KR101220184B1 - 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일측면은 Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상과 우라늄 산화물을 포함하고, 상기 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍인 것을 특징으로 하는 우라늄 산화물 핵연료 소결체를 제공함으로써,
소결체의 기공조직을 조대화 및 구형화함으로써 재소결시 밀도변화량을 최소화시켜 소결체의 열적 안정성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 노내 건전성 및 핵연료봉의 성능이 효율적으로 유지될 수 있으며, 경제성도 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법을 제공한다.
소결체의 기공조직을 조대화 및 구형화함으로써 재소결시 밀도변화량을 최소화시켜 소결체의 열적 안정성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 노내 건전성 및 핵연료봉의 성능이 효율적으로 유지될 수 있으며, 경제성도 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우라늄 산화물 핵연료 소결체에 Ti 화합물 또는 Ca 화합물을 포함시켜 소결체의 기공 조직을 구형화시킴으로써 열적 안정성을 향상시킨 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상용 원자로에 일반적으로 사용되는 핵연료봉은 지르코늄 합금 피복관 내에 원통형 이산화 우라늄 소결체가 장입되는 형태로 구성된다. 이산화 우라늄 소결체는 우라늄 산화물 분말을 압축성형한 후에 환원성 분위기에서 소결하는 공정을 통해 제조된다. 피복관과 소결체 간에는 약 60μm의 간극을 두고 위치하게 되며, 소결체 변형 및 기체상 핵분열 생성물에 의한 피복관 손상을 최소화하기 위해 챔퍼나 디쉬 등의 소결체 형상 설계도 제조 공정에 반영되어 있다.
원자로 가동 중 핵연료는 재료적인 측면에서 매우 가혹한 환경에 처하게 된다. 즉, 고온/고압 환경 하에 놓이는 피복관은 물론이고, 약 8~9 mm 직경의 소결체 내에서는 약 600~700℃의 온도구배까지 갖게 된다. 이에 더하여 방사선 조사에 의한 재료 손상도 다양한 형태로 나타날 수 있다.
상용 핵연료 소결체 관점에서 보면, 소결체의 변형을 예측하고 최소화하는 것이 핵연료봉의 노내 건전성 및 성능 유지에 가장 중요한 요소가 될 수 있다. 즉, 소결체의 재배열(relocation), 열팽창 및 팽윤(swelling) 등에 의하여 소결체와 피복관 간의 상호작용(PCI, pellet-cladding interaction)이 야기되어 접촉되는 형태 및 압력에 따라 피복관 손상이 발생할 수 있고, 반대로 소결체와 피복관 간의 간극이 설계 기준보다 넓어지게 된다면 이는 핵연료의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
따라서, 노내 운전 중 핵연료 소결체의 변형을 최소화해야만 핵연료봉의 노내 건전성을 유지함과 동시에 성능을 확보할 수 있게 되는 것이다. 다시 말해, 고온 및 고방사선 하에서 핵연료 소결체의 열적 안정성을 유지하는 것이 핵연료봉의 작동에 있어 매우 중요한 문제가 된다.
상용 핵연료 소결체의 경우에는 열적 안정성 유지에 대한 제조 기준 시방이 사용되고 있다. 즉, 제조된 소결체를 1700℃ 수소 분위기에서 24시간 동안 재소결 시험을 수행하였을 때, 재소결로 인한 소결체 밀도 변화량이 이산화 우라늄 이론밀도의 0.8%T.D 이하가 되도록 제한하고, 재소결 실험시 밀도 변화량이 이론밀도의 0.8%T.D를 초과하게 되면 핵연료 소결체로서 부적합한 것으로 판정하게 된다. 이러한 재소결 시험 조건은 핵연료 제조사 및 원자력 발전사의 소결체 조사 데이터를 바탕으로 노내 운전 중 소결체 변형을 가장 잘 예측할 수 있도록 경험적으로 설정된 기준 시험 조건으로 통상적으로 사용되고 있다.
