KR100354544B1 - Method of fabricating nuclear fuel compacts composed of UO2, Gd2O3 and Er2O3 powders and its apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화우라늄, 가돌리니움 산화물 및 어비움 산화물 분말로 구성된 핵연료 성형체의 제조방법과 그 장치에 관한 것으로, 그 목적은 가돌리니움 함유 가연성 흡수물질과 어비움 함유 가연성 흡수물질을 내심과 환형 외곽으로 분리예비성형한 후 합체·성형하여, 내심의 직경변화에 따라 핵연료 집합체의 반응도를 미세하고 다양하게 조절할 수 있는 이산화우라늄, 가돌리니움 산화물 및 어비움 산화물 분말로 구성된 핵연료 성형체의 제조방법과 그 장치를 제공하는 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for producing a nuclear fuel compact composed of uranium dioxide, gadolinium oxide, and aluminium oxide powder, and an object thereof is to provide a gadolinium-containing flammable absorbent material and an ammonia-containing flammable absorbent material inwardly and annularly. Method of manufacturing a fuel molded body composed of uranium dioxide, gadolinium oxide, and aviium oxide powder, which can be preliminarily preformed outside, coalesced and molded, and can finely and variously control the reactivity of the fuel assembly according to the diameter change of the inner core. To provide the device.
본 발명은 성형틀에 수직방향으로 형성된 원형의 관통구멍 내로 핵연료분말을 장입하고, 상기 성형틀 관통구멍내로 펀치를 삽입/압축하여 핵연료분말 성형체를 제조하는 방법에 있어서; 상기 성형틀의 관통구멍 내로 관통구멍과 동일한 외경을 구비하고 중앙에 원형의 관통홀을 구비하는 관형상의 제 2 하부 펀치를 아래서 위로 삽입하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치의 관통홀 내로 관통홀의 내경과 동일한 직경을 갖는 봉형상의 제 3 하부 펀치를 아래서 위로 삽입 관통하여 제 3 하부펀치의 상단이 제 2 하부 펀치 상단보다 높게 위치하도록 하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치의 상단 위로 제 3 하부 펀치와 성형틀 관통구멍 사이에 형성된 환형 공간부로 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 장입하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치와 동일한 형상을 구비하는 제 2 상부 펀치를, 성형틀 관통구멍과 제 3 하부펀치 사이의 환형 공간에 위치하는 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말 위로 삽입하는 단계; 상기 제 2 상/하부 펀치에 압력을 가하여 공간부 내에 위치하는 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 압축하여 외곽용 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 제 3 하부 펀치의 상단에 의해 하부가 밀폐되어 있는 제 2 상부펀치의 관통홀 내로 이산화우리늄-가돌리니움 산화물 혼합분말을 장입하는 단계; 상기 제 3 하부 펀치와 동일한 형상을 구비하는 제 3 상부펀치를 제 2 상부 펀치의 관통홀 내로 위에서 아래로 삽입하여 이산화우리늄-가돌리니움 산화물 혼합분말 상부에 위치시키는 단계; 상기 제 3 상/하부 펀치에 압력을 가하여 이산화우라늄-가돌리니움 산화물 혼합분말을 압축하여 내심용 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 성형된 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체가 성형틀의 관통구멍내 동일 높이에서 합체되도록 제 2 상/하부 펀치의 관통홀을 따라 제 3 상/하부 펀치를 이동하여 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체를 합체시키는 단계; 상기 성형틀의 관통구멍 내에서 제 2,3 상부 펀치 및 제 2,3 하부펀치를 제거하고, 성형틀의 관통구멍과 동일형상 및 직경을 구비하는 봉형상의 제 1 상/하부 펀치를 성형틀의 관통구멍 상부와 하부로 각각 삽입하여 합체된 예비성형체의 상/하부에 위치시키는 단계; 상기 제 1 상/하부 펀치에 압력을 가하여 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체가 합체된 성형체를 압축하는 단계를 통해 환형 외곽과 원통형 내심을 순차적으로 성형한 후, 외곽과 내심을 합체/성형하는 핵연료 성형체의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a nuclear fuel powder compact by charging a nuclear fuel powder into a circular through hole formed in a direction perpendicular to the mold, and inserting / compressing a punch into the mold through hole. Inserting a second tubular lower punch up and down into the through hole of the mold having the same outer diameter as the through hole and having a circular through hole in the center thereof; Inserting a rod-shaped third lower punch having a diameter equal to an inner diameter of the through hole into the through hole of the second lower punch upwards from below, such that an upper end of the third lower punch is positioned higher than an upper end of the second lower punch; Charging urinium dioxide-aluminum oxide mixed powder or uranium dioxide powder into an annular space formed between the third lower punch and the forming mold through-hole over the top of the second lower punch; Inserting a second upper punch having the