KR0123791B1 - 허용가능한 금속 연료/피복 장벽 및 그러한 장벽 설치 방법 - Google Patents

Abstract

금속 합금 핵분열 연료 요소(10)의 연료 몸체(12)와 피복(14) 사이의 중간공간(16)에 삽입될 수 있는 튜브(18)을 형성하도록 다층 권취 금속 박막이 레이저가 용접된다. 권취 박막은 가용접 지점(20)에서 3개 이상의 박막 층들을 갖는다. 레이저 용접 침투는 박막 용접부가 2개 이상의 박막층들의 두께로 유지되지만 모든 층들을 침투하지 않도록 조정된다. 용접부가 파괴된 후, 연료가 확장됨에 따라, 중첩 층들이 미끄러지고 다층 박막이 풀려짐으로써, 연료 또는 블랭킷 합금과 피복 사이에 연속적으로 파괴되지 않은 장벽을 제공하여, 용점도 파괴로 인한 장벽내의 결함부(22)들을 가려주게 된다.

Description

허용가능한 금속 연료/피복 장벽 및 그러한 장벽 설치 방법

제1도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 핵 연료 요소의 횡단면도(치수가 일정한 비율로 측척되어 있지는 않음).

제2도는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 3층 연료/피복 장벽의 레이저 가용잡부(rack-welded portion)의 횡단면도.

제3도는 용접이 파괴된 후에 제2도의 3층 연료/피복 장벽의 이전에 가용접된 부분의 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 연료 요소 또는 편, 12 : 연료체,

14 : 튜브형 금속 용기 또는 연료 피복, 16 : 중간 공간,

18 : 다층 팽창가능한 몸체 또는 장벽, 20 : 박막 용접부,

20' : 융접 잔류부, 22 : 파괴된 용접 지역.

본 발명은 일반적으로 원자로에서 사용하기 위한 핵분열 연료 재료를 내장하는 연료 요소에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 스테인레스강 용기에 내장된 금속 형태의 핵분열 연료 및 금속 합금들을 내장하는 원자로 연료 요소의 개선에 관한 것이다.

통상의 금속 형태의 핵분열 핵연료는 단독 또는 합금으로 사용될 수 있는 우라늄, 플루토늄 및 토륨으로 이루어진다. 현재 이용되는 연료는 주로 금속 우라늄으로 이루어져 있다. 양호한 연료는 다량의 우라늄과 소량의 플루토늄의 합금조합, 예컨대, 금속 우라늄 60 내지 98중량%와 금속 플루토늄 2 내지 40중량%의 합금으로 이루어진다.

금속 형태의 핵분열 연료 재료는 원자로 분야에서 오랜 역사를 갖고 있지만, 중요한 결점들로 인해, 액체 금속 냉각제를 이용하는 소위, 중식(breeder)형 원자로에서 주로 사용되어 왔다. 금속 핵분열 재료를 연료로 사용할 때의 중요한 결점으로서는 그러한 재료의 비교적 낮은 용융 온도 및 그로인한 적당한 낮은 온도에서의 인장 강도와 같은 구조적 특성의 손실, 그리고 부식에 대한 민감성을 포함한 다른 요소와의 높은 정도의 반응성이 있다. 금속 형태의 우라늄(가장 많이 보급된 핵분열 연료 재료)은 단지 1132℃(2070°F)에서 용융되고, 우라늄과 플루토늄을 함유하는 합금화된 금속 연료는 본래 훨씬 더 낮은 용융 온도를 갖는다. 예컨대, U 88중량%-P 12중량% 합금은 약 610℃(1130°F)의 용융 온도를 갖는다.

한편, 금속 형태의 핵분열 연료는 아주 효율적임 열전달을 위한 우수한 열전도성과 단위 체적당 최대 농도의 핵분열 원자들을 제공한다. 따라서, 금속 연료에 의해 단위 체적당 더 많은 동력이 생산될 수 있고, 액채 냉각제에 열이 보다 효율적으로 전달될 수 있다. 예컨대, 몰리브덴, 니오브, 티타늄, 지르코늄, 바나듐 또는 크롬과 같은 소량의 합금 금속들이 금속 연료의 상 조직, 및 상 조직에 기여할 수 있는 성질들을 안정화하기 위해 사용되어 왔다. 예컨대, 아르곤네 국립 실험실(Argonne National Laboratory)의 1965년 연례진행 보고서(annual Progress Report), ANL-7155(1965),14 내지 25페이지에 게재된 알. 제이 던워쓰(R. J. Dunworth) 등의 논문 우라늄-플루토늄계 금속 합금의 성질(Properties of Uranium-Plutonium-Base Metallic Alloys)에는 우라늄-플루토늄 연료의 용융 온도를 상승시키기 위해 금속 연료를 지르코늄 또는 티타늄과 합금화하는 것을 개시하고 있다.

