KR100496128B1

KR100496128B1 - 핵 연료의 마이크로파 소결을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100496128B1
Application number: KR10-2000-7009092A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 그라델; 볼프강 되르; 브루노 슈미트; 모니카 빌레르트-포라다; 토르스텐 게르데스
Original assignee: 프라마톰 아엔페 게엠베하
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2005-06-17
Also published as: US6437303B1; WO1999042778A2; EP1060355B1; EP1060355A2; JP2002504668A; KR20010041055A; ES2203068T3; US6617558B2; DE59906100D1; WO1999042778A3; JP3717403B2; US20020158066A1

Abstract

본 발명은 핵 연료의 마이크로파 소결을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 핵 연료의 소결을 위한 마이크로파 퍼니스의 안테나 공명부(53)에서 정상파가 생성되며, 상기 정상파로부터 핵 연료를 포함하는 공명 챔버 내에서 슬롯(54)을 통해 마이크로파가 분리된다. 상기 슬롯의 위치는 핵 연료에서 미리 정해진 온도 프로파일이 제공되도록 조정된다.

Description

핵 연료의 마이크로파 소결을 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR MICROWAVE SINTERING OF NUCLEAR FUEL}

본 발명은 마이크로파 퍼니스(microwave furnace)에서 핵 연료를 소결하기 위한 방법 및 이에 상응하는 마이크로파 퍼니스에 관한 것이다.

마이크로파 퍼니스의 공업적 용도는 현재로는 물체 또는 재료의 건조, 살균(예컨대 식료품 살균), 고무의 중합화, 플라스틱 경화 및 적정 온도에서 실행되는 유사한 프로세스에만 제한되어 있다. 세라믹 공학은 소결을 위해 마이크로파를 사용하는 것에 관심을 두고 있지만, 이는 사실상 지금까지는 단지 실험실 규모에만 제한되어왔다. 왜냐하면, 지금까지의 노하우에 따르면 사실 더 짧은 소결 시간으로도 충분하지만 아마도 더 높은 온도(즉, 퍼니스의 더 높은 마멸)가 요구되고 전체적으로는 더 높은 에너지 손실이 나타나긴 하지만, 가능한한 더 개선된 재료 특성(예컨대 세라믹 구조물의 미세한 그레인)이 달성될 지도 모르기 때문이다. 그러나, 지금까지는 마이크로파에 의해 만족할만한 품질을 갖는 생산품은 얻어지지 않았다.

그러나, 미리 공개되지 않은 출원 PCT/EP 97/04513에는 소결되지 않은 핵 연료가 가압되어 형성된 그린 컴팩트(green compact)가 소결되어 최종적으로 소결된 핵연료 컴팩트를 형성하는 프로세스에 대한 설명이 있다. 이때 소결체의 형태 및 그 밀도, 그리고 기계적/화학적인 성질은 원자로에 투입되기에 충분하다. 상기 방법에서는 같은 시간 동안 종래 기술 방식에서 보다 낮은 온도가 요구됨으로써, 관리가 간소화되고 마모 및 에너지 손실이 줄어든다. 물론 상기 간행물에 기술된 실험을 토대로 설계된 구조는 최적화되기에 어렵다. 연료에서의 소정의 균일한 온도 분포, 낮은 온도 손실 및 퍼니스 부재의 낮은 열응력은 달성되기 어려우며 항상 재현가능한 것은 아니다.

세라믹 핵 연료의 특징은 상기 핵 연료가 마이크로파에 매우 잘 "커플링" 될 수 있다는 것인데, 다시 말해 저온에서 전기-전도성을 띄지 않으면서 마이크로파 필드로부터 에너지를 흡수할 수 있다는 것이다. 그러나, 고온에서는 전도율이 증가되고 연료는 점점 더 금속과 같은 성질을 띄게 된다. 따라서, 마이크로파 필드의 국부적인 과열, 아아크 및 왜곡이 나타난다(예컨대, 이미 양호하게 소결된 전도성 영역은 연료의 인접 영역으로 마이크로파가 유입되는 것을 차단할 수 있다). 그 결과가 불균일하게 소결되어, 부분적으로 용융되고 변형된 팰릿(pellet)이다. 따라서, 국부적인 최대값들이 없는, 가능한 한 가장 균일한 에너지 및 온도 분포를 달성하는 것이 목적이 된다.

이전의 제안에 따르면 마이크로파는 마그네트론 또는 그와 유사한 전기 부품(예컨대 클라이스트론)에 의해 발생되고 도파관을 통해 퍼니스 챔버(작동 챔버) 내로 인도되는데, 상기 퍼니스 챔버는 공명기로 형성되며, 다시 말해 마이크로파를 반사하는 (금속) 벽의 모든 면으로 차폐된다. 여기서, 상기 마그네트론은 마이크로파 필드의 유일한 소오스로서, 핵 연료는 단지 필드의 싱크로서, 그리고 공명 챔버를 갖는 도파관은 단지 마이크로파의 손실성 운반로로서 간주되며, 상기 공명 챔버 및 도파관의 구조는, 열 손실이 최소화되도록, 다시 말해 가능한 한 많은 에너지가 핵연료에 의하여 필드로부터 추출되도록 실험적으로 선택되어야 한다. 또한 상기 도파관이 작동 챔버에 배치되는 위치를 변경시킴으로써 핵 연료 내에 가능한 한 균일한 온도 분포가 이루어진다. 필요한 전력 공급을 위해, 다수의 마그네트론이 각각 도파관에 제공되는데, 상기 도파관은 전체 횡단면이 공명 챔버 내로 이어지는 단부를 갖는다. 각각의 마그네트론은, 그로부터 발생된 파장을 중첩시켜서 가능한한 균일한 온도 분포를 달성하기 위해 개별적으로 제어된다.

여기서, 소결 재료가 소결 가스 흐름을 갖는 세라믹 관을 통해 소결되어지게 함으로써 균일한 성질이 달성되며, 이때 상기 세라믹 관은 전체 공명 챔버를 통해 횡으로 연장된다. 부분적으로 불가피하게 불균일한 파장 및 온도 분포가 나타나는 경우라도 연료의 전 영역이 동일한 국부적 조건에 놓임으로써, 궁극적으로 연료의 모든 샘플들은, 그들이 겪는 온도의 측면에서 동일한 과정을 겪게된다. 이에 대한 전제는 마이크로파 필드가 시간에 대하여 큰 변동을 겪지 않는다는 것이다. 온도, 소결 시간, 소결 분위기 및 소결을 위해 제공되는 바람직한 장치들(예컨대, 연료를 소결 가스가 관통하는 관 내로 공급하기 위한 가스 로크(lock)), 그리고 마이크로파를 갖는 소결 장치의 부가의 세부 사항들에 관련해서 상기 간행물은 많은 제안들을 포함 하고 있으며, 상기 제안들은 본 발명에도 적용될 수 있다. 따라서, 상기 간행물의 내용은 본 출원의 내용에도 해당되며, 본 출원에 의해 작동 챔버(공명 챔버) 내로의 마이크로파 방사가 개선된다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파 퍼니스의 제 1 실시예이고,

도 2 및 3은 마이크로파를 디커플링(decoupling)하기 위한 가변성 슬롯을 갖는 안테나 공동부의 단면도이며,

도 4 및 5는 본 발명에 따른 마이크로파 퍼니스의 제 2의 추가 실시예이고,

도 6은 도 4에 따른 마이크로파 퍼니스의 횡단면도이며,

도 7 및 8은 본 발명에 따른 마이크로파 퍼니스의 두 개의 측면도이고,

도 9는 도 7의 퍼니스에서 나타난 온도 진행 곡선이다.