same shape as the second lower punch onto the urinium dioxide-abysium oxide mixed powder or uranium dioxide powder located in the annular space between the forming die through hole and the third lower punch; ; Pressing the second upper / lower punch to compress the urinium dioxide-aluminum oxide mixed powder or uranium dioxide powder located in the space to form an outer preform; Charging urinium dioxide-gadolinium oxide mixed powder into a through hole of a second upper punch whose lower part is closed by an upper end of the third lower punch; Inserting a third upper punch having the same shape as the third lower punch from the top into the through hole of the second upper punch and positioned above the urinium dioxide-gadolinium oxide mixed powder; Pressing the third upper / lower punch to compress the uranium dioxide-gadolinium oxide mixed powder to form a preform for inner core; The outer preform and the inner core are moved by moving the third upper / lower punch along the through hole of the second upper / lower punch so that the molded outer preform and the inner preform are merged at the same height in the through hole of the mold. Incorporating the preform; The second and third upper punches and the second and third lower punches are removed in the through holes of the mold, and the rod-shaped first upper and lower punches having the same shape and diameter as the through holes of the mold are removed from the mold. Inserting the upper and lower portions of the through hole into upper and lower portions of the coalesced preform; Compressing the molded body in which the outer preform and the inner core preform are coalesced by applying pressure to the first upper / lower punch, and subsequently forming the annular outer and cylindrical inner cores, and then merging / molding the outer and inner cores. The present invention provides a method for producing a nuclear fuel compact.
Description
본 발명은 이산화우라늄, 가돌리니움 산화물 및 어비움 산화물 분말로 구성된 핵연료 성형체의 제조방법과 그 장치에 관한 것으로, 핵연료를 내심과 환형 외곽으로 분리 예비성형하고, 상기 환형 외곽내에 내심이 위치하도록 내심과 환형 외곽을 합체·압축하는 이산화우라늄, 가돌리니움 산화물 및 어비움 산화물 분말로 구성된 핵연료 성형체의 제조방법과 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and a device for producing a nuclear fuel molded body consisting of uranium dioxide, gadolinium oxide and aviium oxide powder, and to pre-separating the nuclear fuel into the inner core and the annular outer shell, the inner core is located within the annular outer shell The present invention relates to a method for manufacturing a nuclear fuel compact composed of uranium dioxide, gadolinium oxide, and aviium oxide powder in which a ring-shaped outer ring is coalesced and compressed.
핵연료로서 가장 널리 사용되고 있는 이산화 우라늄 (UO2) 소결체 (pellet) 안에는 U235가 1∼ 5 중량% 가 들어있고, 원자로에서 사용 중에 U235가 중성자에 의해서 붕괴하면서 핵분열 에너지를 발생한다. 원자로 안에는 UO2소결체 외에도 가돌리니움(gadolinium) 또는 어비움(erbium)과 같은 중성자 흡수물질과 UO2를 함께 함유한 가연성 흡수 소결체가 중성자 조절용으로 사용되고 있다. 이러한 가연성 흡수 소결체는 통상적으로 (U,Gd)O2또는 (U,Er)O2로 표시되며, UO2격자구조에 Gd 또는 Er이 고용된 상태이다. 상기 (U,Gd)O2또는 (U,Er)O2소결체의 제조방법은 다음과 같다.Uranium dioxide the most widely used as a nuclear fuel (UO 2) inside the sintered body (pellet) is U 235, and g is 1-5% by weight, and the U 235 during use in a nuclear reactor generate a nuclear fission energy and decay by neutron. In addition to the UO 2 sintered bodies, combustible absorbent sintered bodies containing UO 2 and neutron absorbents such as gadolinium or erbium are used for neutron control. Such a flammable absorbent sintered compact is usually represented by (U, Gd) O 2 or (U, Er) O 2 , and Gd or Er is in a solid solution in the UO 2 lattice structure. The manufacturing method of the (U, Gd) O 2 or (U, Er) O 2 sintered body is as follows.