즉, 현재 사용되고 있는 상용 핵연료 소결체 제조공정에 의해서도 재소결시 밀도 변화량이 0.8%T.D. 이하가 되도록 하는 기준은 만족시키고 있으나, 이는 노내 건전성 및 성능 유지를 위한 최소한의 요건이 될 뿐 여전히 소결체의 열적 안정성 저하로 인해 노내 건전성 또는 핵연료봉 성능 유지에 문제를 가져올 수 있고, 또한 소결체의 열적 안정성 확보를 위해 소결 온도 또는 시간을 증가시킬 경우 경제적으로 비용의 손실이 크기 때문에, 가능한 한 재소결시 밀도 변화량을 더욱 낮춤으로써 열적 안정성을 향상시킬 수 있는 경제적인 기술에 대한 요구가 매우 급증하고 있는 상황이다.
특히, 환형 소결체가 사용되는 이중냉각 핵연료의 경우에는 열적 안정성 향상이 핵연료 성능에 미치는 영향은 매우 크다. 이중냉각 핵연료의 경우, 노내에서 발생할 수 있는 열분리(heat split) 현상이 큰 문제점으로 나타나는데, 열분리 현상은 이중냉각 핵연료의 소결체 치밀화 및 수축으로 인해 내부 간극이 좁아지면서 핵연료 내/외부 열속이 크게 비대칭화 되는 현상을 말한다.
따라서, 상기 핵연료 소결체의 재소결시 밀도변화량을 더욱 감소시킬 수 있는 핵연료 소결체 및 그 제조방법을 개발하는 것이 매우 절실한 시점이고, 특히 경제적 비용의 손실 없이도 핵연료 소결체의 열적 안정성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 노내 건전성 및 핵연료봉의 성능 유지 관점에서 중요하게 인식되고 있다.
본 발명은 재소결시 밀도변화량을 최소화시킴으로써 열적 안정성이 우수하여 노내 건전성 및 핵연료봉의 성능이 효율적으로 유지될 수 있고, 소결시 경제성도 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면은 Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상과 우라늄 산화물을 포함하고, 상기 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체를 제공한다.
이때, 상기 소결체는 상기 Ti 화합물 및 Ca 화합물을 동시에 포함하고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40인 것이 바람직하다.
또한, 상기 Ti 화합물은 Ti계 산화물, 질화물, 황화물, 염화물 및 불화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 Ca 화합물은 Ca계 산화물, 황화물, 염화물, 불화물, 스테아레이트, 카보네이트, 나이트레이트 및 포스페이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
이때, 상기 소결체는 1700℃의 온도에서 24시간 동안 재소결시 밀도증가율이 0.50%T.D. 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 발명의 또다른 일측면은 Ti 화합물 분말 및 Ca 화합물 분말 중 1종 이상과 우라늄 산화물 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합분말을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 단계;및 상기 제조된 성형체를 환원성 기체 분위기에서 1600~1800℃로 소결하는 단계를 포함하고, 상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 혼합분말의 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 혼합분말이 Ti 화합물 분말 및 Ca 화합물 분말을 모두 포함하고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40이 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결하는 단계는 수소 기체 단독 또는 이산화탄소, 수증기 및 불활성 기체로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상과 수소 기체를 혼합한 기체 분위기에서 소결하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 일측면은 우라늄 산화물 핵연료 소결체에 Ti 화합물 또는 Ca 화합물을 첨가하여 소결체 기공조직을 구형화함으로써 재소결시 밀도변화량을 최소화시켜 소결체의 열적 안정성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 노내 건전성 및 핵연료봉의 성능이 효율적으로 유지될 수 있으며, 경제성도 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 TiO2-CaO 상태도를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 2는 발명예 1에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 3은 발명예 2에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 2는 발명예 1에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 3은 발명예 2에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 4는 비교예 1에 따라 제조된 핵연료 소결체의 기공 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
본 발명의 일측면은 Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상과 우라늄 산화물을 포함하고, 상기 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체를 제공한다.
핵연료 소결체의 경우 노내 건전성과 핵연료봉 성능 유지를 위해 고온에서의 밀도 변화량을 최소화하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 핵연료 소결체의 기공조직을 조대화 및 구형화시켜 소결성을 향상시킬 필요가 있고, 이에 따라 재소결시 소결체의 밀도 변화를 최대한 억제하여 열적 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
본 발명의 일측면은 통상의 소결 온도보다 상대적으로 낮은 용융 온도를 갖는 Ti 화합물 또는 Ca 화합물을 첨가하여 소결체 내에서 일부 또는 전부 용융 상태로 존재하게 함으로써, 상기 액상에 의해 물질의 이동을 더욱 활발하게 하고, 이에 따라 소결체의 기공조직을 잘 발달시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 첨가된 화합물의 액상으로 인해 소결체 내 물질의 이동이 활성화되면, 기공조직이 조대화 및 구형화되어 소결성이 우수하게 확보된 핵연료 소결체를 얻을 수 있고, 이후 재소결을 행하더라도 상기 발달된 기공조직에 의해 밀도 변화가 극히 억제될 수 있고, 이는 핵연료 소결체의 열적 안정성이 우수하게 확보되었음을 의미한다.
