KR100643794B1 - 감마상 Ｕ―Ｍｏ 또는 Ｕ―Ｍｏ-Ｘ계 합금의 조대 입자가규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감마상 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법에 대한 것으로서, 핵연료와 Al 간의 반응 계면의 면적을 최소화하여 핵연료와 Al 기지 간의 과도한 반응을 방지하고 이에 의해 금속간 화합물 반응층의 형성을 억제하고, 기공 및 팽윤량의 발생을 최소화하며, 더욱이 핵연료 내부의 온도를 잘 전달할 수 있도록 열전도도를 높게 유지함으로써, 종래 U 합금 분산 핵연료에 비하여 사용 제한 출력, 온도 등 우수한 고온 조사 안정성 및 성능을 향상시키는 유용한 효과를 제공할 수 있다.

핵연료, 우라늄-몰리브데늄 합금, 연구로, 조대 입자, 단상 핵연료, 분산 핵연료, 판상 핵연료

Description

감마상 Ｕ―Ｍｏ 또는 Ｕ―Ｍｏ-Ｘ계 합금의 조대 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법{Fuels Arranged by Very Large U-Mo or U-Mo-X Spherical Particles and Its Manufacture}

도 1은 종래기술에 따른 분산 핵연료에 대한 조사 시험이 이루어진 우라늄과 몰리브데늄 합금의 조사후 사진;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 U 합금의 조대 입자가 1 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 개략도로서, (a)는 평면도, (b)는 측면도 및 (c)는 사시도;

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 U 합금의 조대 입자가 2 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 개략도;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 조대 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 원자로에서의 온도 분포를 유한 요소 해석(ANSYS)으로 계산한 결과를 나타낸 그래프; 및

도 5는 원심 분무법에 의해 제조된 우라늄과 몰리브데늄 합금의 구형 분말로서 300 ㎛ 내지 700㎛의 크기를 가지도록 조절된 결과를 보여주는 주사 전자현미경 사진.

본 발명은 감마상 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자를 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열함으로써, 핵연료 및 기지 간의 반응 계면적을 최소화하여 고온 조사 안정성 및 성능을 향상시킨 판상 핵연료 및 그 제조 방법에 대한 것이다.

우라늄을 핵분열하면 방사선과 다량의 열이 발산하게 되는데, 이때 열을 이용하는 것은 동력로라 하고 방사선을 이용하는 것은 연구로라고 한다. 핵연료는 상기 핵분열에 사용되는 물질을 말한다. 일반적으로, 연구로는 효율적인 연구를 위한 높은 중성자속을 얻기 위하여 90% 이상의 고농축 우라늄 합금을 핵연료로 사용하여 왔다. 농축 우라늄은 핵확산 위험이 커서 저농축 핵연료로 대체하고자 미국이 주축이 되어 1978년부터 저농축 우라늄 합금 핵연료를 개발하기 시작하였다. 우라늄 장입율을 높일 수 있는 고밀도의 핵연료를 개발하여 농축도를 낮추어 발생하는 문제를 해결하려는 것이다.

어느 정도 우라늄 밀도가 높으며 연소 안정성이 우수한 우라늄 합금 물질로 서 우라늄 실리사이드(U₃Si 또는 U₃Si₂)를 Al 기지 내에 분산시킨 금속기지 분산 핵연료가 개발되었다. 분산 핵연료는 우라늄 합금의 핵연료 물질 입자 형태로 열전도도가 높은 알루미늄과 같은 물질에 분산시킨 것으로 핵연료의 온도를 낮게 유지시킬 수 있다. 1980년 후반부터 고농축의 UAl_x 핵연료를 저농축의 우라늄 실리사이드 핵연료로 전환해 왔으며, 핵연료 물질로서 U₃Si₂를 사용하는 Al 기지 분산형 핵연료는 4.8 gU/cc까지 핵연료 장입을 필요로 하는 연구로를 성공적으로 전환해 왔다.

고성능의 연구로는 보다 높은 밀도의 핵연료가 필요하여 지속적인 연구가 이루어져 왔지만 충분한 정도의 고밀도 핵연료를 만들 수 없었고 사용후 핵연료 처분 방법 중 하나인 재처리가 어려운 새로운 문제에 부딪쳤다. 이에 따라 재처리가 용이하고 우라늄 실리사이드 핵연료 보다 우라늄 밀도가 높은 물질을 찾는 연구가 착수되었다. 여러 가지 후보물질 중에서 우라늄과 몰리브데늄 합금의 U-Mo 핵연료가 고밀도 핵연료로 만들 수 있고 원자로에서 핵연료로 사용할 때의 연소 안정성이 우수한 것으로 나타나 1990년대 후반부터 U-Mo 핵연료의 개발이 집중적으로 이루어지고 있다.