본 발명의 목적은 원자로 내에 사용되기에 적합한 성질을 갖는 핵 연료를 소결하기 위한 방법 및 마이크로파 퍼니스를 제공하는데 있다. 여기서, "핵 연료"는 단지 산화 우라늄 뿐만 아니라, 다른 산화물(특히 플루토늄 및 토륨과 같은 초우라늄 원소) 및 흡수재 재료(산화 가돌리늄과 같은)와의 혼합물로도 볼 수 있다. 바람직하게는 본 발명은 대응 소결 컴팩트들(일반적으로 원통형 팰릿)을 형성하기 위하여 연료의 가압 성형체(소위 "그린 컴팩트")를 소결하지만, 이에 상응하는 소결 온도에서 파우더나 과립을 처리하기에도 적합하다. 본 발명의 토대가 되는 경험적 지식들에 따르면 적어도 원자로 내에서 사용하기에 적합한 재료의 경우 마이크로파의 사용으로 소결 온도 및 열 손실을 감소시키는 것이 기대될 수 있다.

본 발명은 고온에서 핵 연료의 전도율이 증가됨으로써 소결 결과가 악화될 뿐만 아니라, 필드 내 불안정한 상태가 야기될 수도 있다는 사실로부터 출발한다. 연료의 불균일한 가열에 의해 그 연료는 마이크로파 방사에 대한 불균일한 싱크가 될 뿐만 아니라, 전기적 특성 자체로 인해 상기 연료가 "방사기"와 유사한 방식으로 작용함으로써, 마그네트론 및 상기 마그네트론으로부터 방출된 방사에 대한 불안정한 피드백이 발생한다. 손실과 관련하여 최적화될 수 있으며 단지 마그네트론(소오스)과 핵 연료(흡수재) 사이에서 방사를 전달하기 위한 디바이스로서만 퍼니스 챔버(공명 챔버)를 취급하는 구성으로는 상기 피드백을 신뢰성있게 제어할 수 없다.

본 발명은 우선 안정된 마이크로파 필드(정상파(stationary wave))를 발생시키기 위해, 사용된 마이크로파 방사에 그 치수가 매칭되며 마이크로파를 반사하는 (금속) 벽으로 모든 면이 차폐되는 안테나 공동부를 사용한다. 통상적으로, 마이크로파 공학에서 915 MHz 또는 2.45 GHz의 주파수를 발생시키기 위해서는 마그네트론 또는 클라이스트론(klystron)이 사용된다. 일반적으로는 0.4 내지 30 GHz의 주파수가 적합하다. 이러한 주파수에 매칭된 저손실 도파관의 치수가 분석되고 공지되고 기술되어 있다. 상기 도파관이 그 단부에서 반사 벽으로 폐쇄(소위 "단락 폐쇄(shorting termination)")됨으로써, 상기 주파수가 정상파를 야기하는 공명 챔버가 된다.

바람직하게는 본 발명에 따르면 상기와 같은 안테나 공동부에는 각각의 마그네트론(또는 클라이스트론)이 할당되지만, 이는 정상파의 내부에 배치되는 것이 아니라 상응하는 도파관의 단부에 배치되며, 이때 상기 도파관의 다른 단부가 안테나 공동부 내로 이어진다.

이러한 방식으로 안정화된 안테나 공동부 내 필드로부터 소결에 필요한 에너지가 안테나 공동부 벽 내에 제공된 다수의 좁은 개구를 통해 추출되어, 공명 챔버 내로 방사된다. 상기 안테나 공동부의 벽면과 비교해 볼 때, 바람직하게는 슬롯으로 형성된 개구들은, 안테나 공동부 내의 정상파의 형성에 실제로 영향을 미치지 않으면서, 전기 플래시오버(flashover)도 발생시키지 않지만 충분한 전력을 방출할 수 있을 정도로 작다. 그럼으로써, 안테나 공동부 내로 제공되는 마이크로파 방사의 피드백이 최소화된다.

이러한 "슬롯 안테나"는, 단지 약간의 반사파만이 되돌아오는 실제 무한 공간에서 대응 필드를 방사하기 위하여 통신 기술에 이미 공지되어 있다. 이는, 방사기 표면에 걸쳐 균일하게 분포된 방사 전력을 갖는 안정화된 평면 방사체를 제조하기 위한 것이다.

이러한 슬롯 안테나의 기술은 Werner Rueggeberg의 "A Multislotted Waveguide Antenne for High-Powered Microwave Heating Systems", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-16, No.6, November/December 1998, 809-813 페이지에 기술되어 있다. 상기 간행물에서는, 일정한 방사 전력 분포를 제공하기 위해 슬롯의 방사 전력 및 개수, 그리고 구성을 결정하는 조치와 공식이 기술되어 있다. 여기서, 조사(irradiate)된 재료는, 상당량의 에너지가 방사되지만 그 방사된 에너지가 반사되지는 않는 무한 공간으로 간주된다. 따라서, 단지 낮은 온도만이 흡수재의 위치에서 관찰된다. 그러나, 반사 및 흡수에 관하여, 높은 온도로 가열된 핵 연료를 시뮬레이팅(simulate)할 수도 있는 금속체를 외부로부터 슬롯의 인접부로 제공할 경우, Ruggeberg에 따르면 마그네트론도 배치되어 있는 안테나 공동부에 정상파의 손상이 있게 된다. 아아크가 발생되어 벽, 안테나의 마그네트론 및 리플렉터에 큰 손상을 가져온다. PCT/EP 97/04513에 따른 구성에서 Rueggeberg에 따른 이러한 슬롯 안테나가 조화되는 경우, 비록 안테나 전력이 제한되고 핵 연료의 평균 온도가 소결 온도에 도달하지 않았을지라도 상기와 같은 손상이 발생했다.

