Zircaloy. The 30 types of candidate materials for next generation have been developed through alloy design and property tests.
(출처:B IBLIOGRAPHIC INFORMA TION SHEET 85p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 4
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 18
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 20
• 제1절 가소성 환형 소결체 개발 ... 20
• 1. 연구개발의 필요성 ... 20
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 20
• 제2절 초고연소도 피복관 재료 개발 ... 21
• 1. 연구개발의 필요성 ... 21
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 22
• 제3절 핵연료 연소성능 평가기술 개발 ... 23
• 1. 연구개발의 필요성 ... 23
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 23
• 제4절 이중냉각 핵연료 노심 타당성 평가 ... 24
• 1. 연구개발의 필요성 ... 24
• 2. 연구개발의 목표 및 내용 ... 25
• 제5절 이중냉각 핵연료 구조설계 기술개발 ... 26
• 1. 연구 개발의 필요성 ... 26
• 2. 연구 개발의 목표 및 내용 ... 27
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 28
• 제1절 가소성 환형 소결체 개발 ... 28
• 제2절 초고연소도 피복관 재료 개발 ... 29
• 1. 국외 기술개발 현황 ... 29
• 2. 국내 기술 개발 현황 ... 30
• 제3절 핵연료 연소성능 평가기술 개발 ... 30
• 1. 핵연료 성능평가 코드 개발 ... 30
• 2. 핵연료 성능 및 안전성 시험 기술 ... 31
• 3. 핵연료 연구로 조사시험 기술 ... 31
• 제4절 이중냉각 핵연료 노심 타당성 평 가 ... 32
• 제5절 이중냉각 핵연료 구조설계 기술개발 ... 32
• 1. 국외기술 개발 현황 ... 32
• 2. 국내기술개발 현황 ... 34
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 36
• 제1절 가소성 환형 소결체 개발 ... 36
• 1. 초고연소도 소결체 재료 기술현안 분석 평가 ... 36
• 2. PCI 대비 소결채용 가소성 재료 설계 ... 36
• 3. PCI 대비 소결채용 가소성 재료 시험제조 및 평가 ... 37
• 4. PCI 대비 결채용 가소 성 재료 후보 제조 공정 개발 ... 38
• 5. PCI 대비 소결채용 가소성 재료 후보 선정 ... 38
• 6. PCI 대비 소결체용 가소성재료 후보 시제품 제작 ... 39
• 7. PCI 대비 소결채용 가소성 재료 노외특성 시험 평가 ... 39
• 8. 환형 소결체제 조공정 고안 및 제조변수 도출 ... 40
• 9. 환형 소결체 제조성 평가 (형상 및 치수) ... 40
• 10. 연구로 조사 시험용 환형 소결체 제조 ... 41
• 11. 환형 소결체 시험제조 ... 41
• 12. 환형 소결체 특성시험 평가 ... 42
• 13. 큰 결정립 UO₂ 소결채 상용화 PQT (공정 자격 인증시험) ... 42
• 제2절 초고연소도 피복관 재료 개발 ... 42
• 1. HANA 피복관 Halden 연구로 4주기 연소시험 ... 42
• 2. HANA 피복관 기본 특성자료 추가시험 ... 43
• 3. HANA strip 제조공정 수립 (H4, H5, H6) ... 43
• 4. 차세대 HANA 개발을 위한 특허 MAP 작성 (2007) ... 44
• 5. 차세대 HANA 합금설계 ... 44
• 6. HANA 피복관 Halden 연구로 5주기 시험 ... 45
• 7. HANA 피복관 열적 및 안전성 자료 추가 생산 ... 45
• 8. 지지격자 HANA 소재의 성능평가 ... 46
• 9. 초고연소도 (차세대 HANA) 신소재 1차 Model alloy 부식성능 시험 ... 46
