KR101409883B1 - 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법 - Google Patents

핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101409883B1
KR101409883B1 KR1020120135416A KR20120135416A KR101409883B1 KR 101409883 B1 KR101409883 B1 KR 101409883B1 KR 1020120135416 A KR1020120135416 A KR 1020120135416A KR 20120135416 A KR20120135416 A KR 20120135416A KR 101409883 B1 KR101409883 B1 KR 101409883B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ceramic
ceramic body
metal layer
bodies
fuel rod
Prior art date
Application number
KR1020120135416A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140067756A (ko
Inventor
정양일
김현길
박정용
이영우
박동준
김원주
구양현
Original Assignee
한국수력원자력 주식회사
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국수력원자력 주식회사, 한국원자력연구원 filed Critical 한국수력원자력 주식회사
Priority to KR1020120135416A priority Critical patent/KR101409883B1/ko
Publication of KR20140067756A publication Critical patent/KR20140067756A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101409883B1 publication Critical patent/KR101409883B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 핵연료봉은, 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디 및 상기 바디들을 접합시키도록 상기 바디들 사이에 형성되는 중간부재를 포함하고, 상기 중간부재는, 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 메탈 레이어가 상기 세라믹 바디들과 반응하여 형성되며, 상기 세라믹 바디를 구성하는 일부가 내부로 확산되어 이루어지는 제1 확산층을 포함한다.

Description

핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법{NUCLEAR FUEL ROD AND BONDING METHOD THEREOF}
본 발명의 일실시예들은 세라믹 바디들을 서로 접합시키는 중간부재를 구비하는 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법에 관한 것이다.
현재 가동 중인 경수로 및 중수로의 핵연료 피복관은 지르코늄 합금으로 제조되고 있으며, 상기 지르코늄은 중성자 흡수단면적이 작기 때문에 원자로의 노심재료로 사용하기에 매우 적합한 금속 중 하나이다. 특히, 지르코늄에 니오븀, 주석, 철, 크롬, 구리 등의 원소들을 적절히 첨가하여 합금으로 만들면 부식저항성과 기계적 강도가 증가하여 핵연료 피복관으로 사용하기에 더욱 적합한 특성을 나타내게 된다.
그러나, 원전의 경제성을 향상시키기 위하여 원자로의 출력을 높이거나 핵연료를 더욱 장시간 사용하고자 하는 경우, 현재 사용 중인 지르코늄 합금을 사용하는 데 한계가 있다. 특히, 지르코늄은 일본의 후쿠시마 원전사고와 같이 냉각기능이 상실되는 사고발생 시 안전상 매우 취약한 특성을 나타내는 문제가 있다. 즉, 원자로에 냉각수를 공급할 수 없는 사고가 발생하는 경우, 지르코늄의 산화가 급격히 진행되어 피복관의 건전성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 지르코늄의 산화과정 중 생성되는 부산물인 수소의 농도가 높아지면 폭발의 위험성이 급격히 증가하여 핵연료의 안전성을 더 이상 보장할 수 없게 된다.
지르코늄을 비롯한 금속소재의 피복관은 중대사고 발생시에 급격한 고온산화를 동반한 발열 반응과 다량의 수소발생이 문제가 된다. 또한 고온에서 기계적 강도를 소실하거나 용융될 우려도 있다. 이러한 현상은 금속의 고유한 특성이므로 금속 소재의 피복관을 사용하는 한 획기적인 극복은 불가능하다고 할 수 있다. 이에 따라 학계와 연구계는 기존 미국에서 출력 증강 및 안전성 향상을 목적으로 연구되어 오던 세라믹 기반 핵연료 피복관에 관심을 기울이고 있다.