U-Mo 핵연료의 성능을 확인하기 위하여 단계적으로 조사시험하게 되었다. 낮은 출력으로 조사시험할 때는 좋은 결과를 얻을 수 있었으나 높은 출력에서는 핵연료가 파손되는 문제가 발생하였다. 높은 출력에서는 핵연료의 온도가 높게 되는데 알루미늄과 우라늄의 반응이 급격히 증가하며, 기공(pore)과 금속간 화합물인 UAl_x가 생성되는 것이다. 생성된 기공과 낮은 밀도의 UAl_x는 핵연료의 체적을 증가시켜 팽윤을 일으킨다. 기공과 낮은 열전도도의 UAl_x는 핵연료의 온도를 더욱 높여 팽윤을 더욱 많이 일으킨다. 과도한 팽윤은 핵연료 파손의 직접적인 원인이 된다.

알루미늄과 우라늄의 반응은 핵연료 입자와 알루미늄의 반응 계면적이 클수록 잘 일어난다. 핵연료 입자의 크기와 상관없이 생성되는 UAl_x의 두께는 거의 같아 반응 계면적이 클수록 UAl_x의 부피가 크다. UAl_x의 증가는 온도를 높이고 팽윤이 많이 되도록 일으키는 요인이 되기 때문에 반응 계면적을 줄여야 한다.

연구로용 핵연료는 크게 판형과 봉형으로 구분할 수 있는데, 판형의 U-Mo 단상 핵연료에 대한 조사시험이 미국 아르곤국립연구소(ANL; Argonne National Laboratory)에서 이루어져 좋은 성과를 얻었다.

그러나, 기존 100 ㎛ 미만의 U-Mo 합금 핵연료 입자를 사용하는 분산 핵연료에서는 고출력 조건의 원자로 내에서 연소시 Al 기지와 반응이 심하게 일어나며, 550℃ 이상의 고온에서는 팽윤이 급격하게 발생한다. 반면, 단상 핵연료가 반응 계면적을 크게 낮출 수 있어 주목되는데, 이는 매우 얇게 박판으로 가공해야 하는 단점을 가지고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 분산 핵연료에 대한 조사 시험이 이루어진 우라늄과 몰리브데늄 합금의 조사후 사진이다. 분산 핵연료는 알루미늄 기지에 우라늄 합금의 핵연료 입자가 분산되어 있고, 핵연료 입자 표면에 반응층이 형성되어 있음을 알 수 있다. 반응층의 두께는 핵연료 입자의 크기와는 상관없이 거의 일정함을 알 수 있다. 위 반응은 온도에 따라 증가하는데 525℃ 이상 되면 급격해져 과잉의 금속간 화합물이 생성되어 부피 팽창에 따른 크랙이 발생하는 원인이 된다. 상기 금속간 반응층은 낮은 열전도도를 가지므로 핵연료 입자와 Al 기지 간의 열전달을 저하시켜서 연소가 진행됨에 따라 핵연료 입자 중심부 온도가 점점 높아진다. 또한, 이 반응층은 낮은 밀도를 가지므로 핵연료 심재의 체적을 팽창시킴으로써 피복재를 파손시켜 핵연료의 안정성 및 성능에 큰 영향을 미치게 되는 중대한 문제점이 된다.

따라서, 핵연료와 기지간의 반응층이 형성될 수 있는 핵연료/기지 간 계면 면적을 감소시키는 핵연료의 제조가 절실히 요망된다.

이에 본 발명자 등은 상기 종래의 문제점들을 개선 내지는 해결하기 위하여 예의 연구를 한 결과, 감마상 안정성 U-Mo계 합금의 조대한 구형 입자를 제조하여 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열한 판상 핵연료를 이용하면, 핵연료와 Al 간의 반응 계면의 면적을 최소화하여 핵연료와 Al 기지 사이의 과도한 반응을 방지하고 이에 의해 금속간 화합물 반응층의 형성을 억제하여 기공 및 팽윤량의 발생을 최소화하며, 더욱이 핵연료 내부의 온도를 잘 전달할 수 있도록 열전도도를 높게 유지할 수 있음을 밝혀냄으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 핵연료와 Al 간의 반응 계면 면적을 최소화하여 핵연료와 Al 기지 사이의 과도한 반응을 방지하고 이에 의해 금속간 화합물 반응층의 형성을 억제하여 기공 및 팽윤량의 발생을 최소화하며, 더욱이 핵연료 내부의 온도를 잘 전달할 수 있도록 열전도도를 높게 유지할 수 있는 유용한 효과를 가져올 수 있도록 하는 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료를 제공한다.