따라서, 본 발명의 핵연료 소결체는 우라늄 산화물에 Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상이 첨가되어 있는 것이 바람직하고, Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상의 함량은 U 원소 1g당 50~2000㎍인 것이 열적 안정성 향상을 통한 노내 건전성 확보 및 핵연료봉 성능 유지를 위해 효과적이다.
만약, 상기 함량이 50㎍에 미달하면 소결과정에서 첨가제의 액상을 통한 기공조직의 발달 효과가 미미하여 충분한 열적 안정성을 확보할 수 없는 문제점이 있고, 반대로 상기 함량이 2000㎍을 초과하면 핵연료 소결체 단위 부피당 우라늄의 함량이 상대적으로 감소하여 경제성이 떨어지는 문제가 있으므로, 상기 Ti 화합물 및 Ca 화합물 중 1종 이상의 함량은 U 원소 1g당 50~2000㎍로 제어하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 소결체는 상기 Ti 화합물 및 Ca 화합물을 동시에 포함하고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40인 것이 보다 바람직하다. Ti 화합물과 Ca 화합물을 동시에 포함할 경우 상기 소결시 액상으로 인한 기공조직 발달 효과가 극대화될 수 있고, 도 1에 나타난 상태도에 의하면 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비를 2.7~40로 할 경우 통상적인 상용 UO2 소결체 제조 온도범위인 1700~1800℃의 상한 온도인 1800℃에서 첨가제 Ti 화합물 및 Ca 화합물을 전량 용융되게 함으로써 UO2 기지에 형성되는 액상의 양이 최대화되고, 이에 따라 상기 기공조직의 조대화 및 구형화에 더 크게 기여할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 Ti 화합물은 Ti계 산화물을 사용하는 것이 보통이나, 그 종류에는 특별한 제한이 없고, Ti계 질화물, 황화물, 염화물 및 불화물 등을 사용하여도 무방하다. 마찬가지로, 상기 Ca 화합물도 Ca계 산화물을 사용하는 것이 일반적이나 Ca계 황화물, 염화물, 불화물, 스테아레이트, 카보네이트, 나이트레이트 및 포스페이트 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
이때, 상기 소결체는 1700℃의 온도에서 24시간 동안 재소결시 밀도증가율이 0.50%T.D. 이하인 것이 보다 바람직하다. 현재 사용되고 있는 상용 핵연료 소결체의 재소결시 밀도 변화량 한계치를 0.8%T.D. 이하로 제한하고 있다. 상기 한계치를 넘게 되면 제조된 소결체는 불량으로 처리되어 사용할 수 없으므로, 실제 제조공정에서는 기준 시방 한계치보다 낮은 여유도가 있도록 관리하고 있다.
따라서, 생산공정에서의 UO2 소결체 불량이 생기지 않도록 하는 공정 여유도를 고려할 때 재소결시 밀도증가율이 0.50%T.D. 이하인 것이 바람직하다. 또한 환형 소결체가 사용되는 이중냉각 핵연료의 경우 밀도 변화량이 0.50%T.D. 이하의 낮은 수준의 열적 안정성을 확보할 경우 열분리 현상을 최소화할 수 있기 때문에 특히 중요하다.
한편, 본 발명의 또다른 일측면은 Ti 화합물 분말 및 Ca 화합물 분말 중 1종 이상과 우라늄 산화물 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계; 상기 제조된 혼합분말을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 단계;및 상기 제조된 성형체를 환원성 기체 분위기에서 1600~1800℃로 소결하는 단계를 포함하고,
상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 혼합분말의 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 제공한다.