• 10. 초고 연소도 (차세대 HANA) 신소재 1차 Model alloy 강도시험 ... 46
• 11. HANA 피복관 Halden 시험 2단 계 (6주기) 연소시 험 완료 ... 47
• 12. HANA 피복관 성능 종합 평가 ... 47
• 13. 지지격자 HANA 소재 장기 노외성능 평가 완료 ... 48
• 14. 초고 연소도(차세대 HANA) 신소재 (2차 Model alloy) 제조 ... 48
• 15. 초고연소도(차세대 HANA) 신소재 (2차 Model alloy) 최종후보 합금 선정 (5종) ... 48
• 16. 이중냉각 피복관 제조요건 도출 ... 49
• 제3절 핵연료 연소성능 평가기술 개발 ... 49
• 1. 초고연소도 고성능 핵연료 성능모델 개발 ... 49
• 2. 고연소도 소결체 가열시험 ... 50
• 3. 고연소도 피복관 기계적 특성 시험 ... 50
• 4. Fuel Test Loop 시험핵연료 제작 ... 51
• 5. 큰 결정립 소결체 조사시험 ... 52
• 6. 환형소결체 1차 연구로 조사시험 및 조사후시험 ... 52
• 제4절 이중냉각 핵연료 노심 타당성 평가 ... 53
• 1. 이중냉각 핵연료 집합체 형상 설계 ... 53
• 2. 출력 증강 200%(이중냉각 핵연료 노심 타당성 평가 ... 54
• 3. 이중냉각 핵연료 기술 현안 영향 평가 및 해결 방안 제시 ... 54
• 4. OPR-1000 출력증강 20% 경제성 평가 ... 55
• 5. 이중냉각 핵연료 분석코드 체계 구축 ... 55
• 제5절 이중냉각 핵연료 구조설계 기술개발 ... 56
• 1. 이중냉각 핵연료 기술현안 도출 ... 56
• 2. 이중 냉각 핵연료 주요 구조부품 기능요건 및 기준도출 ... 56
• 3. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 개념 설계 및 주요 설계 항목 개발 ... 57
• 4. 구조부품 해석 방법 개선 ... 58
• 5. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 기본설계 ... 59
• 6. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 기본성능 해석 및 평가 ... 59
• 7. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 건전성 분석 및 평가 ... 60
• 8. 이중냉각 핵연료 구조부품 기능시험 방법 개발 ... 61
• 9. 이중냉각 연료봉 부품 개념 설계 ... 61
• 10. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 개발 ... 62
• 11. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 주요 기능 검증시험 ... 63
• 12. 이중냉각 핵연료 주요 구조부품 후보 성능 및 건전성 분석/평가 ... 63
• 13. 이중냉각 연료봉 기본설계 ... 64
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 65
• 제1절 가소성 환형 소결체 개발 ... 65
• 1. 목표 달성도 ... 65
• 2. 관련분야에의 기여도 ... 68
• 제2절 초고연소도 피복관 재료 개발 ... 68
• 1. 목표 달성도 ... 68
• 2. 관련분야 기여도 ... 70
• 제3절 핵연료 연소성능 평가기술 개발 ... 71
• 1. 목표 달성도 ... 71
• 2. 관련분야에의 기여도 ... 72
• 제4절 이중냉각 핵연료 노심 타당성 평가 ... 72
• 1. 목표 달성도 ... 72
• 2. 관련분야에의 기여도 ... 74
• 제5절 이중냉각 핵연료 구조설계 기술개발 ... 74
• 1. 목표 달성도 ... 74
• 2. 관련분야에의 기여도 ... 78
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 80
• 제1절 가소성 환형 소결체 개발 ... 80
• 제2절 초고연소도 피복관 재료 개발 ... 80
• 제3절 핵연료 연소성능 평가기술 개발 ... 81
• 제4절 이중냉각 핵연료 노심 타당성 평가 ... 82
• 제5절 이중냉각 핵연료 구조설계 기술개발 ... 82
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 83
• 끝페이지 ... 87