KR101075573B1 - Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium - Google Patents
Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium Download PDFInfo
- Publication number
- KR101075573B1 KR101075573B1 KR1020090038948A KR20090038948A KR101075573B1 KR 101075573 B1 KR101075573 B1 KR 101075573B1 KR 1020090038948 A KR1020090038948 A KR 1020090038948A KR 20090038948 A KR20090038948 A KR 20090038948A KR 101075573 B1 KR101075573 B1 KR 101075573B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cladding
- fuel rod
- nuclear fuel
- zirconium
- electrolyte solution
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/02—Fuel elements
- G21C3/04—Constructional details
- G21C3/06—Casings; Jackets
- G21C3/08—Casings; Jackets provided with external means to promote heat-transfer, e.g. fins, baffles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C16/00—Alloys based on zirconium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 지르코늄을 포함하는 핵연료봉의 클래딩 표면의 미세요철 형성방법은, 제1 극에 상기 핵연료봉의 클래딩을 위치시켜 양극을 연결하고, 제2 극에 전도체판을 위치시켜 음극을 연결하는 단계, 상기 핵연료봉의 클래딩을 전해질 용액 내에 담그는 단계, 상기 핵연료봉의 클래딩 표면에서 산화반응이 일어나도록 상기 양극과 음극에 전압을 인가하는 단계를 포함한다. 이 때, 상기 전해질 용액의 온도는 10℃ 이하를 유지하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a method of forming a micro-convex surface of a cladding surface of a nuclear fuel rod including zirconium includes: placing a cladding of the nuclear fuel rod on a first pole to connect a positive electrode, and placing a conductor plate on a second pole. Connecting, immersing the cladding of the fuel rods in an electrolyte solution, and applying a voltage to the positive and negative electrodes to cause an oxidation reaction on the cladding surface of the fuel rods. At this time, the temperature of the electrolyte solution is characterized in that to maintain 10 ℃ or less.
핵연료봉, 지르칼로이, 클래딩, 미세요철, 임계열유속 Nuclear Fuel Rod, Zircaloy, Cladding, Fine Iron, Critical Heat Flux
Description
본 발명은 핵연료봉의 클래딩 표면 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of treating a cladding surface of a nuclear fuel rod.
지르코늄은 녹는 점이 섭씨 1,852도에 달하며 화학적으로 안정해 외부로부터의 부식에 매우 강한 저항력을 보이는 특성이 있다. 그렇기 때문에 지르코늄 또는 그 합금, 산화물은 원자력 발전소의 연료봉 피막이나 녹슬지 않는 세라믹제 주방기구, 화학약품을 다루는 도구 등 부식되어서는 안 되는 용품들에 사용되고 있다.Zirconium has a melting point of 1,852 degrees Celsius and is chemically stable, and has a very strong resistance to corrosion from the outside. For this reason, zirconium or its alloys and oxides are used in non-corrosive items such as fuel rod coatings, rust-resistant ceramic kitchen utensils, and tools for handling chemicals in nuclear power plants.
한편, 핵연료는 핵분열 과정에서 생성되는 폐기물이 냉각재에 섞여 밖으로 유출되지 않도록 알루미늄이나 마그네슘 피막에 싸여 있다. 경수로의 경우 저농축 이산화우라늄(UO2) 분말을 지름 2cm, 높이 2cm인 원기둥의 정제로 성형 소결하여 다갈색의 펠릿(pellet)을 만들고 이것을 고온의 냉각수에 대해 내부식성이 좋은 지르코늄 합금(zircaloy)으로 피복한 약 3mm의 가는 금속관에 넣고 양쪽 끝을 밀봉한다. On the other hand, the nuclear fuel is wrapped in aluminum or magnesium film so that the waste generated in the nuclear fission process is mixed with the coolant so that it does not leak out. In the case of a light water reactor, low-concentration uranium dioxide (UO 2 ) powder is molded and sintered into a cylindrical tablet having a diameter of 2 cm and a height of 2 cm to make a pellet of dark brown, which is made of a zircaloy which has good corrosion resistance against high temperature cooling water. Place in a thin metal tube, approximately 3 mm in diameter, and seal both ends.