또한, 지르코늄은 연료에 높은 고상선 온도를 제공하고, 액체 금속 냉각 원자로의 시설을 위해 통상적으로 연료 용기 내에 사용되는 스테인레스강과의 화학적 적합성을 증진시키기 위해서도 그러한 금속 연료 내에 합금 원소로서 포하될 수 있다. 상업용 시설을 위해 채택되어온 양호한 금속 연료 힙금은 U 64중량%-Pu 26중량%-Zr 10중량%의 합금 조성을 갖고 있다. 그러한 합금은 약 1020℃(약 l868°F)의 용융점을 갖는다.

그러나, 금속 지르코늄과 같은 비연료 요소들과 통상의 핵분열 금속 연료를 합금화하는 기술에는 또 다른 문제점이 존재한다. 분명히, 강한 방사선 및 높은 온도의 고유한 원자로 상태로 인하여, 처음에는 합금성분들의 사실상 균일한 혼합물로 이루어진 금속 합금 연료들이 화화적으로 재분포되어 불균일한 혼합물로 됨이 밝혀졌다. 이러한 금속 합금 연료의 재분포 현상은 연료체 덩어리 전체에 걸쳐서 성질 및 균일성에 현저한 영향을 미친다.

지르코늄과 같은 합금 성분의 그러한 화학적 재분포의 한가지 중요한 양태는 연료체의 내부 또는 중앙 지역으로의 지르코늄의 내향 이동이다. 이는 내부 또는 중앙 지역의 고상선 온도의 증가를 수반하며, 그에따라 유닛의 외부 또는 외주지역의 고상선 온도의 감소를 수반한다. 따라서, 연료체의 외주 지역에서의 잔류합금의 용융 온도가 낮아지고, 저용융점 상 형성을 방지하기 위해 첨가된 티타늄의 의도한 효과가 감소되거나 소실된다. 연료체의 표면부의 낮은 용융 온도는 인접한 재료들과의 화학적 상호작용의 가능성을 증가시킨다.

지르코늄이 이동할 때, 잔류 합금 성분들이 저용융점 합금 또는 공정(eutectic) 조성물을 형성한다. 또한, 지르코늄이 존재하지 않을 때, 플루토늄 및 핵분열 생성된 세륨과 같은, 연료의 외주 지역에 남아있는 성분들이 저용융점 상들을 형성하게 되고, 이들 저용융점 상들은 연료 용기(이후 피복(cladding)이라 함)의 스테인레스강을 침식하거나 그것과 반응하게 되어, 피복의 완전성을 저하시킬 수 있다. 연료 성분들과 스테인레스강 피복 사이의 상호 작용은 두께 감소, 조성 변화 또는 그로 인한 투과성으로 인해 비교적 얇은 벽두께의 피복의 구조적인 강도를 저하시키게 된다.

1986년 9월의 턱손 회의(Tucson Conference)에서, 아르곤네 국립 실험실의 지.엘. 호르만 등에 의해 발표된 오스테나이트 및 페라이트 스테인레스 피복과 금속 연료의 화학적 상호 작용이란 제목의 논문은 연료 조성물의 성능을 저하시킬 수 있는 U-Pu-Zr로 이루어진 금속 연료와 페라이트 스테인레스강 연료 피복 사이의 상호확산 현상에 대해 논의하고 있다. 이러한 상호확산 현상은 스테인레스강내에 강도를 감소시키는 확산 영역이 형성되는 것, 스테인레스강 속으로 연료 성분들이 입자간 침입하는 것, 및 가동 온도보다 낮은 용융 온도를 갖는 공정 영역이 형성되는 것을 포함한다.

통상적으로, 전형적인 액체 금속 냉각 원자로들은 스테인레스강 피복, 양호하게는 상표명 HT9 또는 D9로 시판중인 스테인레스강 합금을 사용한다. 이들 스테인레스강 합금을 사용한다. 이들 스테인레스강 합금들의 전형적인 조성들이 표 1에 나타나있다.