즉, 우라늄 산화물 분말에 기공조직 발달에 기여할 수 있는 Ti 화합물 분말 및 Ca 화합물 분말 중 1종 이상을 혼합하는 것을 핵심적인 특징으로 하고, 그리고나서 상기 혼합분말을 성형몰드에 넣고 압축 성형하여 성형체를 제조하는데, 이때 압력은 3~6ton/cm2로 제어하는 것이 바람직하며, 상기 압축된 성형체를 1600~1800℃로 소결하여 핵연료 소결체를 완성한다.
만약, 상기 소결 온도가 1600℃에 미달하면 소결 효과가 충분치 않고, 특히 상기 첨가제의 용융 정도가 미미하여 기공조직의 발달 효과를 얻을 수 없는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 상기 소결 온도가 1800℃를 초과하면 소결의 정도는 증가시킬 수 있으나 비용적 손실이 커져 경제적으로 바람직하지 않으므로, 상기 소결 온도는 1600~1800℃로 제어하는 것이 효과적이다.
이때, 상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 혼합분말이 Ti 화합물 분말 및 Ca 화합물 분말을 모두 포함하고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40이 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결하는 단계는 수소 기체의 단독 또는 이산화탄소, 수증기 및 불활성 기체로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상과 수소 기체를 혼합한 기체 분위기에서 소결하는 것이 보다 바람직하다. 소결 분위기를 수소 기체 단독 또는 수소기체를 포함하는 혼합기체를 한정하는 이유는 원자로에 사용되는 핵연료 UO2 소결체의 O/U 비는 2.0±0.01 범위를 요구하고 있으므로 UO2 소결체가 이 범위의 O/U의 비를 갖도록 하기 위하여 소결 분위기 기체를 한정한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하지만, 이는 본 발명의 보다 완전한 설명을 위한 것이고, 하기 개별실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
(실시예)
우라늄 산화물 분말에 TiO2 분말을 Ti/U 기준으로 1300㎍/g 첨가하고 혼합기를 이용하여 2시간 동안 혼합하여 혼합분말을 준비하였다. 그리고나서, 상기 혼합분말을 몰드에 넣고 3ton/㎠ 압력으로 압축한 후 상기 압축된 성형체를 수분/수소 기체비가 0.05부피% 이하인 건조 수소 기체 분위기 하에서 시간당 300℃ 가열속도로 1700℃까지 승온시키고 4시간 동안 유지한 후, 동일한 분위기로 시간당 300℃ 속도로 상온까지 냉각하여 이산화 우라늄 소결체를 제조하였고, 아르키메데스법을 이용하여 상기 제조된 소결체의 밀도를 측정하였다.
또한, 상기 제조된 소결체들을 수분/수소 기체비가 0.05부피% 이하인 건조 수소기체 분위기 하에서 시간당 300℃ 가열속도로 1700℃까지 가열하고 24시간 동안 유지한 후, 동일한 분위기로 시간당 300℃ 속도로 상온까지 냉각하였고, 상기 재소결된 이산화 우라늄 소결체 밀도를 측정함으로써, 재소결에 의한 밀도 증가량을 계산하였다.(발명예 1)
다음으로, 우라늄 산화물 분말에 TiO2 및 CaO 분말을 Ti+Ca/U 기준으로 1300 ㎍/g로 동시에 첨가하여 혼합기로 2시간 혼합하여 혼합분말을 준비하였다. 이때 첨가한 TiO2 분말과 CaO 분말의 중량비율은 각각 80 중량% 와 20 중량%이다. 상기 혼합분말을 상기 첫 번째 실험과 동일한 공정으로 성형 및 소결하여 이산화 우라늄 소결체를 제조하였고, 아르키메데스법을 이용하여 상기 제조된 소결체의 밀도를 측정하였다.