이러한 지르코늄 피복관의 단점을 극복하고 핵연료의 안전성을 크게 높일 수 방법 중의 하나로 세라믹소재를 피복관 재료로 사용할 수 있다. 세라믹 소재는 고온에서도 우수한 강도를 유지할 수 있고 산화에 대한 저항성이 크기 때문에 냉각기능이 상실되는 사고 발생시에도 지르코늄 피복관에 비하여 핵연료의 안전성을 보장해 줄 수 있다. 그러나, 높은 강도에 비하여 연성이 부족한 특성으로 인하여 부서지기 쉽다는 단점이 세라믹 소재를 피복관으로 적용하는 데 큰 장애물로 작용해왔다. 따라서, 단상 세라믹 소재보다는 세라믹 소재에 섬유상 강화구조를 적용하여 기계적인 내구성을 향상시킨 복합재료가 피복관으로서의 조건을 만족할 수 있을 것으로 평가되고 있으며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
등록특허공보 제10-0202249호(1996.06.15. 공개) 등록특허공보 제10-1189170호(2012.10.10. 공개)
본 발명의 일 목적은 핵연료봉을 구성하는 세라믹 바디들을 서로 접합시킬 수 있는 새로운 방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 핵연료봉은, 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디 및 상기 바디들을 접합시키도록 상기 바디들 사이에 형성되는 중간부재를 포함하고, 상기 중간부재는, 레이저 빔의 조사에 의해 용융된 메탈 레이어가 상기 세라믹 바디들과 반응하여 형성되며, 상기 세라믹 바디를 구성하는 일부가 내부로 확산되어 이루어지는 제1 확산층을 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 세라믹 바디들은 SiC, AlN 및 ZrC로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 메탈 레이어는 Ti, Zr, Mo 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 상기 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속을 포함하는 금속화합물이 될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 세라믹 바디들 중 적어도 어느 하나는 내부에 핵연료 소결체가 장입되는 피복관이 될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 세라믹 바디들 중 어느 하나는 상기 제1 세라믹 바디의 개구부를 덮어 밀폐시키는 봉단마개가 될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 메탈 레이어는 10 내지 50 μm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 세라믹 바디들 중 어느 하나는, 상기 메탈 레이어를 구성하는 일부가 내부로 확산되어 형성되는 제2 확산층을 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 불활성기체로 충진되며 일정 기압 이상을 유지하도록 형성되는 챔버 내에서, 중간에 메탈 레이어를 삽입한 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디를 고정하는 단계 및 레이저 빔을 조사하여 상기 메탈 레이어를 용융시키도록, 상기 바디들의 외주를 따라 레이저 조사장치를 이동시키는 단계를 포함하는 핵연료봉의 접합방법을 개시한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 단계들은 상온에서 수행될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 핵연료봉은 종래의 지르코늄 피복관을 사용한 핵연료봉과 비교하여 핵연료의 출력을 더욱 향상시킬 수 있고, 사고시의 안전성을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한, 레이저 접합에서는 메탈 레이어의 순간적인 용융이 수반되므로 접합체의 단순 고정만으로도 세라믹 바디들의 접합이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르는 메탈 레이어를 사용하는 경우 우수한 품질의 접합 계면을 얻게 하여, 기밀성이 확보되고 원자력 환경조건에서도 건전성이 유지되는 핵연료봉을 제조할 수 있다. 뿐만 아니라 접합을 위하여 고온 고압의 시설이 필요하지 않고, 접합 공정이 매우 단순하므로 낮은 비용으로 상용화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 핵연료봉의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉의 결합 전의 사시도로써, 피복관들간의 결합을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉의 결합 전의 사시도로써, 피복관과 봉단마개와의 결합을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉의 결합 후의 사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉의 접합의 예를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 예에 따라 접합 실시 후, 도 4의 A부분에서 위치에 따른 Si 원자와 Ti 원자의 분포를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따르는 핵연료봉 접합에 따라 서로 접합된 세라믹 바디들의 사진들로써, 각각 메탈 레이어로 Ti, Zr 및 Mo를 사용한 상태의 사진들.
이하, 본 발명에 관련된 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 핵연료봉(100)의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 핵연료봉(100)은 피복관(110) 내부에 핵연료 소결체(101)를 장입한 후 양끝단을 피복관(110)과 동일한 소재의 봉단마개(120)로 밀봉하고 용접하여 제조된다. 이때, 상기 핵연료 소결체(101)는 통상적으로 우라늄 산화물 소결체가 사용되며, 금속 피복관(110)의 경우, 아크용접, 전자빔 용접, 저항용접 등의 접합 방법이 사용되고 있다. 그러나, 봉단마개(120)가 용접된 용접부가 손상되는 경우, 방사성 물질이 연료봉 외부로 누출될 수 있기 때문에 봉단마개(120)가 용접된 부분의 건전성은 핵연료봉(100)의 안전성을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 따라서, 세라믹 복합재료를 이용하여 핵연료 피복관(110)을 제조하는 경우, 봉단마개(120) 용접기술이 필요하지만 현재 사용 중인 세라믹 복합재료의 접합방법은 핵연료봉(100) 제조에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 지르코늄 피복관의 문제점으로 인해, 지르코늄 피복관의 단점을 극복하고 핵연료의 안전성을 크게 높일 수 방법 중의 하나로 세라믹소재를 피복관(110) 재료로 사용할 수 있다. 세라믹 소재는 고온에서도 우수한 강도를 유지할 수 있기 때문에 냉각기능이 상실되는 사고 발생시에도 지르코늄 피복관(110)에 비하여 핵연료의 안전성을 보장해 줄 수 있다.