그럼에도 불구하고, 본 발명은 핵 연료를 포함하는 공명 챔버 내로 마이크로파를 커플링하기 위한 적어도 하나의 좁은 개구(바람직하게는 다수의 슬롯)를 갖는 벽을 그비하며 마이크로파 방사기로부터 전력을 공급받는 안테나 공동부를 제공한다. 그러나, 상기 슬롯은 핵 연료에서의 반사에 의해 안테나 공동부에 제공된 피드백이 더이상 파괴적이지 않도록 구성된다. 상기 슬롯의 배치가 변화됨으로써 핵 연료의 온도 분포가 제어되고 설정될 수 있다.

바람직하게는 본 발명에 따르면 공명 챔버 내로 연료를 소결하기에 필요한 에너지를 커플링하기 위해 다수의 슬롯 안테나가 사용된다. 바람직하게는 상기 공명 챔버는 안테나 공동부와 거의 동일한 길이를 가지고, 상기 안테나 공동부는 상기 공명 챔버의 길이 방향 측상에 배치된다. 가장 간단한 경우 안테나 공동부가 공명 챔버에 직접 설치됨으로써, 두 챔버는 좁은 개구 또는 슬롯을 갖는 공동 벽에 의해 분리된다.

이미 언급했던 고온 가열된 연료의 금속성 속성을 고려할 때 소결 재료는 강한 흡수재 및 "발송기(transmitter)"(또는 적어도 하나의 반사기(reflector))가 되며, 안테나 공동부 내 정상파에 대한 상기 발송기의 피드백을 간과해서는 안된다. 오히려, 상기 안테나 공동부의 공명 상태는 핵 연료와의 피드백에 의해 디튜닝(detune)된다.

이러한 피드백을 피하려고 할 경우, 슬롯의 수 및/또는 면이 줄어들 수 있다. 이를 통해, 피드백된 에너지, 다시 말해 핵 연료로부터 흡수되고 소결을 위해 필요한 에너지는 감소됨으로써, 연료는 실제로 필요한 소결 온도로 가열되지 않는다. 이러한 접근법은 결과적으로 적합하지 않다.

오히려, 이러한 시스템은 피드백된 시스템으로 간주되어야 하며 슬롯을 갖는 안테나 공동부는 처음부터 디튜닝된 상태로 구성되어야 한다. 이는, 안테나 공동부의 길이를 이동가능한 금속 폐쇄부에 의해 변경하고 안테나 공동부의 벽 내에 제공된 슬롯 위치를 변화시킴으로써, 실험에 의해 간단하게 이루어진다. 이에 따라, 상기와 같은 변화에 의해 공명 챔버 내에서 온도 및 필드의 균일한 분포가 달성될 수 있고 상기 언급했던 손상들을 피할 수 있다.

본 발명에 따른 핵 연료의 소결 방법, 마이크로파 퍼니스 및 몇몇의 바람직한 개선예는 청구항에 제시된다.

9개의 도면 및 다수의 실시예에 의해 본 발명은 하기에 더 자세히 설명된다.

도 1의 마이크로파 퍼니스(1)에서 정방형 공명 챔버(20)의 내부를 보여주기 위해 측벽(2) 및 커버벽(3)의 일부가 생략되었다. 상기 공명 챔버(20)는 언급된 측벽(2), 상기 측벽(2)에 평행한 측벽(5), 커버벽(3) 및 상응하는 바닥 벽(6)으로 측면에서 폐쇄되며, 그리고 후면벽(4)으로 후면에서 폐쇄된다. 상응하는 전면벽(7)은 나사로 고정될 수 있는 도어로서 형성되며, 이 모든 벽들은 3 mm의 벽 두께를 갖는 강판으로서 형성된다. 일반적으로 마이크로파를 반사하고 공명 챔버(20)의 환기된 상태에서나 소결을 위해 제공된 소결 가스로 채워진 상태에서 적어도 최대 800℃ 까지의 온도에서 열 저항성을 가지며 화학적으로 저항성을 가지는 재료, 특히 신더(cinder)를 형성하지 않는 재료(특히 금속)라면 모두 사용될 수 있다. 바람직하게 내벽은 마이크로파의 반사를 강화시키기 위해 광택이 입혀지거나 금속 코팅된다.

내부면은 열 절연층(8)으로 채워지며, 상기 열 절연층(8)은 마이크로파를 광범위하게 투과시킨다. 이를 위해, 세라믹 재료, 특히 다공성 산화 알루미늄이 사용된다. 또한 도 1에서 열 절연체는 생략되어 있기 때문에, (단지 부분적으로 도시된) 지지 수단(10, 11, 12)을 볼 수 있으며, 상기 지지 수단(10, 11, 12)에는 핵 연료의 세 층이 삽입되고 고정될 수 있다. 또한 소결 가스(예컨대, 10^-8 또는 그 이하의 분위기의 산소 부분 압력을 갖는 건조 수소)를 챔버 내로 유입시키거나 챔버로부터 유출시키기 위한 가스 공급부(15) 및 가스 배출부(16)를 볼 수 있다.

벽(2 내지 7)에 의해 차폐된 공명 챔버(20)는 후면벽(4)에서 마이크로파에 의해 전력을 공급받는데, 이때 상기 마이크로파는 상응하는 안테나 공동부(21 및 22) 내에서 생성된 것이다. 또한 상기 안테나 공동부(21, 22)는 모든 면에서 유사한 벽에 의해 차폐되며, 마그네트론(23)은 각각, 각각의 안테나 공동부의 폐쇄 단부 내로 돌출한다. 또한 마그네트론으로부터 나온 파와 반사된 파를 측정하기 위해, 그리고 다이아프램(diaphram)(예컨대, 안테나 공동부 내에 가변적으로 배치된 3개의 리플렉터 로드(rod)로 이루어지는 시중에서 구할 수 있는 장치)에 의해 반사파를 약화시키기 위해 마이크로파 공학에서 통상적으로 사용되는 장치용 하우징(25)을 볼 수 있다.

또한 안테나 공동부(21)의 다른 단부는 쇼팅 플런저(shorting plunger)(28)에 의해 폐쇄되며, 상기 쇼팅 플런저(28)는, 조정을 위해 공동부를 변화시키기 위해 변동가능한 길이로 안테나 공동부 내로 돌출된다.

상기 안테나 공동부(21 및 22)와 공명 챔버(20) 사이의 분리벽은 각각 좁은 개구(30)를 가지며, 상기 개구(30)는 안테나 공동부와 공명 챔버 사이에 배치된 공동 면의 소부분을 차지한다.