[표 1]

U-Zr 또는 U-Pu-Zr 금속 합금 연료들과 HT9 및 D9 합금들과 같은 스테인레스강 피복 사이의 계면에서 저용융점 금속 합금들이 형성된다. 이들 저용융점 합금들은 고온에서의 과도기적인 원자로 가동 중에 피복 성능을 현저하게 저하시킬 수 있다.

피복 재료들은 U-Zr 또는 U-Pu-Zr 금속 합금 연료들과의 상호 작용에 대해 저항성을 갖도록 선택된다. 그럼에도 불구하고, 확산 쌍(diffusion couple) 연구 및 방사선 평가 결과, 피복 재료로의 플루토늄, 우라늄 및 핵분열 생성물들의 확산이, 연료와 피복의 계면에서 바람직한 고용융점 합금 조성을 유지하기에 충분한 지르코늄의 상응하는 확산없이, 발생하는 것으로 밝혀졌다.

방사선 연구 결과, HT9 피복과 U 71중량%-Pu 19중량%-Zr l0중량% 금속 합금 연료 사이의 접촉이 2.9원자% 연소시에 강 합금 내에 7 내지 10㎛ 깊이의 반응 영역을 형성하게 되고, 이러한 반응 영역에는 플루토늄 및 방사선 생성물 세슘이 풍부한 것으로 밝혀졌다. 플루토늄 및 세슘은 모두, 표 2에 표시한 바와같이 스테인레스강 합금 성분들과 저용융점 합금을 형성한다.

표 2

* 고용체 형성, Pu 및 U는 계 내에서 최적 용융점을 가짐.

원자로 가동시의 금속 합금 연료의 불균일한 용융 상태 및 그 잠재적인 영향은 1969년 11월에 발표된 아르곤내 국립 실험실의 ANL一7602의 ''실험용 증식로(EBR-11)내에서 45원자%의 연소시까지 방사된 U-Pu-Zr 연료 요소들의 방사후 검사''란 제목의 논문의 주제이다. 이 논문은 광범위한 변형(extensive deformation)과 같은, 핵분열 중에 금속 합금 연료 내에서 발생하는 광범위한 물리적 변화에 대해서 부가적으로 논의하고 있다. 그러한 변형은 열적 효과 및 핵분열 생성된 기체들의 내부 생성으로 인해 약 30체적%까지 팽창 또는 확장하는 것을 포함한다.

피복 파괴의 가능성은, 1980년 6월에, 아르곤네 국립 실험실의 트랜스, 앤스.(Trans. Ans.) 34권, 210 및 211 페이지에 게재된 비.알.사이델(B.R.Seidel)의 방사후 가열중의 금속 연료 피복의 공정 형성이란 제목의 논문에서 논의되었다.

원자로의 금속 합금 핵분열 연료와 연료의 스테인레스강 피복 사이의 상호작용을 방지하는 방법이 본출원의 한국 출원인에 양도된 미합중국 특허 제4,971,753호에 개시되어 있다. 그 가르침에 따르면 스테인레스강 피복 내에 내장된 합금화된 금속 우라늄 연료체를 갖는 연료 요소에는 금속 연료의 용융 온도를 상승시키는 소비가능한 합금 형성 금속 공급원이 제공된다. 상술하면, 합금화된, 금속우라늄 연료체와 스테인레스강 피복 사이에 지르코늄 장벽이 위치된다. 이러한 장벽은 지르코늄의 이용가능성을 높여서 연료/피복계면에 형성된 합금의 용융점을 상승시킴으로써, 방사선으로 인한 저용융점 합금의 해로운 효과로부터 스테인레스강 피복을 보호하는 역할을 한다.

미합중국 특허 제4,971,753호는 지르코늄 장벽이 연료체의 외주면 상에 또는 피복의 내주면 상에 형성된 지르코늄 층의 형태로, 또는 연료체와 피복 중간의 공간 내에 삽입된 지르코늄의 중공 원통 형태, 예컨대, 권취된 금속 지르코늄 박판 또는 강성의 관형 부재 형태로 연료 요소 내에서 설치될 수 있음을 기술하고 있다.

게면 합금 온도를 허용가능한 정도까지 상승시키는 데 필요한 금속 연료와 스테인레스강 피복 사이의 장벽 재료의 양은 0.0508 내지 0.1016㎜(0.002 sowl 0.004인치)이다. 얇은 고집적 장벽 재료를 제공하는 전통적인 기술은 비용뿐만 아니라 제작 및 검사상의 어려움으로 인해 채택하기 어렵다.