세라믹 기반 피복관의 주요 후보 소재는 탄화규소(SiC) 복합체이다. SiC 복합체 피복관은 중성자 흡수단면적이 지르코늄 합금에 비해 20% 이상 작으며 고온 강도, 내크립 특성이 탁월하고 우수한 FCI 거동, 내방사선 특성, 내산화성 및 내마모 특성 등을 보유하고 있어 기존의 Zr 합금 피복관을 대체할 수 있는 소재로 주목받고 있다.
탄화규소(SiC) 복합체를 핵연료봉(100)을 구성하는 경우, 핵연료 피복관(110)으로서의 기본적인 강도, 인성, 조사안정성 등은 극복해 가고 있으나, 핵연료봉(100) 제조에 필수적인 봉단마개(120) 접합법에 대해서는 현재까지 해결책이 없는 상태이다.
금속 소재로 형성된 핵연료봉은 용접성이 우수하여 봉단마개(120) 접합이 크게 문제되지 않았으나, 세라믹 소재의 접합은 접합 강도 및 건전성 확보에 큰 어려움이 예상된다. 용접된 부분의 손상은 방사성 물질의 외부 누출로 이어질 수 있기 때문에, 세라믹 복합체 피복관(110)에서 봉단마개(120)의 접합기술은 핵연료봉(100)의 안전성을 결정하는 매우 중요한 요소이다.
현재까지 완성된 접합 방법은 아니지만, SiC 복합체의 접합 방법으로써, 확산접합, 반응접합, 브레이징, glass-ceramic 접합, 공융액상 접합 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
SiC 복합체 접합을 위해서는 접합하고자 하는 SiC 세라믹 소재 사이에 접합을 증진시킬 수 있는 계면 인터레이어 소재가 요구된다. 일 예로, 프리세라믹 폴리머는 Si-C-H-(O) 계열의 폴리머를 계면에 도포한 후, 1200 ℃ 이상의 고온에서 열처리함으로써 SiC 계면상을 얻어 접합할 수 있도록 할 수 있다. 하지만, 이 방법은 반응 가스의 영향으로 계면층의 밀도가 낮고, 접합 강도가 낮은 문제가 있다.
실리콘(Si) 용융 함침방법도 접합은 가능하나, 경수로 환경에서 Si가 선택적으로 녹아나는 문제로 적용이 불가능하다. 또한, 1400 ℃ 이상에서의 고온 가압의 장치가 요구되며, 봉단마개(120)에 높은 압력으로 수직방향의 가압은 어려우므로 실제 적용에는 한계가 있다.
따라서, 원자로 가동조건은 물론 사고조건에서도 핵연료를 안전하게 밀봉할 수 있는 세라믹 바디간의 접합방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉(100)의 결합 전의 사시도로써, 피복관(110)들간의 결합을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉(100)의 결합 전의 사시도로써, 피복관(110)과 봉단마개(120)와의 결합을 도시한 도면이다.
핵연료봉(100)의 길이는 대략 4m에 달하므로, 도 2에 도시한 바와 같이, 둘 이상의 세라믹 바디들(111, 112)을 서로 연결하여 형성할 수도 있다. 여기서 세라믹 바디들(111, 112)은 각각 내부에 핵연료 소결체(101)가 장입되는 피복관(110)의 일부를 구성할 수 있다. 이와 달리, 도 3에 도시한 바와 같이 각각 피복관(110)과 봉단마개(120)인 세라믹 바디들(110, 120)이 메탈 레이어(130)를 사이에 두고 서로 접합될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 도시한, 세라믹 바디는 SiC, AlN 및 ZrC로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 그중에서도 특히 SiC를 주 재료로 하는 SiC 복합체로 형성될 수 있다.
