| 학회 |
한국재료학회 |
| 학술대회 |
2012년 봄 (05/17 ~ 05/18, 무주덕유산리조트) |
| 권호 |
18권 1호 |
| 발표분야 |
C. 에너지/환경 재료(Energy and Environmental Materials) |
| 제목 |
산화단계에서 형성된 격자변형에너지가 (U,Gd)3O8 환원거동에 미치는 영향 |
| 초록 |
원자로에서는 핵연료로서 UO2를 사용하고 또한 중성자를 조절하는 목적으로 중성자 흡수능이 뛰어난 Gd 원소가 함유된 (U,Gd)O2 핵연료를 동시에 사용하고 있다. 순수 UO2 소결체의 산화 및 환원 특성에 대한 연구는 많이 수행되었고 산화 및 환원기구도 정확히 알려져 있다. 그러나 (U,Gd)O2 소결체의 산화특성 연구는 제한적으로 수행되었고 특히 환원특성에 대한 연구는 거의 수행되지 않았다. UO2 상(cubic) 과 U3O8 상(orthorhombic)에서의 Gd+3 양이온 고용도는 크게 달라지는데, UO2+x 에서는 x가 증가 할수록 Gd 양이온의 고용도 감소하고 U3O8 에는 Gd 양이온의 고용도가 전혀 없는 것으로 dkf려져 있다. 이러한 U3O8 상에서 Gd 원소가 고용되지 못하는 것은 열역학적 평형상태에서 이루어 질 수 있다. 그러므로 특별한 고온 공정에서는 불안정한 (U,Gd)3O8 을 얻을 수 있는데 이때 산화단계에서 격자 내에 큰 변형에너지가 형성된다. 이것은 UO2+x 상내에 존재하는 우라늄(U) 양이온은 U4+가 주종을 이루고 U3O8 상의 경우 주된 양이온은 U6+ 이다. Gd3+ 양이온은 U4+ 및 U6+ 양이온에 비해 각각 15% 및 70% 정도 부피가 크기 때문에 Gd 양이온이 UO2 상에 고용될 경우 격자변형에너지가 발생되지 않지만 U3O8 상에 고용될 경우에는 큰 격자 변형에너지기 발생하게 되며 이러한 격자 변형에너지는 U3O8 상에 고용되는 Gd 양과 관계된다. 본 연구에서는 Gd가 고용되지 않은 순수 UO2 소결체와 Gd 양이온이 8.7 mol% 및 14.2 mol% 고용된 (U,Gd)O2 소결체를 500oC에서 산화시킨 U3O8 및 (U,Gd)3O8 시편의 환원실험을 통하여 산화단계에서 형성된 격자변형 에너지가 (U,Gd)3O8 환원특성에 미치는 영향을 연구하였다. |
| 저자 |
김건식, 이영우, 김동주, 오장수, 김종헌, 양재호
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| 소속 |
한국원자력(연) |
| 키워드 |
핵연료; UO2 소결체; (U; Gd)O2 소결체; 산화; 환원
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