보통 수십 내지 수백 개를 한 뭉치로 하여 연료집합체를 만들고 하나의 단위로 이용하는데 원자로 안에는 이러한 집합체가 수백 개 들어 있다. 피복관은 열전도가 잘 되게 하기 위해 두께 1mm 이하로 만드는데, 핵분열시 연료 펠릿의 중심 온도는 약 200℃, 표면 온도는 600℃이며 핵연료봉의 내면과 표면온도는 각각 400℃와 300℃ 정도이다.Usually, a bundle of tens or hundreds is used to make a fuel assembly and use it as a unit. There are hundreds of such assemblies in a reactor. The cladding tube is made less than 1mm thick for good thermal conduction. In nuclear fission, the center temperature of fuel pellets is about 200 ℃, the surface temperature is 600 ℃, and the inner and surface temperatures of nuclear fuel rods are about 400 ℃ and 300 ℃, respectively.
이와 같이 고온에 노출되는 연료봉은 파열되거나 하는 경우 핵분열 생성물이 외부로 노출되어 심각한 문제를 초래할 수 있으므로, 그 안정성을 높이기 위한 노력이 지속적으로 필요한 실정이다.As such, the rods that are exposed to high temperatures may be severely exposed to fission products when they are ruptured, causing serious problems. Therefore, efforts to increase their stability are constantly needed.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 원자력 발전소에서 사용되는 핵연료봉의 안정성을 높이기 위해 지르코늄을 포함하는 클래딩 표면이 친수성을 갖도록 그 표면에 미세요철을 형성하는 방법을 제공하고자 한다.Based on the technical background as described above, the present invention is to provide a method for forming fine iron on the surface so that the cladding surface containing zirconium has a hydrophilic to increase the stability of the nuclear fuel rods used in nuclear power plants.
본 발명의 일 실시예에 따른 지르코늄을 포함하는 핵연료봉의 클래딩 표면의 미세요철 형성방법은, 제1 극에 상기 핵연료봉의 클래딩을 위치시켜 양극을 연결하고, 제2 극에 전도체판을 위치시켜 음극을 연결하는 단계, 상기 핵연료봉의 클래딩을 전해질 용액 내에 담그는 단계, 상기 핵연료봉의 클래딩 표면에서 산화반응이 일어나도록 상기 양극과 음극에 전압을 인가하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, a method of forming a micro-convex surface of a cladding surface of a nuclear fuel rod including zirconium includes: placing a cladding of the nuclear fuel rod on a first pole to connect a positive electrode, and placing a conductor plate on a second pole. Connecting, immersing the cladding of the fuel rods in an electrolyte solution, and applying a voltage to the positive and negative electrodes to cause an oxidation reaction on the cladding surface of the fuel rods.
이 때, 상기 전해질 용액의 온도는 10℃ 이하를 유지하는 것을 특징으로 한다. 상기 전해질 용액의 온도를 0℃ 내지 10℃ 의 범위 내를 유지하면서 상기 방법을 수행할 수 있다.At this time, the temperature of the electrolyte solution is characterized in that to maintain 10 ℃ or less. The method may be performed while maintaining the temperature of the electrolyte solution within a range of 0 ° C to 10 ° C.
상기 전해질 용액은 0.01 내지 1.0중량%의 범위에 속하는 불산(HF) 용액을 사용할 수 있다.The electrolyte solution may be used a hydrofluoric acid (HF) solution in the range of 0.01 to 1.0% by weight.
상기 양극과 음극에 인가하는 전압은 20V 내지 40V의 범위에 속하도록 설정하여 상기 방법을 수행할 수 있다.The voltage applied to the positive electrode and the negative electrode may be set to be in the range of 20V to 40V to perform the method.