피복관(110)을 구성하는 세라믹 바디들(111, 112)은 내부에 핵연료 소결체(101)가 장입되므로, 중공을 구비한 관 형상으로 형성될 수 있다. 세라믹 바디들(111, 112)의 지름은 대략 9.5 mm 내외이고, 두께는 대략 0.57mm 내외가 된다.
이러한, 세라믹 바디들을 서로 결합시키기 위하여 메탈 레이어(130)가 세라믹 바디들 사이에 배치될 수 있다.
메탈 레이어(130) 소재로써, 치밀하여 방사능 물질의 방호에 적합한 Ti, Zr, Mo, Si 등의 소재들이 사용될 수 있다. 이러한 소재들은 중성자 흡수단면적이 낮아 중성자 경제성에도 적합하고, 융점이 1600℃ 이상으로 높아 고온 안정성도 우수하다. 메탈 레이어(130)는 10 내지 200 μm의 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 메탈 레이어(130)는 금속 포일(foil) 형태로 이루어질 수 있으며, 이와 달리 금속 분말(powder)이나 금속 페이스트(paste) 형태로 이루어질 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉(100)의 결합 후의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 핵연료봉(100)의 접합의 예를 도시한 도면이다.
Ti, Zr, Mo, Si 등을 메탈 레이어(130)로 사용하면, 높은 융점으로 오히려 확산접합을 위하여 900℃ 이상의 고온을 필요로 하고, SiC 세라믹과 접합을 위해서는 1400℃ 이상의 분위기 온도가 요구된다.
하지만, 레이저 빔을 이용하면, 열에너지에 의해 순간적으로 소재의 용융까지도 가능하다. 용융된 메탈 레이어(130)는 SiC 모재와 반응하여, 확산층이나 이차상을 형성하면서 SiC 세라믹 복합체의 접합을 가능하게 한다.
핵연료봉(100)의 접합방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
먼저, 챔버내에 제1 세라믹 바디(110)와 제2 세라믹 바디(120)를 배치한다. 챔버 내부는 불활성 기체로 채워질 수 있다. 이러한 불활성 기체로 헬륨(He)기체를 사용할 수 있다. 이 때, 내부의 기압은 대략 40 bar 내외로 유지한다. 적어도 어느 하나의 세라믹 바디 내부에는 핵연료 소결체(101)가 장입되어 있을 수 있다.
세라믹 바디들(110, 120) 사이에 메탈 레이어(130)가 배치되고, 세라믹 바디들(110, 120)이 고정된다.
이후, 레이저 조사장치(200)를 이용하여 메탈 레이어(130)를 조사한다. 레이저 조사장치(200)는 세라믹 바디들(110, 120)의 외주를 따라 회전한다. 레이저 조사장치(200)와 메탈 레이어(130)는 서로 일정 간격 이격되고, 레이저 조사장치(200)는 세라믹 바디들(110, 120)의 외주를 따라 회전할 수 있다. 레이저 조사장치(200)는 메탈 레이어(130)를 연속적으로 조사하여 접합을 수행한다. 이러한 단계들은 상온에서 수행되며, 불활성 기체를 사용하기에 접합 공정 중에도 핵연료봉(100)을 구성하는 각 부재들에 대한 산화손상을 최소화할 수 있다.
또한, 레이저 조사장치(200)나 레이저 조사 장치가 고정된 치구를 제어하여, 다양한 형상의 핵연료봉(100)을 빠른 시간 내에 접합할 수 있다.
도 6는 도 5에 도시된 예에 따라 접합 실시 후, 도 4의 A부분에서 위치에 따른 Si 원자와 Ti 원자의 분포를 도시한 도면이다.
메탈 레이어(130)에 레이저 빔을 조사하면, 적어도 일부가 용융되어 세라믹 바디들을 접합시키는 중간 부재(140)가 된다. 중간 부재(140)는 제1 확산층(141)을 구비하는데, 제1 확산층(141)에는 세라믹 바디를 구성하는 원자들이 중간 부재(140) 내부로 확산되어 이루어진다.
이와 동시에 중간 부재(140)에 인접한 세라믹 바디들에도 제2 확산층(121)이 형성되는데, 제2 확산층(121)은 메탈 레이어(130)를 구성하는 일부 원자들이 세라믹 바디들 내부로 확산되어 형성된다.