금속 연료와 피복 사이에 박벽(thin-wall) 튜브를 위치시킴으로써 필요한 장벽을 제공할 수 있다. 0.0508 내지 0.1016㎜(0.002 내지 0.004인치)벽 두께의 튜브는 제작하기가 어려울 뿐만 아니라 비용이 많이 든다. 연료 또는 블랭킷(blanket) 합금과 피복의 접촉을 위한 통로를 제공하게 되는 어떤 결합부들이 튜브벽내에 존재하지 않음을 보증하기 위한 검사 역시 비용이 많이 든다. 튜브 접근책과 관련된 또 다른 문제점은 방사중의 연료 팽창뿐만 아니라 튜브 벽의 파괴 가능성이다.

피복의 내측에 장벽 재료를 부착하기 위해 화학 증착 기술이 이용될 수 있다. 그러나, 이 경우, 담체(carrier) 기체가 불소인데, 이것은 스테인레스강에 응력부식을 야기시킬 수 있다. 결과적으로, 모든 할로겐 원소들은 원자로에서 사용하기 위한 스테인레스강을 제조하는 방법으로부터 배제된다. 장벽 재료가 스테인레스강 피복에 접착되는 열간 평평 프레싱 접근책은 접착 사이클이 방사선 효과를 견디는데 필요한 피복의 특정 열처리 또는 가공 경화를 변경시킬 수 있기 때문에 부적당하다. 피복의 내부면에 장벽 재료를 부착시키기 위해 스퍼터링 기술이 사용될 수 있지만, 피복의 작은 직경 및 긴 길이가 이러한 접근책의 사용을 심하게 제한한다. 피복의 내측에 장벽 재료를 인가하기 위한 모든 부착, 접착 또는 스퍼터링 기술은 비교적 비용이 많이 들고, 장벽 군일성이 검증이 어렵다.

본 발명은 스테인레스강 피복과 금속 연료 및 블랭킷 합금 사이에 장벽을 설치하기 위한 간단하고 비용면에서 유리한 방법을 제공함으로써 미합중국 특허 제4,971,753호의 가르침을 개선하고 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 다층 권취된 금속 박막의 레이저 가용접되어, 무방사능(non-radioactive)조립 공정 중에 연료와 피복 사이의 중간 공간에 삽입될 수 있는 튜브를 형성한다. 레이저 용접의 침투량은, 박막 용접부가 최소 두개의 박막 층들로 된 장벽 내의 박막의 층수보다 하나이상 적은 층들을 융착하도록 조정된다. 이러한 용접부는 방사 중에 연료 또는 블랭킷 합금의 팽창에 따라 파괴되도록 설계된다. 용접부가 파괴된 후에, 연료가 팽창함에 따라 중첩층들이 미끌어지고 다층 박막들이 풀어지게 되어, 연료 또는 블랭킷 합금과 피복 사이에 연속적이고 파괴되지 않은 장벽을 형성하게 되고, 이것이 용접 또는 용접부 파괴로 인한 장벽내의 결함들을 가려주게 된다. 또한, 복수개의 박막 장벽의 각 층들의 미끄러짐 역시 박막 내의 어떤 검출되지 않은 제작상의 결함을 가려주게 된다.

이제, 본 발명의 양호한 실시예을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도를 참조하면, 연료 요소 또는 핀(10)은 금속 또는 금속 합금 형태의 핵분열 재료를 내장하는, 종종핀 또는 슬러그라 칭하는 막대와 같은 길다란 연료체(12)를 구비한다. 연료체(또는 여러개의 정렬된 연료체들)(12)는 종종 연료 피복(fuel cladding)이라 칭하는 밀봉된 튜브형 금속 용기(14)내에 내장된다. 피복(14)은 연료 요소(10)의 외부면 상으로 유동하여 그로부터 열을 전달받는 냉각제로부터 연료제(12)를 격리시킴으로써, 연료가 냉각제와 반응하거나 냉각제로부터 오염되는 것을 방지한다. 또한, 피복은 핵분열 생성물들을 밀봉하여, 그들의 냉각제 속으로 탈출하지 못하게 한다.

연료체(12)는 주로 내부에서 발생되는 핵분열 생성 기체들로 인한 약 25 내지 30체적%의 반경 방향 팽창을 위한 형태학적 치수로 설계된다. 따라서, 처음에 형성된 금속 연료 유닛들은 연료 피복(14)의 내부 횡단면적보다 사실상 더 작은 횡단면적을 갖는다. 그 결과, 연료체(12)의 외부면과 연료 피복(14)의 내부면 사이에 중간 공간(16)이 형성된다. 이러한 초기 중간 공간(16)은 가동중에 생성되는 기체로 인한 연료체(12)의 팽창을 수용하고, 그에 따라 한정된 팽창하는 연료체의 내부 압력으로 인해 발생하게 되는 물리적 응력및 가능한 파괴로부터 연료 피복을 보호하도록 설계된다.