상기 양극과 음극에 전압을 인가하는 시간은 10분 내지 30분의 범위에 속하도록 설정하여 상기 방법을 수행할 수 있다.The time for applying the voltage to the positive electrode and the negative electrode may be set to fall within the range of 10 minutes to 30 minutes to perform the method.
상기한 바와 같은 지르코늄을 포함하는 핵연료봉 클래딩 표면의 미세요철 형성방법에 의하면, 양극산화법을 통하여 MEMS 등의 공법에 비하여 저렴하게 지르코늄 및 지르코늄 합금 표면에 미세구조물이 형성된 친수성 산화막을 형성할 수 있다. According to the method of forming the fine iron on the surface of the nuclear fuel rod cladding containing zirconium as described above, it is possible to form a hydrophilic oxide film having a microstructure formed on the surface of the zirconium and zirconium alloys inexpensively as compared to a method such as MEMS through anodization.
아울러 양극산화법을 통하여 대면적의 곡면 형상의 표면에도 가공이 가능하므로, 핵연료봉과 같은 원통형상의 표면을 용이하게 친수성 표면으로 제작할 수 있다.In addition, since it is possible to process a large surface of the curved surface through anodization, it is possible to easily produce a cylindrical surface such as a nuclear fuel rod hydrophilic surface.
핵연료봉 클래딩 표면을 친수성 표면으로 형성함에 따라 액체에 대한 접촉각이 작아지게 되면서 열전달 효율이 상승하므로, 원자력 발전소의 효율을 증가시킬 수 있다.As the fuel rod cladding surface is formed as a hydrophilic surface, the heat transfer efficiency increases as the contact angle to the liquid decreases, thereby increasing the efficiency of the nuclear power plant.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
선행연구(Kandlikar, S, G., 2001, "A Theoretical Model to Predict Pool Boiling CHF Incorporating Effects of Contact Angle and Orientation," Journal of Heat Transfer, Vol. 123, pp. 1071-1079. 참고)에 따르면, 비등 가열장치에서 히터의 표면이 친수성에 가까울수록 임계열유속(critical heat flux, CHF)이 증가한다. 임계열유속이란 히터를 가동하면서 열유속(heat flux)을 늘려나갈 때 더 이상 유체로 이동하는 열유속이 증가하지 않고 히터의 표면 온도가 급격히 올라가는 지점을 말한다. 이 지점에서 무리하게 가열을 계속하면 히터가 열을 이기지 못하고 부서져 버리기 때문에 실제 열기관은 안전을 위하여 임계열유속점보다 낮은 수준에서 작동한다.According to a preceding study (Kandlikar, S, G., 2001, "A Theoretical Model to Predict Pool Boiling CHF Incorporating Effects of Contact Angle and Orientation," Journal of Heat Transfer, Vol. 123, pp. 1071-1079.) The critical heat flux (CHF) increases as the surface of the heater approaches hydrophilicity in a boiling heater. The critical heat flux refers to the point where the surface temperature of the heater rises rapidly without increasing the heat flux moving to the fluid when the heat flux is increased while the heater is operating. If the heating continues excessively at this point, the heater does not overcome the heat and breaks down, so the actual heat engine operates at a lower level than the critical heat flux point for safety.
표면 개질을 통해 임계열유속점을 상승시키면 열기관을 좀 더 높은 온도에서 가동할 수 있게 되므로 랭킨 사이클의 원리에 따라 에너지 효율이 높아진다. 또한 실제 작동온도를 높이지 않게 되더라도 운전시의 열유속과 임계열유속 사이의 차가 커지므로 그만큼 안정성이 더 높아지는 장점이 있다.Increasing the critical heat flux point through surface modification allows the heat engine to operate at higher temperatures, which increases energy efficiency according to the Rankine cycle principle. In addition, even if the actual operating temperature is not increased, the difference between the heat flux and the critical heat flux at the time of operation becomes large, so that there is an advantage of higher stability.