도어가 개방될 때 핵 연료의 과립 또는 파우더로 이루어진 하나 또는 다수의 층이 퍼니스 내에 제공되고 나서, 상기 퍼니스는 폐쇄되고 처리를 위해 필요한 가스로 충전된다. 상기 퍼니스는 우선 적은 전력을 사용하는 방법, 예컨대 파우더의 건조를 위해 또는 적은 양에 대한 실험 분석하기 위한 방법에 적합한 것으로 결정된다. 특히, 도 1에서부터 시작으로써, 측정 장치 및 다이어프램과 함께 마그네트론 및 상기 언급된 도구들을 안테나 공동부가 아닌 도파관 내에 위치시키는 것이 많은 양을 고온으로 소결하는데 보다 유리한 것으로 보이는데, 안테나 공동부는 특히 몰딩된 그린 컴팩트를 소결시킴에 있어서, 그 곳에서 형성된 정상파로부터 위험에 직면하게 된다.왜냐하면, 상기 마그네트론 및 도구가 안테나 공동부에서 형성된 정상파에 의해 손상되기 때문이다. 또한 정방형 공명 챔버(50 cm 폭, 30 cm 높이, 60 cm 길이)의 치수는 최적화되지 않는다. 그러나, 마이크로파의 커플링이 도파관에 의해 발생하지 않고, 세장형(elongate) 공명 챔버가 그것의 양 단부면에서 폐쇄되고 마이크로파의 추출을 위해 바람직하게 길이방향으로 방향지워진 측면 슬롯(29)을 갖는 것이 특히 바람직한 것으로 보이며, 이때 상기 도파관은 공명 챔버를 위한 개구에서 실제로는 마이크로파에 대한 방해물도 아니고 반사를 형성하지도 않는다.

바람직하게는 공명 챔버 내 마이크로파의 유입 방향에 대해 수직인 횡단면의 에지 길이는 공기 중에서 생성된 마이크로파의 파장의 적어도 4분의 1 및 최대 4 배 미만이며, 실린더형 공명 챔버는 한계치로 제한된 정방형 공명 챔버와 동일한 횡단면을 갖는 경우에는 가능하다(그러나 최적화되기는 더 어렵다).

안테나 공동부의 길이방향에서 슬롯의 간격은 마그네트론(2.45 GHz) 또는 상응하는 정상파의 주파수에 매칭될 수 있으며 고정값으로 미리 결정될 수 있으나, 상기 안테나 공동부의 중심으로부터의 간격은 슬롯을 통해 방사된 전력을 결정하고 상기 간격은 (예컨대, 실험에 의해) 조정될 수 있다. 도 2에는 정방형 안테나 공동부의 단면이 도시되며, 상기 안테나 공동부는 분리벽(43)에 의해 공명 챔버로부터 분리되며, 이때 상기 분리벽(43)은 다수의 금속 시트(sheet)로 이루어지고 폭 d'을 갖는다. 상기 분리벽 내에 윈도우(40)가 제공되고, 상기 윈도우(40)는 벽에 고정된 슬라이드(41)에 의해 커버된다. 상기 슬라이드(41) 내에 길이 방향 슬롯(42)이 형성되며, 상기 슬롯(42)과 언급된 벽의 중심선과의 간격(d)은 가변될 수 있다.

상기 슬롯을 통해 방사되는 에너지의 감소는 도 3에 따라 달성되며, 벽 내에 상응하는 슬롯(45)을 갖는 회전가능한 플레이트(44)가 제공되며, 상기 슬롯(45)은 상응하는 윈도우(48) 내부에서 그 위치가 변할 수 있다. 여기서, 방사된 에너지는 실제로 슬롯의 길이방향에 대한 투영에 비례하며, 다시 말해 길이방향으로 방향 설정된 경우 최대 에너지가 방사된다. 상기 슬롯은 이미 작동 조건 하에서 실험 테스트에 대응시킴으로써 퍼니스 계획시 미리 고정되고 그 후에 퍼니스의 레이아웃(layout)에 채택될 수도 있지만, 슬롯의 변화에 대응시킴으로써, 제공되어질 퍼니스의 작동 중 온도 프로파일의 변화에 대하여 응답할 필요성이 있음이 입증되었다. 이를 위해, 도 3에는 플레이트(44)를 위한 드라이빙 휠(driving wheel)(46)이 제공되며, 상기 드라이빙 휠(46)은 슬롯의 위치를 작동에 따라 변화시키기 위해 서보 모터(47)에 의해 구동된다.

도 4에서 퍼니스가 개략적으로 도시되며, 상기 퍼니스는, 원자로용으로 적절한 소결 연료 컴팩트를 형성하기 위해 핵 연료의 몰딩된 그린 컴팩트를 소결하도록 구성된다.

이러한 퍼니스(50)의 중심부는 세장형 정방형 공명 챔버(51)이며, 상기 공명 챔버의 두 개의 대향 측면에는 각각 공동 벽(분리벽)에 의해 분리된 안테나 공동부(53)가 놓여있다. 상기 공동 벽(52)에는 각각 다수의 길이 방향 슬롯(54)이 형성되며, 상기 슬롯(54)의 배치는 여기서는 우선 임의로 도시된다. 이러한 안테나 공동부(53)도 마찬가지로 정방형이지만 작은 횡단면을 가지며, 상기 횡단면은 구부러져서 공명 챔버 내로 이어지는 도파관(55)의 횡단면과 일치한다. 전기 접속 및 개별 마그네트론(56)의 정렬은 화살표로 표시되며, 상기 마그네트론(56)은 각각 도파관(55)의 폐쇄된 단부 내로 돌출한다. 상기 마그네트론(56)과 안테나 공동부 내 도파관의 유입구 사이에는, 방사되는 마이크로파와 리턴되는 마이크로파를 분리 검출하는 측정 기구용으로, 그리고 종래 기술에서 도파관 내에서 사용된 다이아프램용으로 사용되는 소켓(57)이 제공된다.

위치(58)를 보면 공동부가 열 절연체(도시되지 않은)로 커버되거나 채워질 수 있다는 것을 알 수 있으며, 상기 공동부는 사용된 마이크로파에 대한 투과성을 지닌다. 반사 벽에 의해 둘러싸인 챔버 내부에 배치된 절연체는 확실히 공명 챔버(적어도 공명 챔버의 슬롯이 없는 벽)에 적합하다. 왜냐하면, 절연체에 의해 벽 재료가, 가열된 핵 연료의 열 방사에 대해 보호되기 때문이다. 상기 안테나 공동부에서 상기와 같은 열 방사을 염려할 필요는 없으며, 이미 내벽에 광택을 입히고 금속 코팅하거나 다른 방식으로 높은 반사 및 적은 흡수를 제공하는 것이 충분하다. 열 절연체, 예컨대 산화 알루미늄과 같은 통상의 재료는 온도가 상승하면서 마이크로파를 흡수하기 시작하기 때문에, 안테나 공동부에는 마이크로파에 대해 산화 알루미늄 보다 낮은 흡수율을 가지거나 열 절연체를 필요로 하지 않는 재료가 사용되는 것이 바람직하다.