또한, 상기 제조된 소결체들을 상기 첫 번째 실험과 동일한 공정으로 재소결하였고, 상기 재소결된 이산화 우라늄 소결체 밀도를 측정함으로써, 재소결에 의한 밀도 증가량을 계산하였다.(발명예 2)
마지막으로, Ti 화합물 또는 Ca 화합물 분말을 첨가하지 않은 우라늄 산화물 분말을 상기 첫 번째 및 두 번째 실험과 동일한 공정으로 소결체를 제조하여 소결된 이산화 우라늄 소결체의 밀도를 측정하고, 재소결 후 재결소된 이산화 우라늄의 밀도를 측정하여 재소결에 의한 밀도 증가량을 계산하였다.(비교예 1)
상기 세 가지 실험에서의 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 첨가제 조성 및 밀도 측정 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 첨가제 조성 | 소결 밀도(%T.D.) | 재소결 밀도(%T.D.) | 밀도 증가량(%T.D.) |
| 발명예 1 | TiO2 | 96.06 | 96.25 | 0.19 |
| 발명예 2 | TiO2+CaO | 96.08 | 96.24 | 0.17 |
| 비교예 1 | - | 96.03 | 96.65 | 0.62 |
먼저, TiO2를 첨가한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 밀도는 이론밀도의 96.06%이고, 재소결 후 밀도증가량은 이론밀도의 0.19%로 나타났고, 다음으로 TiO2 및 CaO를 첨가한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 밀도는 이론밀도의 96.08%이고, 재소결 후 밀도증가량은 이론밀도의 0.17%로 나타났고, 마지막으로 Ti 또는 Ca 화합물을 첨가하지 않은 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 밀도는 이론밀도의 96.03%이고, 재소결 후 밀도증가량은 이론밀도의 0.62%로 나타났다.
즉, 우라늄 산화물 핵연료 소결체에 Ti 화합물 또는 Ca 화합물을 첨가할 경우에는 첨가하지 않은 경우에 비해 재소결 후 밀도증가량이 1/3 이하 수준으로 낮아져 열적 안정성이 매우 우수해짐을 확인할 수 있다. 이는 Ti 화합물과 Ca 화합물이 소결에 의해 일부 액상화됨으로써 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 기공조직을 발달시킨 결과로 분석된다. 또한, Ti 화합물과 Ca 화합물을 동시에 첨가할 경우에는 기공조직 발달 효과가 더욱 극대화되었음을 알 수 있다.
또한, 상기 세 가지 소결체의 밀도 측정 후 소결체 단면을 경면 연마하여 기공조직을 관찰하여 도 2 내지 4에 나타내었다. 먼저, 도 2 및 3은 상기 첫 번째 및 두 번째 실험에 따른 소결체의 단면으로서, 기공 조직이 구형으로 잘 발달되었음을 확인할 수 있고, 이렇게 조대화 및 구형화된 기공에 의해 열적 안정성이 확보되어 재소결시 밀도증가량이 극히 낮은 것으로 분석할 수 있다.
이에 반해, 도 4는 세 번째 실험에 따른 소결체의 단면을 나타낸 것으로서, 기공 조직이 미세하게 찌그러진 형태를 나타내 거의 구형화되지 못한 상태이고, 이에 따라 열적 안정성이 저하되어 재소결시 밀도증가량이 상대적으로 3배 이상 높게 나타난 것으로 분석할 수 있다.
Claims (8)
- Ti 화합물, Ca 화합물 및 우라늄 산화물을 포함하고, 상기 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍이고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 Ti 화합물은 Ti계 산화물, 질화물, 황화물, 염화물 및 불화물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 Ca 화합물은 Ca계 산화물, 황화물, 염화물, 불화물, 스테아레이트, 카보네이트, 나이트레이트 및 포스페이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체.
- 청구항 1, 3 및 4 중 어느 한 항에 있어서,
1700℃의 온도에서 24시간 동안 재소결시 밀도증가율이 0.50%T.D. 이하인 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체.
- Ti 화합물 분말, Ca 화합물 분말 및 우라늄 산화물 분말을 혼합하여 혼합분말을 제조하는 단계;
상기 제조된 혼합분말을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 단계;및
상기 제조된 성형체를 환원성 기체 분위기에서 1600~1800℃로 소결하는 단계를 포함하고,
상기 혼합분말을 제조하는 단계는 상기 혼합분말의 Ti 원소 및 Ca 원소 함량의 합계가 U 원소 1g당 50~2000㎍이고, 상기 Ca 원소에 대한 Ti 원소의 중량비가 2.7~40이 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 6에 있어서,
상기 소결하는 단계는 수소 기체 단독 또는 이산화탄소, 수증기 및 불활성 기체로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상과 수소 기체를 혼합한 기체 분위기에서 소결하는 것을 특징으로 하는 열적 안정성이 우수한 우라늄 산화물 핵연료 소결체의 제조방법.
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