UO2분말을 Gd2O3분말 또는 Er2O3분말과 함께 혼합하여 분쇄하며, 이 때 Gd2O3의 함량은 약 15 중량% 이내 Er2O3의 함량은 2 중량% 이내에서 사용된다. 이 분쇄분말로부터 과립을 만들고, 과립을 압축 성형하여 성형체(compact)를 만들며, 이 성형체를 수소 기체 분위기 또는 수소와 수증기의 혼합기체 분위기에서 가열하여 1600℃ ∼ 1800℃ 온도로 2∼4 시간 동안 유지함으로써 소결한다. 성형체의 밀도는 이론밀도의 약 50∼70 % 이고, 소결체의 밀도는 이론밀도의 약 95 % 이다.UO 2 powder is mixed with Gd 2 O 3 powder or Er 2 O 3 powder and pulverized. At this time, the content of Gd 2 O 3 is within about 15% by weight and the content of Er 2 O 3 is within 2% by weight. . Granules are made from the pulverized powder, and the granules are compacted to make a compact, which is heated in a hydrogen gas atmosphere or a mixed gas atmosphere of hydrogen and water vapor and maintained at 1600 ° C to 1800 ° C for 2 to 4 hours. By sintering. The density of the molded body is about 50 to 70% of the theoretical density, and the density of the sintered body is about 95% of the theoretical density.
UO2-Gd2O3혼합 성형체는 통상적으로 도 6에 예시한 성형틀(1)과 상부 및 하부 펀치(punch)를 사용하여 제조한다. 관통 구멍이 있는 성형틀(1)에 하부 펀치(2)를 끼우고 핵연료 분말 또는 과립(3)을 장입한 후 상부 펀치(4)를 끼우고, 상부 및 하부 펀치를 이동함으로써 분말을 압축하여 원주형 성형체를 제조한다. 이렇게 제조한 성형체는 UO2와 Gd2O3의 함량이 전체에 걸쳐서 균일하게 된다. 상기 성형체를사용하여 제조하는 (U,Gd)O2소결체도 따라서 전체적으로 균일한 Gd 농도를 갖게 된다.The UO 2 -Gd 2 O 3 mixed molded body is usually produced using the mold 1 illustrated in FIG. 6 and upper and lower punches. Insert the lower punch (2) into the mold (1) with a through hole, load the fuel powder or granules (3), then insert the upper punch (4), compress the powder by moving the upper and lower punches A molded article is produced. The molded article thus produced has a uniform content of UO 2 and Gd 2 O 3 throughout. The (U, Gd) O 2 sintered body produced using the molded body thus also has a uniform Gd concentration as a whole.
그러나 상기와 같이 구성된 핵연료 집합체의 반응도를 조절하기 위해서는 2개의 변수 즉, 가연성 흡수봉의 개수와 가연성 흡수물질의 농도만을 변화시켜 핵연료 집합체의 반응도를 제어해야 하므로 제어를 최적화하는데 한계가 있었다. 즉, 일정농도의 가연성 흡수물질로 가연성 흡수봉의 개수를 증가시키면 핵연료의 연소가 진행되면서 출력첨두가 발생하고, 일정갯수의 가연성 흡수봉에서 가연성 흡수물질의 농도를 높이면 주기초의 반응도를 제어하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 가돌리니움 함유 가연성 흡수물질 핵연료는 빠르게 연소하므로, 장주기에서 반응도 제어가 어렵고, 어비움 함유 가연성 흡수물질 핵연료에서는 어비움의 농도를 낮게 유지해야 하므로 아주 많은 흡수봉을 핵연료 집합체에 장전해야 하는 문제점이 있었다.However, in order to control the reactivity of the fuel assembly configured as described above, there are limitations in optimizing the control because it is necessary to control the reactivity of the fuel assembly by changing only two variables, namely, the number of flammable absorbent rods and the concentration of the flammable absorbent material. In other words, increasing the number of flammable absorbent rods with a certain concentration of flammable absorbent material causes output peaks as the combustion of nuclear fuel proceeds, and increasing the concentration of flammable absorbent substances in a certain number of flammable absorbent rods does not control the reactivity of the cycle candles. There was a problem. In addition, since gadolinium-containing flammable absorbent nuclear fuel burns rapidly, it is difficult to control the reactivity in the long cycle, and in the abysium-containing flammable absorbent nuclear fuel, it is necessary to keep the concentration of ammonia low, so that a large number of absorbent rods need to be loaded in the fuel assembly. There was this.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 가돌리니움 함유 가연성 흡수물질과 어비움 함유 가연성 흡수물질을 내심과 환형 외곽으로 분리 예비성형한 후 합체·성형하여, 내심의 직경변화에 따라 핵연료 집합체의 반응도를 미세하고 다양하게 조절할 수 있는 이산화우라늄, 가돌리니움 산화물 및 어비움 산화물 분말로 구성된 핵연료 성형체의 제조방법과 그 장치를 제공하는것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to separate and preform the gadolinium-containing combustible absorbent material and the ammonia-containing combustible absorbent material into the inner core and the annular outer shell, and then coalesce and mold the inner core to change the diameter According to the present invention, there is provided a method and apparatus for manufacturing a fuel molded body composed of uranium dioxide, gadolinium oxide, and aviium oxide powder, which can finely and variously control the reactivity of the fuel assembly.