또한 도 4는 공명 챔버의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 세라믹 관(59)을 도시한다. 이러한 세라믹 관은 한편으로는 관을 통해 미끄러져 나온 소결 재료(즉, 그린 컴팩트)의 수용을 위해 사용된다. 다른 한편으로는 상기 세라믹 관(59)을 통해 바람직하게는 소결 재료의 이동 방향에 대한 반대 흐름으로 소결 가스가 가이드된다.

도 4에는 세라믹 관(59)이 공명 챔버 외부에서, 소결 재료 및 소결 가스를 갖는 공명 챔버를 채우거나 비우는 것을 가능하게 하는 가스 로크로 이어진다는 것은 도시되지 않는다. 상기와 같은 가스 로크는 언급했던 PCT/EP 97/04513에 기술되어 있다. 이러한 가스 로크(개관의 용이함을 위해 생략됨)의 위치는 화살표 60으로 표시된다. 여기서, 소결 재료는 공명 챔버로 들어가기 전, 그리고 상기 공명 챔버로부터 나온 이후 공명 챔버의 전면벽에 형성된 금속관(61)을 통과하며, 상기 금속관(61)은 세라믹 관(59)의 연장부나 동심 슬리브(concentric sleeve)로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 방식의 금속관(59)에 의해, 관의 내부에 있는 마이크로파 필드는 소결 재료의 공급 및 배출시 외부로 투과되는 일 없이 감소된다. 다른 한편으로는 상기 공명 챔버의 전면벽에 연결된 무방사 구역은 바람직하게는 핵 연료를 위한 가열 구간 또는 냉각 구간으로서 사용된다. 또한 상기 핵 연료가 왼쪽 전방에서 볼 수 있는 전면벽으로부터 퍼니스 내로 공급되어 세라믹 관(59)을 통해 운반되고 나서 후방 단부에서 배출될 경우, 화살표(62)로 표시되며 초기에는 저온인 역 흐름은, 후방 단부에서 배출되는 고온이며 소결된 연료를 냉각시킬 수 있으며, 퍼니스 내부에서 고온 연료와의 접촉에 의해 자체 가열되어 전방 단부에 공급된 저온 연료를 가열시킬 수 있다.

도 5에는 도 4와 동일한 퍼니스의 실시예가 도시된다. 도 4와 다른점 - 슬롯의 배치 이외에도 - 은 여기서는 슬롯(70)으로부터 방사된 마이크로파가 그 사이에 놓인 추가 절연 물질없이 소결 가스를 운반하기 위한 세라믹 관(71)에 일직선으로 인도된다는 것이다. 대신, 공명 챔버(72)와 두 안테나 공동부(73) 중 하나 사이에 제공된 분리벽의 열 절연은 절연층(74)에 의해 구현되며, 상기 절연층(74)은 여기서 공명 챔버(72)의 금속 벽의 외부에 배치된다. 여기서, 좁은 간격으로 서로에 대해 평행하게 배치된 개별 벽으로 이루어진 구성이 분리벽으로 사용된다. 상기 안테나 공동부(73)로부터 방사된 마이크로파가 상응하는 관형 연결부(75)를 사용하여 공명 챔버의 측면에서 슬롯(70)으로 공급되는데, 상기 연결부(75)는 그 부분에서 절연 물질로 이루어진 패킹(packing)(76)에 의해 둘러싸일 수 있다.

그러나, 상기 공명 챔버(72)의 내부에서 슬롯이 없는 길이방향 벽에는 절연 물질(78)로 이루어진 패널링(paneling)이 존재하며, 상기 패널링은 측벽의 가열을 방지하고 과열된 부분에 접촉되는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한 각각의 가스 로크는 공명 챔버 외부의 전면벽 및 후면벽에 있는 개별 하우징(77) 내에 배치된다. 바람직하게는 공명 챔버의 금속 벽은 전면과 후면에서 절연되는 것이 아니라, 절연체가 가스 로크의 하우징(77)에 설치됨으로써, 상기 하우징(77)은 실제로는 마이크로파에 노출되지 않는 가열 구역 및 냉각 구역을 형성한다.

도 5에 따른 절연체는, 바람직하게 소결 온도(대략 1800 내지 1850 ℃) 보다 높은 영역에서 작동되고, 산화 알루미늄으로 이루어진 통상적인 고다공성 세라믹체가 슬롯으로부터 직접 방사되는 방사에 강하게 커플링되고 상응하는 열적 부하를 오랜 시간동안 견딜 수 없다는 것이 명백해질 경우에만 제공된다.

이에 대한 대안으로서 이 지점에서는 고다공성 고체가 아니라 예컨대 상응하는 섬유 재료가 사용될 수 있다.

도 6은 도 4에 따른 공명 챔버(51) 및 퍼니스의 안테나 공동부(53)에 제공된 금속 벽의 횡단면을 보여준다. 여기서, 상기 공명 챔버(51)의 횡단면은 상응하는 도파관을 사용하는 마이크로파 공학에 공지되어 있고 "R22" 로 표기되는 치수로 제공되는 반면, 안테나 공동부(53)의 횡단면은 명칭 "R26"으로 표기되는 도파관 횡단면의 치수에 상응한다. 상기 공명 챔버의 치수는 a=108mm, b=54mm로 선택되고, 안테나 공동부의 치수는 c=86mm, d=43mm로 선택된다.

3mm의 두께를 갖는 각진 강철 부분으로부터 용접된 벽(80)은 나사 볼트(80')에 의해 단단하게 고정되며, 상기 나사 볼트(80')는 1mm 두께의 인코넬(INCONEL)로 이루어진 박판을 고정시키며, 상기 박판에서 안테나 공동부와 공명 챔버 사이에 슬롯이 제공된다.

또한 도 6은 공명 챔버(51)의 횡단면이 산화 알루미늄(Al₂O₃)으로 이루어진 적층된 고다공성 세라믹 블록(80a, 80b)에 의해 실제로 채워진 것을 보여주며, 상기 세라믹 블록(80a, 80b)의 중심부에만 이미 언급했던 세라믹 관(59)용 리세스(80c)가 제공된다. 상기 리세스(80c)의 다수의 지점에는 관(59)을 지지하기 위한 지지부(80d)가 돌출한다.

또한 안테나 공동부의 횡단면은 도파관의 횡단면에 상응하며, 상기 도파관은 한 단부에서는 안테나 공동부 내로 이어지고 다른 단부에서는 상기 공동부에 할당된 마이크로파 방사기를 갖는다. 도 4의 방사기의 전력은 각각 1.25 kW 이다. 이러한 전력에 의해 펠릿은 CO₂-분위기에서 대략 1200 ℃로, 또는 H₂-분위기에서 1300 ℃로 소결되었으며, 상기 펠릿은 소결시 대략 140 W를 흡수하여, 80 내지 150 W가 소결 가스에 의해 흡수되어 수송되며 200W가 방사기 쪽으로 반사되었다.