이러한 원리를 원자력 발전소에 적용하여 고온에 노출되는 핵연료봉의 클래딩(cladding) 표면을 친수성 표면으로 제작함으로써 임계열유속점을 상승시킬 수 있으며 결과적으로 보다 높은 안정성을 확보할 수 있다.By applying this principle to a nuclear power plant, the cladding surface of a nuclear fuel rod exposed to high temperature can be made into a hydrophilic surface, thereby increasing the critical heat flux point and consequently obtaining higher stability.
도 1는 원자력 발전소에서 사용되는 연료집합체를 구성하는 핵연료봉을 예시적으로 도시한 개략도이고, 도 2은 원자력 발전소에서 사용되는 연료집합체를 예시적으로 도시한 개략도이다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a fuel rod constituting a fuel assembly used in a nuclear power plant, and FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a fuel assembly used in a nuclear power plant.
이산화우라늄(UO2) 펠릿(소결체)를 내장한 핵연료봉(10)은 16x16으로 배열되어 지지격자(spacer grid)(21, 23)로 고정시켜서 핵연료집합체(20)를 이룰 수 있 다. 상기 핵연료봉(10)은 원통형으로 이루어지며, 마찬가지로 원통형으로 이루어지는 복수 개의 펠릿(12)이 내부에 쌓이게 되고, 핵연료봉(10) 내에서 펠릿(12)의 이동을 방지하기 위하여 상부에 압축스프링(15)이 삽입될 수 있다.
이러한 핵연료봉(10)의 외피를 형성하는 클래딩(17)은 크로뮴과 철을 혼합한 지르코늄과 주석의 합금인 지르코늄 합금(zircaloy)으로 이루어질 수 있다.The
한편, 고체의 표면을 친수성으로 만들기 위해서는 표면의 화학적 특성을 변화시키는 방법과 마이크로 스케일 또는 나노 스케일에서의 표면형상을 변화시키는 방법이 있는데, 본 발명의 실시예에서는 마이크로 스케일 또는 나노 스케일에서의 표면형상을 변화시키는 방법을 채택한다.Meanwhile, in order to make the surface of the solid hydrophilic, there are a method of changing the chemical properties of the surface and a method of changing the surface shape at the micro scale or the nano scale. In the embodiment of the present invention, the surface shape at the micro scale or the nano scale is used. Adopt ways to change
즉, 본 실시예에서는 핵연료봉의 클래딩에 양극산화법을 적용하여 전기화학적으로 상기 클래딩 표면의 산화를 촉진하면서 마이크로/나노 스케일의 구조물을 표면에 형성할 수 있다. 이와 같은 양극산화법은 기본적으로 청정시설이 필요해 기초 투자비용이 많이 들고 대면적이나 곡면에 적용하기 어려운 포토리소그래피법을 사용하는 MEMS (microelectromechanical system) 공정에 비하여 저렴하면서도 대면적 또는 곡면 등에도 적용할 수 있는 장점이 있다.That is, in this embodiment, by applying anodization to the cladding of the nuclear fuel rod, it is possible to form a micro / nano-scale structure on the surface while electrochemically promoting the oxidation of the cladding surface. Such anodization is basically cheaper than the MEMS (microelectromechanical system) process using photolithography, which requires a clean facility, which requires a lot of investment, and is difficult to apply to large areas or curved surfaces. There is an advantage.
지르코늄을 포함하는 핵연료봉의 클래딩 표면에 양극산화법을 적용하기 위하여, 먼저 제1 극에 상기 핵연료봉의 클래딩을 위치시켜 양극을 연결하고, 제2 극에 전도체판을 위치시켜 음극을 연결한다. 상기 음극에 연결하는 전도체판으로는 백금으로 이루어진 전도체판을 사용할 수 있다.In order to apply the anodic oxidation method to the cladding surface of the fuel rod containing zirconium, first, the cladding of the fuel rod is placed on the first pole to connect the anode, and the conductor plate is placed on the second pole to connect the cathode. As the conductive plate connected to the negative electrode, a conductive plate made of platinum may be used.