연료 요소(10)의 중간 공간(16)은, 통상의 원자로 가동 온도에서 용융되고 팽창함에 따라 연료에 의해 이동되는 고체 형태의 나트륨, 칼륨, 리튬 또는 그들의 합금들과 같은 액체 금속 결합 재료로 연료 제작 공정중에 우선 채워진다. 이러한 결합 재료는 연료가 팽창하여 중간 공간을 채우는 동안 연료 외측으로부터 피복으로의 열 전달을 증진시킨다.

액체 금속 냉각식 원자로에서 사용하기 위한 전형적인 연료 요소의 연료체들은 대략 4.826min(0.19인치)의 직경을 갖는 원통형 몸체들이다. 그러한 연료 피복을 에워싸는 스테인레스강 피복은 약 20mil의 막두께와 약 6.604㎜(0.26인치)의 외경을 갖는다.

본 발명에 따른 장벽은 연료 유닛과 연료 피복 사이에 위치한 소비가능한 합금 금속으로 된 다층 팽창가능한 몸체(18)이단, 결과적으로, 금속 합금 연료는 피복의 스테인레스강이 아나라 장벽 재료와 상호작용이다. 장벽은, 지르코늄, 티타늄, 니오브, 몰리브덴, 바나듐, 크롬 등과 가이, 금슥 연료의 용융 온도를 증가시키는 성질을 갖는 어떤 합금 금속으로 이루어질 수 있다. 지르코늄은 본 발명의 실시를 위해 양호한 합금 금속이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 장벽(18)은 지르코늄 또는 기능상 등가인 금속으로 된 다층 권취 박막이다. 제2도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 금속 박막은 다층 튜브의 형태로 권취된 다음에, 박막을 권취된 상태로 보유하기 위해 레이저 가용접된다. 레이지 용접 침투량은 박막 용접부(20)가 둘 이상의 최외곽층들만을 융착시키도록 조정된다. 용접 지점에서, 권취 박막은 레이저 용접에 의해 침투된 박막 층들의 수보다 하나 이상 더 많은 층을 구비해야 한다.

용접부는 방사중에 연료 또는 블랭킷 합금의 팽창에 따라 파괴되도록 설계된다. 최외곽층과 하나 이상의 중간층들을 함께 결합하고 있는 융착된 재료는 상기 박막의 재료가 파열되는 응력 수준보다 작은 응력 수준에서 파괴된다. 용접부가 파괴된 후, 제3도에 도시된 것처림, 중첩 층들은 미끌어지고, 다층 박막은 풀어진다. 도시 목적상, 제3도는 중간층 상에 아직 융착된 용접 잔류물(20')에 대해 원주 방향으로 이동한 최외곽층의 파괴된 용접 지역(22)을 도시하고 있다.(파괴된 용접 지역과 용접 잔류물의 위치가 반대로 될 수 있음을 자명한다.)만일 가용접부에서 장벽이 단지 두개의 층으로 이루어져 있다면, 두 박막 층들의 상대적인 이동은, 파괴된 용접 지역(22)이 제2층의 에지를 지난 경우에, 파괴된 용접 지역(22)을 통한 방사의 직접적인 시선(line of sight)을 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 연료체(12)로부터 피복(14)으로의 시선을 따라 두개 이상의 박막층의 장벽이 존재하도록 보장하기 위해 제3의 박막층이 제공된다. 따라서, 박막의 풀어짐을 검출되지 않은 작은 제조상의 결합 또는 용접 실패들로부터 야기되는 각각의 박막층들의 결함들을 가려주게 되어, 금속 연료 및 블랭킷 합금들과 관련된 팽창을 수용하는 장벽을 제공하게 된다.