높은 온도 및 높은 전력(각각 2kW)에서 더 빠른 소결을 위해 공명 챔버의 높이(b)는 100mm로 선택되었지만, 나머지 치수들은 그대로 유지되었다. 상기 안테나 공동부 및 작업 챔버의 길이, 그리고 마그네트론과 이에 상응하는 안테나 공동부의 유입구 사이에 제공되는 마이크로파 길이는 각각 대략 1.1 m 이었다.

이러한 길이에서 세라믹 관(59)(도 7)은 일체형으로 제조될 수 있다. 이는 그린 컴팩트(81)가 PCT/EP97/04513에 제시된 장치에 의해 연속으로 세라믹 관 내로 이동되고 나서 소결된 상태에서 다른 단부에서 집결될 경우에 달성된다.

각각 안테나 공동부(82) 내로 제공되는 두 개의 마이네트론에 의해 2kW의 전력이 공급됨으로써, 작업 처리량의 증가에 의하여 열 손실이 증가되는 일 없이 다수의 층으로 이루어진 핵 연료를 소결하는 공명 챔버(84) 내에 충분한 전력이 공급된다. 여기서, 도 7에는 슬롯을 통해 나타나는 마이크로파 방사(83) 만이 표시된다.

여기서, 핵 연료가 공명 챔버의 횡단면에서 거의 중심부에 분포되는 것을 확실히 보장해야 한다. 상응하는 지지 수단이 도 8에 도시되며, 공명 챔버(85) 내에서 세 개의 펠릿 기둥(86)이 각각 고유의 관(87) 내에 제공된다.

여기에 기술된 마이크로파 퍼니스는 전면에서 관 내로 삽입되어 후면으로 배출되는 성형 가압된 그린 컴팩트의 사용에만 제한되지 않는다. 또한 핵 연료는 예컨대 보우트(boat)나 다른 캐리어의 형태로, 예컨대 단지 전면으로부터만 퍼니스 내에 공급될 수 있으며, 이때 상기 전면으로부터 핵 연료가 또다시 제거될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 전체 공명 챔버가 소결 가스로 충전되어 침식성 대기에 공명기 벽이 노출되는 것이 아니라, 가스가 상응하는 기밀 방식의 세라믹 관 내로 공급되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 세라믹 관은 예컨대 연료로 이루어진 다수의 분리 층을 위한 지지 수단을 둘러싸는 도 8에 표시된 관(88)을 말한다.

슬롯이 제공된 벽에 수직인, 도 8의 공명 챔버의 횡단면의 치수는 a=30cm, b=20cm로 선택된다. 여기서, 바람직하게는 예컨대 6개의 연료-지지 수단이 제공되며, 상기 지지 수단의 배치는 예컨대 횡단면의 중심점 주변에 배치된 정 6각형의 모서리에 상응한다. 부가로 중심축에도 연료-지지 수단이 제공됨으로써, 연료로 이루어진 7개의 층이 동시에 소결될 수 있다.

작업 처리량을 증가시키기 위해 관 내에서 이루어지는 연료의 운반 속도가 증가될 경우, 퍼니스 길이가 길어질 필요가 있다. 이러한 경우, 상기 설명된 바를 기초로 구성된 두 개의 공명 챔버가 연속 배치됨으로써, 연료용 관통 지지 수단을 가지며 두 개의 부분 공명 챔버로 구성된 공명 챔버가 제조된다. 간단한 경우, 상기 두 부분 챔버는 두 부분 챔버로부터 마이크로파 필드를 디커플링하기 위해 다이아프램에 의해 서로 결합된다. 그러나, 이는 부분 챔버를 서로에 대해 차폐시키는 다이아프램 없이도 이루어질 수 있다. 연료 지지 수단에 대응하는 길이를 갖는 단일 세라믹 관으로 작동될 수 있으나, 서로 접하며 접속 슬리브 내부로 고정되는 관들이 사용될 수 있다.

안테나 공동부 내에 형성된 정상파부터 마이크로파를 디커플링하기 위해서는 개구 중점과 개구 가장자리 간의 가장 작은 간격이 파장의 대략 4 % 이하인 것이 바람직하다. 여기에 사용된 2.45 GHz의 주파수에서 대하여 슬롯 폭은 대략 5 mm(경우에 따라서는 10 mm 미만)로 선택된다. 다른 방향으로 개구가 더욱 연장될 수 있다(거의 파장의 절반 만큼). 이러한 조건하에서 상기 슬롯에서는 금속 슬롯 에지들 사이에서 스파크오버(sparkover)가 나타나지 않았다. 이러한 개구들의 중심점 간의 간격은 파장의 적어도 절반이어야 한다. 따라서, 상기 안테나 공동부의 분리벽 내에 제공된 개구에 의해 차지된 면은 5 % 미만으로 제한된다. 세장형 안테나 공동부에서, 슬롯은 안테나 공동부-측벽의 중심상에서 길이방향으로 배치되는 것이 아니라, 중심선에 대해 오프세팅(offset)되며, 예컨대 상기 슬롯은 예컨대 교대로 양 면을 향해 교호적으로 오프세팅되어 배치될 수 있다. 여기서, 슬롯이 길이방향으로 균일하게 배치되는 것이 아니라, 마이크로파 방사기로부터 방사된 마이크로파의 공급이 안테나 공동부의 한 단부의 인접부에서 나타나고 상기 슬롯은 다른 단부로부터 전체 길이(바람직하게는 전체 길이의 절반 내지 4 분의 3)에 걸쳐 연장되는 것이 바람직한 것으로 증명된다. 상기 중앙선과 개별 슬롯(d)의 간격은, 연료내의 가장 균일한 온도 분포의 측면에서, 도 2에 기술된 방식에 따라 최적화되었으며, 이때 대략 15 mm의 간격(d)으로 시작되었다.

도 2 내지 도 9에 도시된 개별 실시예의 세부 사항들은 다른 실시예에서도 인용될 수 있다.

도 9 에는 슬롯의 온도 분포 및 배치가 도시된다. 여기서, 한 도파관이 관련 안테나 공동부 내로 이어지는 위치는 91로 표기되며, 관련 안테나 공동부와 공명 챔버 사이의 벽 내에 배치된 슬롯의 형태 및 길이 방향 위치는 92로 표기된다. 이에 상응하여 다른 안테나 공동부 내로 다른 도파관이 이어지는 위치는 93으로 표기되고, 다른 안테나 공동부와 다른 공명 챔버 사이의 벽 내에 배치된 슬롯의 위치와 형태는 94로 표기된다. 이때, 도 7에 따른 퍼니스가 사용되었다. 여기서, 상기 안테나 공동부에 속한 슬롯(93)은 모두 한 측면에 놓여있으며, 다른 안테나 공동부에 속한 슬롯(93)은 모두 공명 챔버의 후방 절반부의 한 면에 놓여있으며, 다른 안테나 공동부에 속하는 슬롯(94)은 이에 대해 직경 반대 방향으로 배치된다.