그리고 상기 양극에 연결한 핵연료봉 클래딩과 상기 음극에 연결한 전도체판 을 전해질 용액 내에 담근다. 상기 전해질 용액으로는 0.01 내지 1.0중량%의 범위에 속하는 불산(HF) 용액을 사용할 수 있다. 0.01중량% 미만의 불산용액에서는 산화반응의 속도가 너무 느려 실제로 적용하기 어려운 문제가 있고, 1.0중량% 초과의 불산용액에서는 상기 핵연료봉 클래딩의 산화막이 전부 벗겨져 전해연마의 효과를 내므로 친수성 표면을 만들 수 없다.Then, the nuclear fuel rod cladding connected to the positive electrode and the conductor plate connected to the negative electrode are immersed in the electrolyte solution. As the electrolyte solution, a hydrofluoric acid (HF) solution in the range of 0.01 to 1.0% by weight can be used. In hydrofluoric acid solution of less than 0.01% by weight, the rate of oxidation reaction is too slow to be practically applied, and in hydrofluoric acid solution of more than 1.0% by weight, the oxide film of the fuel rod cladding is peeled off to give the effect of electropolishing. Can't make it.
그리고 나서, 상기 양극과 음극에 전압을 인가하면 상기 핵연료봉의 클래딩 표면에서 산화반응이 시작된다.Then, when a voltage is applied to the anode and the cathode, an oxidation reaction starts at the cladding surface of the fuel rod.
이 때, 외부 냉각수의 온도를 조절하여 산화반응을 일으킬 온도를 변화시킬 수 있는데, 상기 전해질 용액의 온도를 10℃ 이하로 유지할 수 있으며, 0℃ 내지 10℃ 의 범위 내로 유지할 수 있다. 상기 전해질 용액의 온도를 0℃ 미만으로 하면 산화반응의 속도가 너무 느려 실제로 적용하기 어려운 문제가 있고, 10℃ 초과로 유지하면 상기 핵연료봉 클래딩의 산화막이 벗겨져 버리므로 친수성 표면을 형성할 수 없다.At this time, by adjusting the temperature of the external cooling water to change the temperature causing the oxidation reaction, the temperature of the electrolyte solution can be maintained at 10 ℃ or less, it can be maintained in the range of 0 ℃ to 10 ℃. If the temperature of the electrolyte solution is less than 0 ° C., the rate of oxidation reaction is too slow to be practically applied. If the temperature is maintained above 10 ° C., the oxide film of the fuel rod cladding is peeled off, and thus a hydrophilic surface cannot be formed.
또한 상기 양극과 음극에 인가하는 전압은 20V 내지 40V의 범위 내에서 선택하여 인가할 수 있으며, 상기 양극과 음극에 전압을 인가하는 시간은 10분 내지 30분의 범위에 속하도록 설정할 수 있다. 인가 전압이 20V 미만이면 산화반응의 속도가 너무 느려 실제로 적용하기 어려운 문제가 있고, 40V 초과이면 상기 핵연료봉 클래딩의 산화막이 전부 벗겨져 전해연마의 효과를 내므로 친수성 표면을 만들 수 없다. 또한 반응시간을 10분 미만으로 하는 경우 형성되는 핵연료봉 클래딩의 표면의 젖음성이 충분하지 못하고, 30분 초과하는 하는 경우에는 상기 핵연료봉 클래딩 의 산화막이 벗겨져 버리므로 친수성 표면을 형성할 수 없다.In addition, the voltage applied to the positive electrode and the negative electrode can be selected and applied within the range of 20V to 40V, the time for applying the voltage to the positive electrode and the negative electrode can be set to fall within the range of 10 minutes to 30 minutes. If the applied voltage is less than 20V, the oxidation reaction is too slow to be practically applied. If the applied voltage is more than 40V, the oxide film of the fuel rod cladding is completely peeled off, thereby producing an electropolishing effect, and thus a hydrophilic surface cannot be made. In addition, when the reaction time is less than 10 minutes, the wettability of the surface of the fuel rod cladding formed is not sufficient, and when the reaction time exceeds 30 minutes, the oxide film of the fuel rod cladding is peeled off, so that a hydrophilic surface cannot be formed.