본 발명은 성형틀에 수직방향으로 형성된 원형의 관통구멍 내로 핵연료분말을 장입하고, 상기 성형틀 관통구멍내로 펀치를 삽입/압축하여 핵연료분말 성형체를 제조하는 방법에 있어서; 상기 성형틀의 관통구멍 내로 관통구멍과 동일한 외경을 구비하고 중앙에 원형의 관통홀을 구비하는 관형상의 제 2 하부 펀치를 아래서 위로 삽입하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치의 관통홀 내로 관통홀의 내경과 동일한 직경을 갖는 봉형상의 제 3 하부 펀치를 아래서 위로 삽입 관통하여 제 3 하부펀치의 상단이 제 2 하부 펀치 상단보다 높게 위치하도록 하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치의 상단 위로 제 3 하부 펀치와 성형틀 관통구멍 사이에 형성된 환형 공간부로 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 장입하는 단계; 상기 제 2 하부 펀치와 동일한 형상을 구비하는 제 2 상부 펀치를, 성형틀 관통구멍과 제 3 하부펀치 사이의 환형 공간에 위치하는 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말 위로 삽입하는 단계; 상기 제 2 상/하부 펀치에 압력을 가하여 공간부 내에 위치하는 이산화우리늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 압축하여 외곽용 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 제 3 하부 펀치의 상단에 의해 하부가 밀폐되어 있는 제 2 상부펀치의 관통홀 내로 이산화우리늄-가돌리니움 산화물 혼합분말을 장입하는 단계; 상기 제 3 하부 펀치와 동일한 형상을 구비하는 제 3 상부펀치를 제 2 상부 펀치의 관통홀 내로 위에서 아래로 삽입하여 이산화우리늄-가돌리니움 산화물 혼합분말 상부에 위치시키는 단계; 상기 제 3 상/하부 펀치에 압력을 가하여 이산화우라늄-가돌리니움 산화물 혼합분말을 압축하여 내심용 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 성형된 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체가 성형틀의 관통구멍내 동일 높이에서 합체되도록 제 2 상/하부 펀치의 관통홀을 따라 제 3 상/하부 펀치를 이동하여 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체를 합체시키는 단계; 상기 성형틀의 관통구멍 내에서 제 2,3 상부 펀치 및 제 2,3 하부펀치를 제거하고, 성형틀의 관통구멍과 동일형상 및 직경을 구비하는 봉형상의 제 1 상/하부 펀치를 성형틀의 관통구멍 상부와 하부로 각각 삽입하여 합체된 예비성형체의 상/하부에 위치시키는 단계; 상기 제 1 상/하부 펀치에 압력을 가하여 외곽용 예비성형체와 내심용 예비성형체가 합체된 성형체를 압축하는 단계를 통해 환형 외곽과 원통형 내심을 순차적으로 성형한 후, 외곽과 내심을 합체/성형하는 핵연료 성형체의 제조방법을 제공함에 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a nuclear fuel powder compact by charging a nuclear fuel powder into a circular through hole formed in a direction perpendicular to the mold, and inserting / compressing a punch into the mold through hole. Inserting a second tubular lower punch up and down into the through hole of the mold having the same outer diameter as the through hole and having a circular through hole in the center thereof; Inserting a rod-shaped third lower punch having a diameter equal to an inner diameter of the through hole into the through hole of the second lower punch upwards from below, such that an upper end of the third lower punch is positioned higher than an upper end of the second lower punch; Charging urinium dioxide-aluminum oxide mixed powder or uranium dioxide powder into an annular space formed between the third lower punch and the forming mold through-hole over the top of the second lower punch; Inserting a second upper punch having the same shape as the second lower punch onto the urinium dioxide-abysium oxide mixed powder or uranium dioxide powder located in the annular space between the forming die through hole and the third lower punch; ; Pressing the second upper / lower punch to compress the urinium dioxide-aluminum oxide mixed powder or uranium dioxide powder located in the space to form an outer preform; Charging urinium dioxide-gadolinium oxide mixed powder into a through hole of a second upper punch whose lower part is closed by an upper end of the third lower punch; Inserting a third upper punch having the same shape as the third lower punch from the top into the through hole of the second upper punch and positioned above the urinium dioxide-gadolinium oxide mixed powder; Pressing the third upper / lower punch to compress the uranium dioxide-gadolinium oxide mixed powder to form a preform for inner core; The outer preform and the inner core are moved by moving the third upper / lower punch along the through hole of the second upper / lower punch so that the molded outer preform and the inner preform are merged at the same height in the through hole of the mold. Incorporating the preform; The second and third upper punches and the second and third lower punches are removed in the through holes of the mold, and the rod-shaped first upper and lower punches having the same shape and diameter as the through holes of the mold are removed from the mold. Inserting the upper and lower portions of the through hole into upper and lower portions of the coalesced preform; Compressing the molded body in which the outer preform and the inner core preform are coalesced by applying pressure to the first upper / lower punch, and subsequently forming the annular outer and cylindrical inner cores, and then merging / molding the outer and inner cores. The present invention provides a method for producing a nuclear fuel compact.