핵 연료는 통상적인 산화 우라늄 펠릿으로 이루어지며, 상기 펠릿은 4.4 mm/min의 속도로 길이가 1.1 m인 퍼니스를 통해 이동되었다. 개시된 온도 분포는 비교적 짧은 가열 시간후에는 시간에 따라 일정하였다. 상기 펠릿의 소결 밀도는 전체적으로 균일하고 10.2 내지 10.6 g/cm³의 사용가능한 범위 내에 놓여있었다. 여기서 사용된 온도는 종래 방식의 퍼니스에서 동일한 밀도의 소결체에 대해 요구되었던 온도 보다 훨씬 낮다. 이는, 마이크로파 소결시, 연료는 가열된 가스와의 접촉 또는 방사된 열의 표면 흡수에 의해 연료 표면으로부터 내부로 전도되는 방식으로 약간만 가열될 뿐이며, 마이크로파 방사의 흡수에 의해서 전체적으로 가열되기 때문이다. 따라서, 소결 시간이 단축되고 및/또는 더 낮은 온도에서 작동될 수 있다. 따라서, 세라믹의 마이크로파 소결시 더 높은 온도가 요구된다고 주장한다면, 이는 불완전한 측정 방식에 기인한 것일 것이다(온도 센서가 마이크로파에 의해 자체 가열됨). 그리고 높은 에너지 손실은 곧 불충분한 기술을 의미한다.

따라서, 핵 연료가 고온에서 마이크로파에 의해 산업적으로 광범위하게 열 처리될 수 있도록 하기 위해 큰 실험 비용 없이 방법 및 퍼니스가 제공될 수 있는 가능성이 주어진다.

Claims

마이크로파 퍼니스(1) 내에서 핵 연료를 처리하기 위한 방법에 있어서,

핵 연료가 공명 챔버(51) 내로 공급되고, 상기 공명 챔버(51)에는 마이크로파 방사기(radiator)(56)로부터 안테나 공동부(53) 내로 제공되는 마이크로파가 다수의 좁은 개구(54)들을 통해 공급되며, 상기 안테나 공동부(53)에는 정상파가 유지되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항에 있어서,

상기 마이크로파가 상기 마이크로파 방사기(56)로부터 도파관(55)을 통해 상기 안테나 공동부(53) 내로 공급되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항에 있어서,

개별적으로 상기 개구(54)를 통해 상기 핵 연료 내 정해진 온도 프로파일에 매칭되는 상이한 전력이 상기 공명 챔버(51) 내로 방사되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 핵 연료가 소결 가스(62)로 채워진 관(59) 내에 유지되고 20 내지 2200 ℃의 온도에서 1400 내지 1800 ℃의 평균 온도로 상기 마이크로파에 의해 가열되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 핵 연료가 상기 퍼니스(1)의 한 면에 공급되고, 소결시 상기 퍼니스를 통해 운반되고 상기 퍼니스의 다른 면에서 배출되며, 상기 소결 가스(62)는 상기 핵 연료를 둘러싸는 세라믹 관(59) 내에서 상기 핵 연료의 운반 방향에 대해 반대 방향으로 상기 공명 챔버(51)를 통해 이송되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

세장형(elongate) 공명 챔버(51)가 제공되고 상기 좁은 개구(54)는 길이방향으로 서로에 대해 오프세팅(offset)되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 좁은 개구로서 슬롯(54)이 제공되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

좁은 연결 개구(42, 54)가 상기 공명 챔버(51) 또는 안테나 공동부(52)의 벽(43)의 부분(41)에 통합되고, 상기 부분(41)은 상기 벽(43)의 다른 부분에 이동가능하게 고정되며, 상기 연결 개구(42, 54)의 위치 변경에 의해 핵 연료 내 정해진 온도 프로파일이 조절되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 마이크로파 방사기(56)의 주파수에 매칭된 횡단면을 갖는 세장형 안테나 공동부(53), 그리고 더 큰 횡단면을 가지며 상기 안테나 공동부(51)에 대해 평행하게 배치되고 거의 동일한 길이를 갖는 공명 챔버(51)가 제공되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 공명 챔버(51) 내에 핵 연료를 포함하는 다수의 층(86)이 배치되는, 핵 연료 처리 방법.
제 10항에 있어서,

상기 핵 연료(86)가 대칭 구조로 상기 공명 챔버(51)의 중심축 주위로 상기 공명 챔버(51)의 횡단면에 걸쳐 분포되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

마이크로파가 상기 제 2 마이크로파 방사기(56)로부터 상기 제 2 안테나 공동부(53) 내로 공급되며, 상기 제 2 안테나 공동부(53)는 다수의 좁은 연결 개구를 통해 마찬가지로 마이크로파를 상기 공명 챔버(51) 내로 방사하는, 핵 연료 처리 방법.
제 12항에 있어서,

적어도 4개의 안테나 공동부가 마이크로파를 상기 공명 챔버(51) 내로 공급하는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 마이크로파가 0.4 내지 30 GHz의 주파수로 발생되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 핵 연료가 각각 금속 관(61)을 통과해서 상기 공명 챔버(51) 내로 공급되고, 상기 공명 챔버(51)로부터 배출되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 핵 연료가, 실질적으로 마이크로파가 없으며 고온 소결 가스로 채워진 챔버(77)를 통해 상기 공명 챔버(51) 내로 공급되며, 실질적으로 마이크로파가 없으며 저온 소결 가스로 채워진 챔버(77)를 통해 상기 공명 챔버(51)로부터 배출되는, 핵 연료 처리 방법.
제 1항 또는 2항에 있어서,

상기 핵 연료가 상기 공명 챔버(51) 내에 배치된 절연체(80a, 80b)를 통해 이송되며, 상기 절연체(80a, 80b)는 열 방사를 막는, 핵 연료 처리 방법.
가스 분사 시스템 및 탈가스 시스템(15, 16), 핵 연료를 위한 적어도 하나의 지지 수단(10, 11, 12) 및 핵 연료의 공급 및 배출을 위한 입구(7)를 가지며 마이크로파를 반사하는 벽으로 모든 면이 차폐된 공명 챔버(20); 그리고

적어도 상기 공명 챔버(51)의 외부에 배치된 마이크로파 방사기(23)를 포함하는, 20 내지 2000 ℃에서 평균 1200 내지 1800 ℃의 온도로 핵 연료를 처리하기 위한 마이크로파 퍼니스에 있어서,