도 6 하부의 그래프에 표시된 바와 같이, 일 예로 Ti를 재질로 형성된 메탈 레이어(130)를 이용하여 세라믹 바디들을 접합시킨 경우, Ti 원자와 Si 원자가 각각 인접한 세라믹 바디나 중간 부재(140)로 확산된다.
도 7은 본 발명에 따르는 핵연료봉(100) 접합에 따라 서로 접합된 세라믹 바디들의 사진으로써, 각각 메탈 레이어(130)로써, Ti, Zr 및 Mo를 사용한 상태의 사진들이다.
SiC 세라믹은 20 x 20 x 3(t) mm 판재를 사용하였으며, 메탈 레이어(130)는 두께 20 ~ 30 μm의 Ti, Zr, Mo의 성분으로 이루어진 메탈 레이어(130)를 사용하였다. 레이저는 다이오드 레이저로 연속파 형태를 사용하였으며, 빔 출력은 220 W, 스캔 속도는 10 mm/s이었다. 도면에서 보는 바와 같이, 세 종류의 메탈 레이어(130) 모두 세라믹 바디들을 성공적으로 접합시킴을 알 수 있다..
일반적으로 메탈 레이어(130)가 게재되는 접합에서는 메탈 레이어(130) 소재의 확산과 접합 반응을 유발할 수 있는 고온의 분위기 온도가 요구되며, 접합강도의 향상을 목적으로 접합 계면에 대한 수직방향으로 가압이 수행되는데, 본 발명을 통한 레이저 접합에서는 메탈 레이어(130) 소재의 순간적인 용융이 수반되므로 접합체의 단순 고정만으로도 접합이 가능하다.
앞서 살펴본 바와 같이 세라믹 바디들 사이에 메탈 레이어를 삽입하고, 메탈 레이어에 레이저를 조사하여 중간 부재를 형성하면, 중간 부재와 중간 부재와 인접한 부분에 확산층을 형성된다. 이로 인해, 우수한 품질의 접합 계면을 얻을 수 있으므로, 핵연료봉의 기밀성이 확보되고 원자력 환경조건에서도 건전성이 유지되는 핵연료봉(100)을 제조할 수 있다. 뿐만 아니라 접합을 위하여 고온 고압의 시설이 필요하지 않고, 접합 공정이 매우 단순하여 낮은 비용으로 상용화가 가능하다.
상기와 같이 설명된 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디; 및
    상기 바디들을 접합시키도록 상기 바디들 사이에 형성되는 중간부재를 포함하고,
    상기 중간부재는,
    레이저 빔의 조사에 의해 용융된 메탈 레이어가 상기 세라믹 바디들과 반응하여 형성되며, 상기 세라믹 바디를 구성하는 원자 일부가 내부로 확산되어 이루어지는 제1 확산층을 포함하고,
    상기 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디에는 상기 메탈 레이어를 구성하는 일부 원자가 내부로 확산되어 형성되는 제2 확산층을 포함하고,
    상기 메탈 레이어는 Ti, Zr, Mo 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 상기 군으로부터 선택된 어느 하나의 금속을 포함하는 금속화합물인 것을 특징으로 하는 핵연료봉.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 바디들은 SiC, AlN 및 ZrC로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 바디들 중 적어도 어느 하나는 내부에 핵연료 소결체가 장입되는 피복관인 것을 특징으로 하는 핵연료봉.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 바디들 중 어느 하나는 상기 제1 세라믹 바디의 개구부를 덮어 밀폐시키는 봉단마개인 것을 특징으로 하는 핵연료봉.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 레이어는 10 내지 200 μm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 핵연료봉.
  7. 삭제
  8. 불활성기체로 충진되며 일정 기압 이상을 유지하도록 형성되는 챔버 내에서, 중간에 메탈 레이어를 삽입한 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디를 고정하는 단계; 및
    레이저 빔을 조사하여 상기 메탈 레이어를 용융시키도록, 상기 바디들의 외주를 따라 레이저 조사장치를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 레이저 조사장치를 이동시키는 단계는,
    상기 세라믹 바디를 구성하는 원자 일부가 내부로 확산되어 이루어지는 제1 확산층 및 상기 제1 세라믹 바디와 제2 세라믹 바디에 상기 메탈 레이어를 구성하는 일부 원자가 내부로 확산되어 형성되는 제2 확산층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 핵연료봉의 접합방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계들은 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 핵연료봉의 접합방법.