이상과 같은 방법으로 지르코늄을 포함하는 핵연료봉의 클래딩 표면에 양극산화공정을 수행하면, 상기 클래딩 표면은 접촉각이 10도 내외로 작은 친수성을 나타내게 된다. 접촉각은 통상적으로 금속 등의 고체 표면에 액적이 부착되면서 액적의 표면과 액적이 부착된 고체면이 이루는 각도를 측정한 것이다.When the anodization process is performed on the cladding surface of the nuclear fuel rod containing zirconium in the above manner, the cladding surface exhibits a small hydrophilicity with a contact angle of about 10 degrees. The contact angle is a measure of the angle between the surface of the droplet and the solid surface to which the droplet is attached, while the droplet is usually attached to a solid surface such as a metal.
[실험예][Experimental Example]
양극에 지르코늄 합금으로 이루어진 핵연료봉 클래딩을 연결하고 음극에 백금판을 연결한 후 불산(HF) 용액을 전해질 용액으로 하여 양극산화법을 수행하였다. 이 때, 하기 표 1과 같이 전해질 용액의 농도, 전해질 용액의 온도, 인가전압 및 반응시간을 변화시켜가며 수행하였다.A fuel rod cladding made of a zirconium alloy was connected to the positive electrode, and a platinum plate was connected to the negative electrode, and anodization was performed using a hydrofluoric acid (HF) solution as an electrolyte solution. At this time, as shown in Table 1 was carried out while varying the concentration of the electrolyte solution, the temperature of the electrolyte solution, the applied voltage and the reaction time.
[표 1] TABLE 1
즉, 실시예1 내지 3은 0.5중량%의 불산용액을 10℃로 유지하면서 인가전압을 30V 또는 15V로 변화시키고, 반응시간을 각각 30분, 20분, 60분으로 설정하여 수행하였다.That is, Examples 1 to 3 were carried out by changing the applied voltage to 30V or 15V while maintaining a 0.5% by weight hydrofluoric acid solution at 10 ℃, and set the reaction time to 30 minutes, 20 minutes, 60 minutes respectively.
비교예1은 양극산화를 전혀 수행하지 않았으며, 비교예2 및 3은 전해질 용액의 온도를 상온(25℃)으로 유지하면서 불산 용액의 농도를 0.5중량% 또는 0.1중량%로 달리하였고, 인가전압은 5V로 하였으며, 반응시간은 각각 20분, 30분으로 설정 하여 수행하였다.Comparative Example 1 did not perform anodization at all, and Comparative Examples 2 and 3 varied the concentration of the hydrofluoric acid solution to 0.5% by weight or 0.1% by weight while maintaining the temperature of the electrolyte solution at room temperature (25 ° C). Was 5V, and the reaction time was set to 20 minutes and 30 minutes, respectively.
실시예1의 결과는 도 3 및 도 4에 나타내었으며, 실시예2 및 3의 결과는 도 5와 도 6에 각각 나타내었다. 또한 비교예1은 도 7에 나타내었으며, 비교예2 및 3은 도 8과 도 9에 각각 나타내었다.The results of Example 1 are shown in FIGS. 3 and 4, and the results of Examples 2 and 3 are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. In addition, Comparative Example 1 is shown in FIG. 7, and Comparative Examples 2 and 3 are shown in FIGS. 8 and 9, respectively.