초기 단계에서, 튜브른 박막을 2½바퀴 이상 권취한 다음에 가용접함으로써 형성된다. 0.0508㎜(0.002인치) 두께의 지르코늄 박막 조각들로 레이저 용접을 진행하는 것이, 용접부가 최내곽층에 영향을 주지 않고 적층부의 외부 박막 층들로 침투하도록, 용접 동력을 조정할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 피복과 장벽의 기하학적 배열은, 박막 이동이 용접 지점에 처음 제공된 것보다 하나 적은 박막 층으로 용접 결합들을 가리도록 보장하기 위해 다음 관계식,

(C-2T-B)π +3SL

을 만족해야 하고, 상기 식에서, C는 피복 직경이고; T는 피복 두께이고; B는 장벽 직경이고; S는 가용접부 직경이고; L은 용접 지역을 지나 존재하는 내측박막 겹침수이다. 이 식에 따르면 풀린 또는 미끄러진 박막 장벽의 파괴된 용접지역들이 피복과 연료 또는 블랭킷 합금 사이에 직접적인 시선을 제공하지 않도록 내측 박막층의 용접 지역과 충분히 겹쳐지도록 보장한다.

제1도에 도시한 양호한 실시예는 설명을 위해서만 개시한 것이다. 본 발명이 가용접 지점에서 단지 세개의 박막층들만을 갖는 권취된 박막 장벽에 한정되지 않음을 쉽게 이해할 수 있다. 만일 두개 이상 그러나 박막층 모두보다는 적은 박막층이 최외곽측으로부터의 가용접에 의해 함께 융착된다면, 장벽은 가용접 지점에서 3개 이상의 박막층을 가질 수 있다.

Claims (6)

1. 밀봉된 길다란 피복(14)내에 내장된 금속 합금 핵분열 연료로 된 길다란 연료체(12)를 구비하고, 상기연료체가 상기 피복의 내부 공간의 횡단면적보다 작은 횡단면적을 가짐으로써 상기 연료체와 상기 피복 사이에 중간 공간(16)을 제공하고, 상기 연료체를 원주방향으로 에워싸도록 상기 중간 공간 내에 배치된 재료의 장벽(18)을 구비하는 원자로용 연료 요소에 있어서, 상기 장벽은 가용접에 의해 튜브형 형상으로 보유된 다충 권취 박막으로 이루어지고, 상기 권취 박막은 가용접 지점에서 3개 이상의 층들을 갖고, 상기 층들중 2개 이상 그러나 상기 층 모두보다는 적은 층이 최외곽측으로부터의 상기 가용접에 의해 함께 융착되고, 상기 2개 이상의 최외곽 층들을 함께 결합하고 있는 상기 융착된 재료는 상기 박막의 재료가 파괴되는 응력 수준보다 작은 상기 연료체의 팽창으로 인한 응력 수준에서 파괴되는 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 요소.
2. 제1항에 있어서, 상기 박막은 금속 또는 금속 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 윈자로용 연료요소.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속은 지르코늄, 티타늄, 니오브, 바나듐, 크롬 및 몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 요소.
4. 제2항에 있어서, 상기 연료는 금속 우라늄 및 플루토늄, 그리고 이들의 지르코늄, 티타늄, 니오브, 바나듐, 크롬 및 몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소들과의 합금으로 이루어지고, 상기 피복은 스테인레스강으로 이루어지고, 상기 금속은 지르코늄, 티타늄, 니오브, 바나듐, 크롬 및 몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 요소.
5. 제1항에 있어서, 상기 피복과 상기 장벽의 기하학적 배열은 관계식,

   (C-2T-B)π +3SL

   을 만족해야 하고, 상기 식에서, C는 피복 직경이고; T는 피복 두께이고; B는 장벽 직경이고; S는 가용접부 직경이고; L은 용접 지역을 지나 존재하는 내측박막 겹침수인 것을 특징으로 하는 원자로용 연료 요소.
6. 길다란 연료체를 갖는 연료 요소 내에 장벽을 설치하는 방법에 있어서, 다층 튜브형 형상으로 박막을 권취하는 단계와; 상기 튜브형 형상으로 상기 박막을 보유하기 위해 가용접하는 단계와; 상기 연료체를 원주 방향으로 에워싸도록 상기 연료 요소의 중간 공간 내에 상기 다층 권취 박막을 설치하는 단계를 구비하고, 상기 권취 박막은 가용점 지점에서 3개 이상의 층들을 갖고, 상기 층들 중 2개 이상 그러나 상기 층 모두보다는 적은 층이 최외곽측으로부터의 상기 가용접에 의해 함께 융착되고, 상기 2개 이상의 최외곽 층들을 함께 결합하고 있는 상기 융착된 재료는 상기 박막의 재료가 파괴되는 응력 수준보다 작은 상기 연료체의 팽창으로 인한 응력 수준에서 파괴되는 것을 특징으로 하는 연료 요소 내에 장벽을 설치하는 방법.