도 1 는 본 발명에서 제공하는 제조방법으로 제조한 환형 외곽과 원주형 내심을 갖는 성형체를 나타내는 개념도1 is a conceptual diagram showing a molded article having an annular outer periphery and a cylindrical inner core manufactured by the manufacturing method provided by the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 분말을 압축하여 외곽용 예비성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도Figure 2 is an exemplary view showing a step of manufacturing the outer preform by compressing the powder in the manufacturing method of the molded article according to the present invention
도 3 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 분말을 압축하여 내심용 예비성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도Figure 3 is an exemplary view showing a step of manufacturing a preform for the inner core by compressing the powder in the manufacturing method of the molded article according to the present invention
도 4 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 내심용 및 외곽용 예비성형체를 합체하는 단계를 나타내는 예시도Figure 4 is an exemplary view showing the step of coalescing the inner core and the outer preform in the manufacturing method of the molded article according to the present invention
도 5 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 합체된 예비성형체를 압축하여 성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도5 is an exemplary view showing a step of manufacturing a molded body by compressing the pre-molded pre-molded in the manufacturing method of the molded product according to the present invention
도 6 은 종래 핵연료 성형체의 제조방법을 나타내는 개략도6 is a schematic view showing a method of manufacturing a conventional fuel compact.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
(10) : 내심 (10`): 내심용 예비성형체(10): Inner Core (10`): Preform for Inner Core
(20) : 환형 외곽 (20`): 외곽용 예비성형체(20): annular outer (20`): outer preform
(30) : 성형틀 (31) : 관통구멍30: forming mold 31: through hole
(41) : 제 1 상부 펀치 (42) : 제 1 하부 펀치41: first upper punch 42: first lower punch
(51) : 제 2 상부 펀치 (52) : 제 2 하부 펀치51: second upper punch 52: second lower punch
(61) : 제 3 상부 펀치 (62) : 제 3 하부 펀치61: third upper punch 62: third lower punch
(100): 핵연료 성형체 (511,521): 관통홀(100): nuclear fuel molded body (511,521): through hole
도 1 은 본 발명에서 제공하는 제조방법으로 제조한 환형 외곽과 원주형 내심을 갖는 성형체를 나타내는 개념도를 도시한 것으로, 본 발명은 내심(10)과 상기 내심(10) 외측에 위치하는 환형외곽(20)으로 구성되어 있으며, 상기 내심(10)은 이산화 우라늄-가돌리니움 산화물 혼합분말로 성형하고, 환형외곽(20)은 이산화 우라늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말로 성형하도록 되어 있다.1 is a conceptual diagram showing a molded body having an annular outer periphery and a cylindrical inner core manufactured by the manufacturing method provided by the present invention, the present invention is an inner core 10 and an annular outer periphery located outside the inner core 10 ( 20), wherein the inner core 10 is formed of a uranium dioxide-gadolinium oxide mixed powder, and the annular outer portion 20 is formed of a uranium dioxide-adium oxide mixed powder or uranium dioxide powder.
본 발명은 관통구멍(31)을 구비하는 성형틀(30)과, 상기 성형틀(30)의 관통구멍(31)내경과 동일직경을 구비하는 제 1 상/하부 펀치(41,42)와, 상기 제 1 상/하부 펀치(41,42)와 동일 직경을 구비하고 내부에 관통홀(511,521)이 형성된 제 2 상/하부 펀치(51,52)와, 상기 제 2 상/하부 펀치(51,52)의 관통홀(511,521)내경과 동일직경을 구비하는 제 3 상/하부 펀치(61,62)를 이용하여 환형 외곽(20)과 내심(10)을 순차적으로 성형한 후, 환형 외곽(20)과 내심(10)을 합체·성형하도록 되어 있다.The present invention provides a molding die 30 having a through hole 31, first upper and lower punches 41 and 42 having the same diameter as the inner diameter of the through hole 31 of the forming die 30, Second upper and lower punches 51 and 52 having the same diameter as the first upper and lower punches 41 and 42 and having through holes 511 and 521 therein, and the second upper and lower punches 51 and 42; The annular outer periphery 20 and the inner core 10 are sequentially formed by using the third upper and lower punches 61 and 62 having the same diameter as the inner diameter of the through holes 511 and 521 of the through hole 511, 521, and then the annular outer periphery 20. ) And the inner core 10 are united and molded.