또한, 본 발명은 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금으로 구성된 조대한 감마상 안정성 핵연료 구형 입자를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 구형 입자를 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 균일하게 배열한 다음, 알루미늄 기지 분말을 추가하고 압연하는 단계를 포함하는 판상 핵연료 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료를 포함한다.

알루미늄 피복재 위에는 알루미늄 분말이 적층될 수 있으며, 이는 상기 조대한 구형 입자 사이를 채우게 된다. 상기 알루미늄은 상기 조대한 구형 입자를 둘러싸고 있으며 열이 잘 전달될 수 있도록 하는 열매체의 역할을 한다. 조대한 구형 입자에서 발생한 열은 열전도도가 높은 상기 열매체로 전달되어 판상 핵연료 바깥으로 쉽게 빠져 나가게 되어 상기 조대한 구형 입자의 표면 온도가 낮아지게 한다.

구형 입자의 표면 온도가 높아지게 되면 U-Mo 또는 U-Mo-X와 알루미늄의 금속간 화합물 반응층을 형성하게 되어 핵연료 입자와 알루미늄 기지 간의 열전달을 저하시키게 된다. 이는 핵연료 중심부의 온도를 상승시키게 하는 요인이 된다. 일반적으로, 우라늄과 몰리브데늄 합금은 600℃ 이하에서 조사 안정성이 높은 것으로 알려져 있다. 또한, 상기 반응층은 낮은 밀도를 가지므로 핵연료의 체적을 팽창시킴으로써 피복재를 파손시켜 핵연료의 안정성 및 성능에 큰 영향을 미치게 하는 중대한 문제점이 된다.

그러므로, 상기 금속간 화합물 반응층 형성을 최소화하기 위해 반응 계면 면적을 작게 할 필요성과 반응 계면의 최대 온도를 낮추어 더욱 안정한 핵연료를 제조하기 위해 본 발명은 알루미늄 기지 내에 소정의 크기를 갖는 조대한 구형 입자를 도입한다.

따라서, 본 발명의 판상 핵연료에 도입되는 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자의 직경은 바람직하게는 300 내지 700 ㎛의 범위로 조절될 수 있다. 이때 상기 조대 입자의 직경이 300 ㎛ 미만인 경우 종래 분산 핵연료에서 나타나는 핵연료/기지 간 반응이 심하게 일어날 뿐만 아니라 팽윤이 급격히 발생하며, 반면 조대 입자의 직경이 700 ㎛를 초과하는 경우 700 ㎛의 두께를 갖는 판상 핵연료에 적용하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 입자의 최대 온도가 커서 핵연료용에 적절하지 못하므로 바람직하지 않다.

또한, 본 발명에 따른 상기 조대한 구형 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 제조 방법은, U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금으로 구성된 조대한 감마상 안정성 핵연료 구형 입자를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 구형 입자를 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 균일하게 배열한 다음, 알루미늄 기지 분말을 추가하고 압연하는 단계를 포함한다.

먼저, U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금으로 구성된 조대한 감마상 안정성 핵연료 구형 입자를 제조한다.

상기 U-Mo 합금 등 핵연료용 U 합금의 괴(ingot)를 주조한다. 이후, 상기 조대한 구형 입자의 제조 방법을 특별히 제한하는 것은 아니나, 바람직하게는 원심분무법 (centrifugal atomization) 또는 미세균일금속입자(uniform solder ball) 제조에 사용하는 초음파 분무법(ultrasonic atomization)으로 300~700㎛ 크기의 조대한 구형 핵연료 입자를 제조할 수 있다.

원심 분무법은 금속 용탕을 고속으로 회전하는 디스크 위에 부어 금속 용탕이 원심력에 의해 액적을 형성하며 낙하하는 중에 구형으로 냉각 응고되므로 금속입자를 생성하는 기술이다.

초음파 분무법은 바닥부에 구멍(orifice)을 갖는 도가니에 가열되어 있는 금속 용탕에 용탕에 진동을 주면서 불활성 가스 분위기로 가압을 하여 구멍으로부터 액적(droplet)이 형성되면서 냉각 가스 흐름의 역방향(count flow)으로 낙하하는 중에 냉각 응고되어 금속입자가 생성된다. 이 경우 액적의 크기는 구멍의 크기와 가스 압력 및 초음파 진동수에 영향을 받으며 상기 조건이 고정되면 액적의 크기는 거의 일정하고 최종 생산되는 U-Mo-X의 입자 크기는 거의 일정하다. 초음파 진동 발생장치는 압전소자(PZT) 또는 솔레노이드 진동자(solenoid vibrator)를 이용하고 장치의 구성으로는 소정의 주파수와 정현파를 발생시키는 진동발생기(function gemeratotr)와 그것을 관찰하는 오실로스코우프(osciloscope), 정현파를 증폭시키는 증폭기(amplifier) 및 변압기로 구성된다. U-Mo-X합금의 구형 입자 분말의 제조 조건을 예시하면 다음 표 1과 같다.