KR1020120135416A 2012-11-27 2012-11-27 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법 KR101409883B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120135416A KR101409883B1 (ko) 2012-11-27 2012-11-27 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120135416A KR101409883B1 (ko) 2012-11-27 2012-11-27 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140067756A KR20140067756A (ko) 2014-06-05
KR101409883B1 true KR101409883B1 (ko) 2014-06-20

Family

ID=51123921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120135416A KR101409883B1 (ko) 2012-11-27 2012-11-27 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101409883B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100202249B1 (ko) * 1995-07-14 1999-06-15 시바타 마사하루 세라믹스 접합체 및 세라믹스의 접합 방법
KR100255027B1 (ko) * 1995-05-17 2000-05-01 니시무로 타이죠 세라믹 금속접합재 및 이를 사용한 세라믹 금속접합체 제조방법 및 이를 이용하여 제작한 진공기밀용기
KR20020073335A (ko) * 1999-11-11 2002-09-23 로베르트 보쉬 게엠베하 금속-세라믹 복합 재료 바디 및 그 제조 방법
KR101189170B1 (ko) * 2011-10-06 2012-10-10 한국수력원자력 주식회사 다층구조 세라믹 보호층을 포함하는 핵연료봉 및 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100255027B1 (ko) * 1995-05-17 2000-05-01 니시무로 타이죠 세라믹 금속접합재 및 이를 사용한 세라믹 금속접합체 제조방법 및 이를 이용하여 제작한 진공기밀용기
KR100202249B1 (ko) * 1995-07-14 1999-06-15 시바타 마사하루 세라믹스 접합체 및 세라믹스의 접합 방법
KR20020073335A (ko) * 1999-11-11 2002-09-23 로베르트 보쉬 게엠베하 금속-세라믹 복합 재료 바디 및 그 제조 방법
KR101189170B1 (ko) * 2011-10-06 2012-10-10 한국수력원자력 주식회사 다층구조 세라믹 보호층을 포함하는 핵연료봉 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140067756A (ko) 2014-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6300953B2 (ja) 原子炉燃料棒およびそれを束ねた燃料集合体
JP5677184B2 (ja) 燃料被覆管接合体およびその製造方法
KR102312043B1 (ko) 세라믹-함유 피복관을 위한 이중-밀봉된 연료봉 단부 플러그
KR102572043B1 (ko) 고온 기밀성 및 사고 내성을 갖는 다층 복합물 연료 클래드 시스템
CN102699465B (zh) 高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的激光诱导纳米钎焊方法
JP6314254B2 (ja) 軽水炉用燃料棒及び燃料集合体
US10032527B2 (en) Method for fabricating silicon carbide assemblies
CN105237026A (zh) 一种多物理场耦合调控中间焊料层的陶瓷/陶瓷连接方法
US20080311420A1 (en) Friction stir welding of oxide dispersion strengthened alloys
KR101409883B1 (ko) 핵연료봉 및 핵연료봉의 접합방법
JP2008082906A (ja) 放射性物質収納容器
JP6165751B2 (ja) 軽水炉用の原子炉用制御棒および軽水炉用の原子炉用制御棒の製造方法
JP2019006627A (ja) 接合部材、それを用いた接合構造体及び接合部材の製造方法
CN108015445B (zh) 微合金化连接方法及微合金化连接结构
KR102661803B1 (ko) 가압 세라믹 구조물의 접합 및 밀봉
JP2013521494A (ja) 燃料材および燃料材の製造方法
JP6385812B2 (ja) 燃料棒と燃料集合体、および燃料棒の製造方法
CN114131188B (zh) 一种玻璃和金属的激光焊接方法
Serizawa et al. Development of joining method for Zircaloy and SiC/SiC composite tubes by using fiber laser
CN106782829A (zh) 用于核电站的电气贯穿件馈通线
Wang et al. Progress of manufacture technology of CFETR WCCB blanket at ASIPP
JP7397739B2 (ja) 接合材料、接合部の製造方法、及び接合構造体
Chan et al. An integrated microcombustor and photonic crystal emitter for thermophotovoltaics
JP7350254B2 (ja) 端栓が接合された燃料棒
KR101756756B1 (ko) 고온가스로 압력용기 및 고온가스로 압력용기 제작방법

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
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190604

Year of fee payment: 6