비교예1(양극산화 처리하지 않음)과 비교하여, 실시예1 내지 3의 경우 표면에 다양한 패턴의 마이크로/나노 구조물이 형성되었음을 확인할 수 있다. In comparison with Comparative Example 1 (not anodizing), it can be confirmed that in Examples 1 to 3, various patterns of micro / nano structures were formed on the surface.
또한 도 8과 도 9를 참조하면, 비교예2와 3의 경우 산화막이 벗겨져 마이크로/나노 구조물이 관찰되지 않았으며, 양극산화 처리하지 않은 비교예1의 표면과 유사한 형태로 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 특히 비교예3의 경우에는 부분적으로 산화막이 벗겨지면서 불균일한 표면을 형성하여 접촉각을 측정할 수 없었다.8 and 9, in Comparative Examples 2 and 3, the oxide film was peeled off and no micro / nano structure was observed. . In particular, in Comparative Example 3, the contact angle could not be measured because the oxide film was partially peeled off to form a non-uniform surface.
도 10과 도 11을 참조하여 비교예1의 표면에서의 접촉각과 실시예1의 표면에서의 접촉각을 비교해보면, 비교예1은 접촉각이 대략 70도 정도가 측정된 반면, 실시예1은 접촉각이 대략 8도 정도가 측정되었으며, 실시예2와 3은 각각 10도와 12도로 측정되었다.When comparing the contact angle on the surface of Comparative Example 1 with the contact angle on the surface of Example 1 with reference to FIGS. 10 and 11, in Comparative Example 1 the contact angle is measured about 70 degrees, while in Example 1 About 8 degrees were measured, and Examples 2 and 3 were measured at 10 degrees and 12 degrees, respectively.
따라서 지르코늄을 포함하는 핵연료봉 클래딩 표면이 양극산화법을 통해 친수성 표면으로 변화되었음을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the surface of the nuclear fuel rod cladding containing zirconium was changed to a hydrophilic surface through anodization.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
도 1는 원자력 발전소에서 사용되는 연료집합체를 구성하는 핵연료봉을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a nuclear fuel rod constituting a fuel assembly used in a nuclear power plant.
도 2은 원자력 발전소에서 사용되는 연료집합체를 도시한 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a fuel assembly used in a nuclear power plant.
도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 방법으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 1만배 SEM사진이다.3 is a SEM picture of 10,000 times the surface of the zirconium alloy anodized by the method according to Example 1 of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 방법으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 8만배 SEM사진이다.4 is a SEM picture of 80,000 times of the surface of the zirconium alloy anodized by the method according to Example 1 of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예2에 따른 방법으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 8만배 SEM사진이다.5 is a SEM picture of 80,000 times the surface of the zirconium alloy subjected to anodization by the method according to Example 2 of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예3에 따른 방법으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 8만배 SEM사진이다.6 is a SEM picture of 80,000 times of the surface of the zirconium alloy subjected to anodization by the method according to Example 3 of the present invention.
도 7은 양극산화법으로 처리하지 않은 지르코늄 합금 표면(비교예1)의 1만배 SEM사진이다.7 is a SEM photograph of 10,000 times the surface of the zirconium alloy (Comparative Example 1) not treated by anodization.
도 8은 비교예2의 조건으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 8만배 SEM사진이다.FIG. 8 is an SEM picture of 80,000 times of the surface of the zirconium alloy subjected to anodization under the conditions of Comparative Example 2. FIG.
도 9는 비교예3의 조건으로 양극산화 수행한 지르코늄 합금 표면의 8만배 SEM사진이다.9 is an SEM picture of 80,000 times the surface of the zirconium alloy subjected to anodization under the conditions of Comparative Example 3.