초음파 분무법에 의한 U- Mo -X합금의 구형 입자 제조조건

입자 직경 조건	700 ㎛	500 ㎛	300 ㎛
구멍 직경	약 350 ㎛	약 350 ㎛	약 350 ㎛
진동 주파수	약 1000 Hz	약 2000 Hz	약 3500 Hz
가스	Ar	Ar	Ar
압력	30 kPa	45 kPa	70 kPa
과열도	150 ℃	150 ℃	150 ℃
진공도	10-3 torr	10-3 torr	10-3 torr

제조된 조대한 구형 입자를 알루미늄 분말이 추가적으로 적층될 수 있는 알루미늄(Al) 피복재 위에 하나 이상, 바람직하게는 하나 또는 두 개의 층상으로 균일하게 배열한 다음, 알루미늄 기지 분말을 추가하고 압연한다.

본 발명은 배열 방법을 특히 제한하는 것은 아니나, 그 바람직한 배열 방법을 예시하면 다음과 같다.

첫째로는, Al 피복재가 핵연료 입자층과 접하는 면에 격자 형태의 홈을 가공 또는 성형하여 조대한 구형 핵연료 입자가 홈을 따라 배열하도록 한 후 Al 분말을 틈새에 넣고 압연하는 방법이다. 홈의 간격을 조절함에 따라 충진 밀도를 조절할 수 있다.

둘째로는, Al 피복재 위에 Al 분말을 적층한 후 와이어 메쉬 (wire mesh) 위에 균일하게 배열된 조대한 구형 핵연료 입자를 내려 놓은 뒤 와이어 메쉬를 분말 아래쪽을 통해 빼낸 후 압연하는 방법이다. 만일, Al 재질의 와이어 메쉬를 사용한다면 와이어 메쉬를 빼내지 않고 압연할 수도 있다.

셋째로는, Al 피복재를 상자형으로 가공한 후 그 안에 구형 분말을 장입하고 진동에 의해 자체적으로 자리를 잡아 균일하게 배열하도록 한 후 Al 분말을 틈새에 넣고 압연하는 방법이다. 구형 입자들이 스스로 조밀 충진 (close packing)되는 경향을 이용하는 것으로 최대 충진 밀도를 얻을 때 사용할 수 있는 방법이다.

넷째로는, 조대한 구형 핵연료 입자와 직경이 같은 구형 돌기가 새겨진 금형을 가공하여 Al 적층 분말을 압분한 후 상기 조대한 구형 핵연료 입자를 압분체 위에 장입하고 Al 분말을 덮어 압연하는 방법이 있을 수 있다.

기타, 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 숙련된 기술전문가는 상기의 배열 방법 이외에도 다양한 변형 및 변경을 가할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 본 발명의 판상 핵연료 제조

핵연료 조사 시편의 제조를 위하여 우선 U-Mo 모합금 괴(ingot)를 진공유도가열 용융주조법으로 제조하였다. 250 ㎛ 크기의 구멍이 바닥에 있는 도가니에 U-Mo-X 모합금 괴를 장입하고 Ar 분위기 하에서 가열을 하여 용탕이 형성된 시점에서 온도를 측정하고 측정 온도보다 150 ℃ 더 이상 되도록 추가로 가열 승온 시킨다. 도가니 하부 용탕적이 낙하하는 통로에 불활성 냉각 Argon 가스를 공급하여 하부에서 상부로 흐르게 하고 2000 Hz로 설정된 진동발생기를 작동함과 동시 도가니에 불활성 기체 Argon으로 압력을 45 kPa로 주어서, 500 ㎛ 크기의 조대한 구형 핵연료 입자를 제조하였다. 감마상 조직이 되도록 1000℃에서 6 시간 동안 Mo 균질화 시킨 후 급냉시켜 감마상이 형성되도록 하였다. 제조된 조대한 구형 핵연료 입자를 격자 형태의 홈을 형성한 Al 피복재 위에 1 층으로 규칙적으로 배열한 다음, 알루미늄 분말을 틈새에 넣고 압연하여 본 발명의 판상 핵연료를 완성하였다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 U 합금의 조대 입자가 1 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 개략도를 나타낸 것으로, (a)는 본 발명의 조대 입자가 1 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 평면도를 나타낸 것이고, (b)는 본 발명의 조대 입자가 1 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 측면도를 나타낸 것이며, 그리고 (c)는 본 발명의 조대 입자가 1 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 사시도를 각각 나타낸 것이다.

