| 초록 |
UO2 소결체는 지르코늄 합금 피복관에 장입하여 원자로에서 연소되는데, 연소중에 피복관은 안쪽으로 변형되고 소결체는 바깥쪽으로 팽창하기 때문에 소결체와 피복관은 서로 접촉하면서 응력이 발생하게 되고, 이러한 핵연료와 피복관의 상호작용을 PCI(Pellet-Clad Interaction)이라 하며 이 상호작용이 지속되면 피복관이 파손될 수 있다. 본 연구에서는 PCI 문제를 완화하기 위하여 저융점 유리상을 형성하는 첨가제를 이용하여 고소성 UO2 핵연료 소결체를 제조하였다. SiO2-계 첨가제 조성과 함량을 조절하고, 소결변수를 제어하는 공정을 통하여 우수한 성능을 갖는 UO2 소결체를 제조하여 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다. 대표적인 첨가제 조성으로 SiO2-Na2O-CaO 를 각각 75-15-10중량% 첨가하여 제조한 소결체를 1100oC , 100 Mpa 압충응력 조건에서 크리프 변형을 측정 하였다. 측정한 결과, 순수 UO2 소결체의 크리프 변형속도는 1.4x10-5/sec 인 반면에 SiO2-Na2O-CaO 첨가제를 이용한 소결체 평균 크리프 변형속도는 2.5x10-4/sec 로서 순수 UO2 소결체 보다 15 배 이상 빠른 변형속도를 보였다. 이것은 SiO2-Na2O-CaO 첨가제가 1450oC 이하에서 UO2 기지에 용융되어 소결체 결정립계에 유리상을 형성함으로서, 1100oC 부근의 온도에서 소결체가 응력을 받으면 결정립계 상이 연화되어 크리프 변형속도가 급격히 증가하게 되기 때문이다. 저융점 유리상 형성 첨가제를 이용하여 제조한 UO2 핵연료 소결체는 원자로에서 연소되는 동안에 소결체와 피복관이 서로 접촉하면서 발생하는 피복관의 파손을 방지 할 수 있어서 고연소도에서 핵연료의 안전성을 높일 수 있다. 또 이중냉각 핵연료에서 외부 피복관과 소결체가 접촉된 이후에 내부 피복관 쪽으로 소결체가 변형되기 용이하므로 열유속 불균형(heat flux imbalance) 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. |