상기 성형틀(30)에 형성된 관통구멍(31)의 직경은 성형되는 성형체의 직경과 일치하며, 관 형상의 제 2 상/하부 펀치(51,52)의 관통홀(511,521) 내경은 성형체 내심(10)의 직경 및 환형 외곽(20)의 내경과 일치하게 된다.The diameter of the through hole 31 formed in the mold 30 corresponds to the diameter of the molded body to be molded, and the inner diameter of the through holes 511 and 521 of the tubular second upper / lower punches 51 and 52 is the inner diameter of the molded body. 10) and the inner diameter of the annular outline 20.
또한, 제 1 상/하부 펀치(41,42)와 제 2 상/하부 펀치(51,52)는 성형틀(30)의 관통구멍(31)에, 제 3 상/하부 펀치(61,62)는 제 2 상/하부 펀치(51,52)의 관통홀(511,521)에 밀착·삽입되도록 즉, 상기 성형틀의 관통구멍(31), 제 2 상/하부 펀치의 관통홀(511,521)내로 각각 밀착 삽입되는 제 1 상/하부 펀치(41,42)와 제 3 상하부 펀치(51,52)는 일정직경을 구비하는 봉형상으로 형성되어 있으며, 제 2 상/하부 펀치(51,52)는 관통홀(511,521)을 구비하는 관형상으로 형성되어 있다.In addition, the first upper / lower punches 41 and 42 and the second upper / lower punches 51 and 52 are formed in the through-holes 31 of the forming mold 30, and the third upper / lower punches 61 and 62 respectively. Is in close contact with and is inserted into the through holes 511 and 521 of the second upper and lower punches 51 and 52, that is, the through holes 31 and the through holes 511 and 521 of the second upper and lower punches respectively. The first upper and lower punches 41 and 42 to be inserted and the third upper and lower punches 51 and 52 are formed in a rod shape having a constant diameter, and the second upper and lower punches 51 and 52 are through holes. It is formed in a tubular shape having (511,521).
도 2 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 분말을 압축하여 외곽용 예비성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도를, 도 3 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 분말을 압축하여 내심용 예비성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 내심용 및 외곽용 예비성형체를 합체하는 단계를 나타내는 예시도를, 도 5 는 본 발명에 따른 성형체의 제조방법 중 합체된 예비성형체를 압축하여 성형체를 제조하는 단계를 나타내는 예시도를 도시한 것으로, 도 2 에 도시된 바와 같이 성형틀의 관통구멍(31)에 관 형상의 제 2 하부 펀치(52)를 삽입하고, 제 2 하부 펀치(52)의 관통홀(521)내로 제 3 하부 펀치(62)를 의 끝단이 제 2 하부 펀치(52)보다 높은 위치에 위치하도록 삽입하며, 상기 제 2, 3 하부 펀치(52,62)와 성형틀의 관통구멍(31) 사이에 이산화 우라늄-어비움 산화물의 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 장입한다. 이와 같이 제 2,3 하부 펀치(52,62)와 성형틀의 관통구멍(31) 사이에 이산화 우라늄-어비움 산화물의 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말이 장입되면, 성형틀의 관통구멍(31) 상부에서 하부방향으로 제 2 상부 펀치(51)를 삽입한다. 이때 상기 제 3 하부 펀치(62)의 끝단부는 제 2 하부 펀치(52)의 끝단보다 상부에 위치하도록 삽입되어 있으므로, 삽입되는 제 2 상부 펀치(51)의 관통홀(511)내로 제 3 하부 펀치(62)의 끝단이 삽입되게 된다.Figure 2 is an exemplary view showing the step of manufacturing the outer preform by compressing the powder in the manufacturing method of the molded article according to the present invention, Figure 3 is a preform for the inner core by compressing the powder in the manufacturing method of the molded article according to the present invention 4 is an exemplary view showing a step of manufacturing a, Figure 4 is an exemplary view showing a step of incorporating the inner core and the outer preform of the manufacturing method of the molded article according to the invention, Figure 5 is a manufacturing method of the molded article according to the present invention An exemplary view showing a step of manufacturing a molded body by compressing the polymerized preform is shown. As shown in FIG. 2, a tubular second lower punch 52 is inserted into the through-hole 31 of the molding die. The third lower punch 62 is inserted into the through hole 521 of the second lower punch 52 so that the end of the second lower punch 52 is positioned at a position higher than that of the second lower punch 52. Molding with 52,62 A mixture powder of uranium dioxide-aluminum oxide or uranium dioxide powder is charged between the through holes 31 of the mold. In this way, when a mixed powder of uranium dioxide-aluminum oxide or uranium dioxide powder is charged between the second and third lower punches 52 and 62 and the through hole 31 of the mold, the upper part of the through hole 31 of the mold is formed. Insert the second upper punch 51 in the downward direction. At this time, since the end portion of the third lower punch 62 is inserted to be positioned above the end of the second lower punch 52, the third lower punch into the through hole 511 of the second upper punch 51 to be inserted. The end of 62 is inserted.