< 실시예 2> 본 발명의 판상 핵연료 제조

조대한 구형 핵연료 입자를 2 층으로 규칙적으로 배열하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 본 발명의 판상 핵연료를 완성하였다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 U 합금의 조대 입자가 2 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 개략도를 나타낸 것으로, (a)는 본 발명의 조대 입자가 2 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 정면도를 나타낸 것이고, (b)는 본 발명의 조대 입자가 2 층으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 측면도를 각각 나타낸 것이다.

< 비교예 1> 분산 핵연료

U-Mo계 합금 핵연료 및 알루미늄이 고르게 혼합된 판상의 분산 핵연료를 준비하였다.

< 실험예 1> 본 발명의 핵연료봉의 온도분포 계산 및 성능 예측 시험

본 발명의 판상 핵연료의 온도 분포 계산은 유한요소해석(ANSYS) 코드를 이용하였으며, 도 4에서 보는 바와 같이 실시예 1에 다른 조대 입자가 규칙적으로 배열된 판상 핵연료의 원자로에서의 온도 계산 모델을 설정하였다.

본 발명의 조대한 구형 입자를 사용할 경우의 온도 계산은 프랑스의 고출력 원자로인 JHR 원자로의 히트 플럭스 (heat flux)인 560 W/㎠을 기준으로 할 때, 열출력 밀도는 조대 입자의 배열에서 2.65×1010 W/㎤ 으로 계산되었다. 아래의 열전달식을 계산하면,

핵연료 입자(15 W/mK)의 중심과 외부 계면 사이의 ΔT는 36℃이었다.

또한, 핵연료의 부피 분율은 0.605로 계산되었으며 이를 감안하여 0.25 mm인 알루미늄 피복재(230 W/mK) 내에서 일어나는 온도 차이는 9.4℃로 계산되었다. 따라서, 조대 입자를 사용할 때의 온도 증가가 그리 크지 않음을 알 수 있다.

한편, 비교 예 1의 분산 핵연료에서 중심부분의 최고 계면온도는 214℃ 이었다.

도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 조대한 구형 입자가 하나의 층으로 배열된 판상 핵연료의 최대 온도는 195.372℃이고, 핵연료 계면에서의 계면 온도는 142.69℃이었다.

상기한 결과에서 보는 바와 같이, 핵연료 입자의 최대 계면 온도가 비교예 1의 분산 핵연료의 최고 계면 온도인 214℃ 보다 낮아 Al 기지와 U-Mo 핵연료의 반응을 줄일 수 있고 핵연료의 최대 온도가 195.372℃로 핵연료로서 적절함을 알 수 있다.

본 발명의 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료 및 그 제조 방법에 의하면, 핵연료와 Al 간의 반응 계면 면적이 최소화되는 구조로 되어 핵연료와 Al 기지 사이의 과도한 반응을 방지하고 이에 의해 금속간 화합물 반응층의 형성을 억제하므로 기공 및 팽윤량의 발생을 최소화하고, 더욱이 핵연료 내부의 온도를 잘 전달할 수 있도록 열전도도를 높게 유지함으로써, 기존 U 합금 분산 핵연료에 비하여 사용 제한 출력, 온도 등 우수한 고온 조사 안정성 및 성능을 향상시키는 유용한 효과를 제공한다.

Claims (5)

1. 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자가 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 규칙적으로 배열된 판상 핵연료.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 감마상 안정성 U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금의 조대한 구형 입자의 직경은 300 내지 700 ㎛ 범위임을 특징으로 하는 판상 핵연료.
3. U-Mo 또는 U-Mo-X계 합금으로 구성된 조대한 감마상 안정성 핵연료 구형 입자를 제조하는 단계;및

   상기 제조된 구형 입자를 알루미늄 피복재 위에 하나 이상의 층상으로 균일하게 배열한 다음, 알루미늄 기지 분말을 추가하고 압연하는 단계를 포함하는 판상 핵연료 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 알루미늄 피복재 위에 알루미늄 분말을 적층하는 단계를 추가적으로 포함함을 특징으로 하는 판상 핵연료 제조 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 조대한 감마상 안정성 핵연료 구형 입자는 원심 분무법 및 초음파 분무법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 용융 분무법을 사용하여 300 내지 700 ㎛ 범위로 제조됨을 특징으로 하는 판상 핵연료 제조 방법.

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