상기 마이크로파 방사기(23)가 마찬가지로 마이크로파를 반사하는 벽들로 모든 면이 차폐된 안테나 공동부(21) 내로 공급되며, 상기 안테나 공동부(21)는 분리벽(4)에 의해 공명 챔버(20)와 분리되고 상기 분리벽(4) 내의 적어도 하나의 좁은 개구(29)를 통해 공명 챔버(51)에 연결되며, 상기 안테나 공동부(21) 내에서 정상파가 발생하도록 상기 마이크로파 방사기(23)의 주파수에 매칭되는, 마이크로파 퍼니스.
제 18항에 있어서,

상기 안테나 공동부(21) 한 면의 최소 95%가 상기 분리벽(4)으로 형성되고, 최대 5 %가 상기 공명 챔버(20)로의 연결부로 형성되는, 마이크로파 퍼니스.
제 18항에 있어서,

상기 마이크로파 방사기(23)가 상기 안테나 공동부의 측면에 배치된 도파관 내에 배치되며, 상기 도파관은 안테나 공동부 내로 이어지며, 상기 좁은 개구(29)의 적어도 일부는 슬롯인, 마이크로파 퍼니스.
가스 분사 및 탈가스 시스템(62), 공급 및 배출을 위한 입구 및 그린 컴팩트를 위한 적어도 하나의 세장형 지지 수단(59)을 가지며, 마이크로파를 반사하는 벽들로 모든 면이 차폐된 세장형 공명 챔버(51); 및

한 단부에서는 상기 공명 챔버(51)로 개방된 개구를 형성하고 대향하는 폐쇄된 단부에는 마이크로파 방사기(56)를 가지며 상기 공명 챔버(51)의 길이방향 측에 있는 적어도 하나의 도파관(55)을 포함하도록 형성된, 1200 내지 1800 ℃의 평균 온도로 소결 가스 내에서 핵 연료의 성형 가압된 그린 컴팩트를 소결함으로써 핵 연료 소결체를 제조하기 위한 마이크로파 퍼니스에 있어서,

상기 도파관의 단부에 있는 개구가 마찬가지로 마이크로파를 반사하는 벽들로 모든 면이 차폐된 세장형 정방형 안테나 공동부(53) 내로 이어지고, 상기 안테나 공동부(53)는 상기 분리벽에 의해 상기 공명 챔버(51)와 분리되고, 상기 마이크로파 방사기(56)의 주파수에 상응하여 정상파를 생성하도록 설계되며, 상기 분리벽 내에 공명 챔버(51)의 길이 방향으로 서로에 대해 오프세팅된 다수의 슬롯(54)을 통해 상기 공명 챔버(51)에 연결되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 도파관(55)은 적어도 상기 개방된 단부에서 상기 마이크로파 방사기의 주파수에 매칭된 직사각형 횡단면을 갖는 직선 채널 부분(rectilinear channel piece)을 형성하는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

안테나 공동부(53) 내부로의 유입구와 상기 마이크로파 방사기(56) 사이의 상기 도파관(55)에 다이어프램(57)이 배치되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 마이크로파 방사기(56)의 주파수가 915 MHz 또는 2.45 GHz 인, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 마이크로파 방사기(56)가 1 내지 4 kW의 출력을 갖는 마그네트론 또는 클라이스트론인, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 안테나 공동부(21)의 길이가 마이크로파를 반사하는 표면을 갖는 쇼팅 플런저(shorting plunger)(28)에 의해 변화될 수 있는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(51)가 상기 슬롯(54)을 통해 적어도 하나의 부가의 안테나 공동부(53)에 연결되며, 상기 안테나 공동부(53) 내로 부가의 마이크로파 방사기(56)를 갖는 부가의 도파관(55)이 이어지는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버가 두 개의 연속 배치된 부분 챔버로 이루어지며, 마이크로파 방사에 의해 전력이 공급되는 적어도 하나의 안테나 공동부가 다수의 슬롯을 통해 상기 부분 챔버들에 연결되고, 연료용 지지 수단은 상기 두 개의 부분 챔버를 통해 연장되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 도파관(5) 및 상기 안테나 공동부(53)가 동일한 횡단면을 갖는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(51)는 정방형 횡단면을 가지며, 상기 횡단면은 상기 안테나 공동부(53)의 횡단면 보다 큰, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(51)의 횡단면의 측면은 공기 중에서의 마이크로파 방사 파장의 최소 4 분의 1, 그리고 최대 4 배인, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(51)에서 상기 핵 연료와 상기 벽 사이에 마이크로파를 투과하는 열 절연체(80a, 80b)가 배치되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버 및/또는 안테나 공동부의 벽은 미러링(mirror)되거나 폴리싱(polish)되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(85) 내에 핵 연료로 이루어진 각각의 층(86)을 위한 다수의 지지 수단(87)이 배치되며, 상기 층들 내의 핵 연료(86)는 상기 공명 챔버(85)의 길이방향 축을 중심으로 거의 대칭적으로 배치되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 지지 수단은 상기 공명 챔버(85)의 거의 중앙에 배치되며 상기 연료를 둘러싸며 상기 공명 챔버(51) 전체를 통해 연장되는 세라믹 관(88, 59)을 포함하는, 마이크로파 퍼니스.
제 35항에 있어서,

상기 가스 분사 및 탈가스 시스템(62)은 상기 관(59)의 내부로 이어지는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 가스 분사 및 탈가스 시스템(62)은 적어도 하나의 가스 로크(77)를 포함하며, 상기 가스 로크(77)는 동시에 상기 공명 챔버(51)로의 입구를 형성하는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

공급 및 배출을 위한 상기 입구가 금속 관(60, 61)을 포함하며, 상기 금속 관(60, 61)이 상기 공명 챔버(51)의 외부에 배치되고, 상기 금속관(60, 61)을 통해 연료가 운반되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

벽 내에 제공된 적어도 하나의 슬롯(42, 45)은 이동가능한, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 슬롯(92, 94)은 상기 공명 챔버(51)의 길이방향에서 서로에 대해 오프세팅되는, 마이크로파 퍼니스.
제 40항에 있어서,

상기 슬롯(92)들은, 상기 안테나 공동부(53)의 분리벽에서 상기 분리벽의 길이방향으로 한 측면에 모두 배치되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 분리벽으로 형성된 상기 안테나 공동부(53) 측면의 최대 5 %가 슬롯들로 형성되는, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 슬롯의 폭은 공기 중의 마이크로파 파장의 최대 8 %인, 마이크로파 퍼니스.
제 20항 또는 21항에 있어서,

상기 공명 챔버(51)의 서로 마주놓인 벽에서 두 개의 안테나 공동부가 슬롯들을 통해 상기 공명 챔버(51)에 연결되고 각각의 분리벽에 의해 분리되며, 상기 슬롯들은 상기 두 분리벽의 서로 마주보지 않는 영역 내에 배치되는, 마이크로파 퍼니스.
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