이와 같이 성형틀의 관통구멍(31)내에 장입되어 있는 이산화 우라늄-어비움 산화물의 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말의 상/하부에 제 2 상/하부 펀치(51,52)가 삽입되면, 상기 제 2 상/하부 펀치(51,52)에 압력을 가하여 제 3 하부 펀치(62)와 성형틀의 관통구멍(31) 사이에 장입된 이산화 우라늄-어비움 산화물의 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말을 압축하여 외곽용 예비성형체(20`)를 성형한다.In this way, when the second upper / lower punches 51 and 52 are inserted into the upper and lower portions of the mixed powder of uranium dioxide-aluminum oxide or the uranium dioxide powder charged in the through-hole 31 of the mold, the second The upper and lower punches 51 and 52 are pressurized to compress and mix the uranium dioxide-aluminum oxide mixed powder or uranium dioxide powder charged between the third lower punch 62 and the through-hole 31 of the mold. The preform 20 'is molded.
이와 같이 외곽용 예비성형체(20`)가 성형되면, 도 3 과 같이 제 3 하부 펀치(62)의 끝단에 의해 하부가 폐쇄된 제 2 상부 펀치의 관통홀(511)내로 이산화우라늄-가돌리니움 산화물의 혼합분말을 장입하고, 제 2 상부 펀치의 관통홀(511)내 상부에서 하부방향으로 제 3 상부 펀치(61)를 삽입한 다음, 제 3 상/하부 펀치(61,62)를 압축하여 내심용 예비성형체(10`)를 성형한다.When the outer preform 20 ′ is formed in this manner, as shown in FIG. 3, the uranium dioxide-gadolinium into the through hole 511 of the second upper punch whose lower portion is closed by the end of the third lower punch 62. Charge the mixed powder of oxide, insert the third upper punch 61 from the upper to the lower direction in the through hole 511 of the second upper punch, and then compress the third upper / lower punches 61 and 62 to The inner core preform 10 'is molded.
이때, 상기 외곽용 예비성형체(20`)와 내심용 예비성형체(10`)는 동일한 길이 즉, 높이를 구비하도록 성형한다.At this time, the outer preform 20` and the inner preform 10` are molded to have the same length, that is, the height.
상기와 같이 외곽용 예비성형체(20`)와 내심용 예비성형체(10`)가 성형되면, 도 4 에 도시된 바와 같이 제 2 상/하부 펀치(51,52) 사이에 성형된 외곽용 예비성형체(20`)와 제 3 상/하부 펀치(61,62) 사이에 성형된 내심용 예비성형체(10`)가 동일 높이상에 위치하도록 제 3 상/하부 펀치(61,62)를 제 2 상/하부 펀치(51,52)의 관통홀(511,521)내에서 하부방향으로 이동한다. 즉, 외곽용 예비성형체(20`)와 내심용 예비성형체(10`)가 합체되도록 동일 높이를 유지한다.When the outer preform 20` and the inner core preform 10` are molded as described above, the outer preform molded between the second upper / lower punches 51 and 52 as shown in FIG. The third upper / lower punches 61, 62 are placed in the second phase such that the inner core preform 10 'formed between the 20' and the third upper / lower punches 61,62 is positioned at the same height. It moves downward in the through holes 511 and 521 of the lower punches 51 and 52. That is, the same height is maintained so that the outer preform 20 'and the inner preform 10' are united together.
이와 같이 외곽용 예비성형체(20`)와 내심용 예비성형체(10`)가 동일 높이상에서 합체되면, 도 5 에 도시된 바와 같이 성형틀의 관통구멍(31)내로 삽입된 제 2,3 상/하부 펀치(51,52,61,62)를 제거하고, 외곽용 예비성형체(20`)와 내심용 예비성형체(10`)가 합체되어 있는 성형틀의 관통구멍(31)내 상부와 하부로 제 1 상/하부 펀치(41,42)를 각각 삽입한 다음, 제 1 상/하부 펀치(41,42)를 압축하여 핵연료 성형체(100)를 성형한다.As such, when the outer preform 20 'and the inner preform 10' are merged at the same height, the second and third phases inserted into the through-holes 31 of the mold as shown in FIG. The lower punches 51, 52, 61, and 62 are removed, and the upper punches and the lower parts of the through-holes 31 of the mold are formed by combining the outer preform 20 'and the inner preform 10'. The first upper / lower punches 41 and 42 are respectively inserted, and the first upper / lower punches 41 and 42 are compressed to form the nuclear fuel compact 100.
이때 상기 제 2,3 상/하부 펀치에 의해 가해지는 압력은 0.5∼2 ton/㎠ 범위, 제 1 상/하부 펀치에 의해 가해지는 압력은 1.5 ∼ 5 ton/㎠ 범위 즉, 상기 제 2,3 상/하부 펀치에 가해지는 압력 모두를, 제 1 상/하부 펀치에 가해지는 압력보다 낮게 하여 이중 성형체의 내심용 예비성형체(10`)와 외곽용 예비성형체(20`) 사이가 완전히 밀착되어 결함이 발생되지 않도록 한다.In this case, the pressure applied by the second and third upper and lower punches is in the range of 0.5 to 2 ton / cm 2, and the pressure applied by the first upper and lower punches is in the range of 1.5 to 5 ton / cm 2, that is, the second and third The pressure applied to the upper / lower punches is lower than the pressure applied to the first upper / lower punches so that the gap between the inner core preform 10 ′ and the outer preform 20 ′ of the double molded body is closely adhered to the defect. Should not occur.
상기와 같이 성형된 핵연료 성형체(100)는 원주형 내심에는 이산화우라늄-가돌리니움 산화물 혼합분말이, 환형 외곽에는 이산화우라늄-어비움 산화물 혼합분말 또는 이산화우라늄 분말이 장입된 상태가 되고, 성형체의 밀도는 이론밀도의 40 ∼ 70 % 이다.The nuclear fuel molded body 100 formed as described above has a uranium dioxide-gadolinium oxide mixed powder in a columnar inner core, and a uranium dioxide-adium oxide mixed powder or uranium dioxide powder is charged in an annular outer shape. The density is 40 to 70% of the theoretical density.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
이와 같이 본 발명은 핵연료 성형체를 내부심과 외부환의 이중구조로 성형하고, 상기 내부심과 외부환에 가연성흡수물질인 가돌리니움 산화물과 어비움 산화물을 각각 분리·배열하여 핵연료 집합체의 반응도를 제어할 시, 가연성 흡수봉의 개수 및 가연성 흡수물질의 함량 외에도 내부심 직경 조절에 따른 가연성흡수물질의 조절로 반응도를 최적으로 제어할 수 있고, 그로 인해 원자로의 운전성능을 향상시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.As described above, the present invention controls the reactivity of the fuel assembly by forming a nuclear fuel compact into a double structure of an inner core and an outer ring, and separating and arranging gadolinium oxide and aviium oxide, which are combustible absorbent materials, on the inner core and the outer ring, respectively. In addition, in addition to the number of flammable absorbent rods and the content of flammable absorbent materials, the reactivity can be optimally controlled by controlling the flammable absorbent material by adjusting the inner core diameter, thereby improving the operating performance of the reactor. have.
Claims (6)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020000007492A KR100354544B1 (en) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | Method of fabricating nuclear fuel compacts composed of UO2, Gd2O3 and Er2O3 powders and its apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020000007492A KR100354544B1 (en) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | Method of fabricating nuclear fuel compacts composed of UO2, Gd2O3 and Er2O3 powders and its apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010081602A KR20010081602A (en) | 2001-08-29 |
| KR100354544B1 true KR100354544B1 (en) | 2002-09-30 |
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ID=19647248
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020000007492A KR100354544B1 (en) | 2000-02-17 | 2000-02-17 | Method of fabricating nuclear fuel compacts composed of UO2, Gd2O3 and Er2O3 powders and its apparatus |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7485246B2 (en) | 2004-05-19 | 2009-02-03 | Korea Atomic Energy Research Institute | Fabrication method of sintered duplex nuclear fuel pellet |
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2000
- 2000-02-17 KR KR1020000007492A patent/KR100354544B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7485246B2 (en) | 2004-05-19 | 2009-02-03 | Korea Atomic Energy Research Institute | Fabrication method of sintered duplex nuclear fuel pellet |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010081602A (en) | 2001-08-29 |
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