도 10은 비교예1에 따른 지르코늄 합금 표면에서 접촉각을 측정한 모습을 나타낸 사진이다.10 is a photograph showing a state in which a contact angle is measured on a surface of a zirconium alloy according to Comparative Example 1. FIG.
도 11은 본 발명의 실시예1에 따른 지르코늄 합금 표면에서 접촉각을 측정한 모습을 나타낸 사진이다.11 is a photograph showing a state in which the contact angle is measured on the surface of the zirconium alloy according to Example 1 of the present invention.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090038948A KR101075573B1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090038948A KR101075573B1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20100119991A KR20100119991A (en) | 2010-11-12 |
KR101075573B1 true KR101075573B1 (en) | 2011-10-20 |
Family
ID=43405776
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090038948A KR101075573B1 (en) | 2009-05-04 | 2009-05-04 | Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101075573B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018062670A1 (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Korea Atomic Energy Research Institute | Method for preparing nuclear fuel cladding for reducing crud deposition and method for reducing crud deposition on the nuclear fuel cladding |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008080471A1 (en) | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Areva Np Gmbh | Method for the pre-treatment of a fuel rod cladding tube for material testing |
-
2009
- 2009-05-04 KR KR1020090038948A patent/KR101075573B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008080471A1 (en) | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Areva Np Gmbh | Method for the pre-treatment of a fuel rod cladding tube for material testing |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20100119991A (en) | 2010-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106757299B (en) | A kind of the electrobrightening corrosive agent and its application method of nickel-base alloy metallographic structure | |
CN103276429B (en) | The preparation method of the super hydrophobic surface of aluminum or aluminum alloy | |
Lee et al. | Micro/nanostructure evolution of zircaloy surface using anodization technique: Application to nuclear fuel cladding modification | |
CN107557789B (en) | A kind of optical anode material and its preparation and application | |
CN109112599A (en) | A kind of preparation method obtaining sliding porous surface on aluminum substrate | |
Park et al. | Enhancement of oxidation resistance of zirconium alloy with anodic nanoporous oxide layer in high-temperature air/steam environments | |
CN104386785B (en) | The preparation method of molybdenum, antimony codope titanium base tin ash electro catalytic electrode | |
CN109972193A (en) | A kind of polishing fluid and method of Nitinol pipe electrobrightening | |
KR101352356B1 (en) | Apparatus and method of anodizing inner surface of tube | |
KR101075573B1 (en) | Method of forming micro/nano structure on surface of nuclear fuel rod cladding having zirconium | |
JP3313624B2 (en) | Manufacturing method of control rod for boiling water reactor | |
CN103147112A (en) | Electrolyte as well as application and method for preparing micro-arc oxidation film on zirconium alloy cladding of nuclear fuel rod by an electrolyte | |
US20120045030A1 (en) | Method for forming roughness on surface of nuclear fuel rod cladding including zirconium | |
CN1267059A (en) | High corrosion-resisting hafnium alloy, neutron absorber, reactor control rod, reactor and nuclear power station | |
CN103924117A (en) | Nano porous electrochemical drive device and preparation method thereof | |
CN103305890A (en) | Preparation method of three-dimensional penetrating anode aluminum oxide template | |
Mickova et al. | Electrochemical passivation of niobium in KOH solutions | |
KR102027958B1 (en) | Anti-corrosive metal having oxide layer and method for preparing the same | |
JP2001004768A (en) | Nuclear-fuel cladding tube and its manufacture | |
CN104681308A (en) | Method for preparing aperture controllable three-dimensional microelectrode of super capacitor | |
CN115094497B (en) | Metal-based photo-thermal component and preparation method thereof | |
JP7485876B2 (en) | Method for manufacturing fuel cladding tube | |
JPH11142562A (en) | Fuel assembly | |
JP4320412B2 (en) | Method for improving wettability, and member arranged in a radiation environment | |
CN117845308A (en) | Porous metal-based evaporator based on array coating and preparation method and application thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140930 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151001 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161004 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |