KR101532647B1 - UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말 - Google Patents

UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말 Download PDF

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김성환
박종만
이규홍
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Abstract

본 발명은 UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말에 관한 것으로, 상세하게는 알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합하고, 혼합물을 진공분위기에서 용해하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 용해된 합금 용탕을 원심분무법을 이용하여 분말로 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 UAl2 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법은 특정 조성의 우라늄 및 알루미늄 합금 용탕을 원심분무함으로써 UAl2 분말을 선택적으로 제조 가능하다. 따라서 높은 방사선 조사 특성을 나타내며, 높은 우라늄 농도를 갖기 때문에 연료 입자의 체적을 줄이는 효과가 있다. 또한, 공정이 간단하여 제조율을 향상시켜 다량의 분말을 얻을 수 있다. 나아가, 작은 크기로 제조되므로 중성자 조사 및 온도 변화에 대한 팽윤이 적어 표적 제조에 유리한 장점이 있으며, 작고 구형이기 때문에 압분체를 제조한 후 압연 공정을 진행할 시에 과도한 도그 본(dog-bone)으로 인한 클래딩재의 두께 감소와 같은 불량률을 크게 줄일 수 있고 표적 내 우라늄 함량을 높일 수 있다.

Description

UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말{Method for manufacturing of UAl2 powder and the UAl2 powder thereby}
본 발명은 UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말에 관한 것으로, 상세하게는 우라늄 잉곳 및 알루미늄 잉곳을 특정비율로 혼합하여 용탕을 만들고, 원심분무법을 통하여 간단한 공정으로 UAl2 분말만을 선택적으로 제조하는 UAl2 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 UAl2 분말에 관한 것이다.
99mTc는 의료 진단용 방사성 동위원소 수요의 약 80 %를 차지하는 원소로서 핵의학적 질병진단에 중요하게 활용되고 있는 의료용 방사성 동위원소이다. 99mTc는 자연상태에는 존재하지 않는 인공원소이며, 99Mo의 방사선붕괴에 의하여 생성되는 딸핵종이다.
한편, 의료용 방사성 동위원소인 99mTc의 유일한 모핵종인 99Mo를 제조하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫 번째 방법은 우라늄을 핵분열시켜 생성되는 생성물 중 99Mo를 추출하는 방법이고, 두 번째 방법은 98Mo에 중성자를 조사하여 99Mo를 얻는 방법이다. 그러나, 두 번째 방법의 경우 원료물질인 98Mo를 얻기 어렵고, 이에 따라 가격이 비싼 문제점이 있으며, 방사선 강도가 약하여 주로 첫 번째 방법이 사용된다.
이와 같은 방법으로 제조되는 99Mo는 방사선붕괴에 의하여 99mTc가 생성되고, 생성된 99mTc가 질병 진단에 사용된다.
그러나, 99Mo는 반감기가 66 시간으로 매우 짧아 생산성을 높이기 위하여 최근까지 농축도가 90 % 이상인 고농축 우라늄 타겟을 사용하여 왔다. 여기서 농축도 90 % 이상이란 우라늄 동위원소 중 핵분열이 잘 일어나는 235U가 90 % 이상 포함되고, 238U가 10 % 이하로 포함됨을 의미한다.
최근 핵확산억제정책으로 의료용 방사성 동위원소 99Mo를 위한 조사 타겟 물질 우라늄의 농축도를 약 90% 고농축에서 20 % 이하로 낮추는 정책을 미국과 국제원자력기구(IAEA)가 주축이 되어 1996년부터 전 세계적으로 추진하고 있다.
그러나, 조사 타겟 물질 우라늄의 농축도를 약 90% 고농축에서 20 % 이하로 낮추는 경우 99Mo의 생산량이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 235U의 농축도를 90 %에서 20 %인 저농축으로 낮추는 대신에 그만큼 우라늄 총 함량을 증가시키는 방향으로 연구가 진행되고 있으며, 가급적 기존에 사용하고 있는 타겟 공정 및 형태를 변경하지 않는 방법을 원칙으로 하여 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 미국 Argonne 국립연구소에서는 두께가 약 120 ~ 150 ㎛의 얇은 우라늄 금속박판을 알루미늄 두 개의 원통 사이에 넣은 형태의 타겟을 개발하였다.
우라늄 금속박판에 대하여 원자로 내에서 중성자를 조사시키면 이방성 미세조직에 의하여 변형이 일어나고, 핵분열 생성가스에 의하여 기포 또는 원자 개수가 늘어나기 때문에 부피 팽창이 일어난다. 이와 같은 부피 팽창은 온도가 높을수록 원자 확산운동이 커짐에 따라 급격히 증가하기 때문에 핵분열로 발생하는 많은 열을 효과적으로 방출하기 위하여 상기와 같은 디자인으로 타겟을 개발한 것이다.
그러나 일반적으로 대규모 99Mo 생산자의 99Mo를 제조하기 위한 공정에 사용되는 타겟은 판형인 점, 핵분열 후 알루미늄 원통틀을 제거하고 난 후, 이후의 처리를 해야 하므로 공정이 복잡해지는 점 등의 문제점이 있다.
한편, 현재 대규모 99Mo 생산자의 타겟인 고농축 우라늄과 알루미늄의 합금물질인 알루미나이드는 알루미늄 금속에 약 18 중량%의 우라늄 금속을 첨가하여 용융 합금한 물질로, 냉각 중에 Al 기지에 UAl3와 UAl4상이 석출되어 분산되어 있는 형태의 미세조직이다.
이와 같은 미세조직을 갖는 경우, 열전도도가 매우 우수하여 중심부 온도가 낮게 유지되기 때문에 온도의 상승에 의한 거동 악화를 방지할 수 있는 장점이 있으나, 우라늄 함량은 약 1.5 g-U/cc로 낮다.
우라늄 알루미나이드의 금속간 화합물 중에 UAl2는 UAl3와 UAl4보다 우라늄 함량이 높아 UAl2 분말을 우선 제조하고 알루미늄 분말과 혼합하여 압연 성형한 분산물질은 우라늄 함량이 약 3.0 g-U/cc로 높아진다.
한편, 우라늄 타겟 제조와 관련된 종래의 기술로써, 일본 공개특허 제1995-218697호에서는 저 농축 우라늄을 이용하는 99MO 생성 타겟을 제조하는 방법 및 저 농축 우라늄로 만든 99MO 생성 타겟이 개시된 바 있다. 구체적으로는 핵분열 생성물을 생성하기 위한 일차 타깃의 제조 방법에 있어서, (a) 제1 표면, 제2 표면, 주연부 및 소정의 두께를 갖는 제1 기재를 선정하는 공정과 (b) 제1 표면, 제2 표면 및 소정의 두께를 가지고 핵분열성 재료로 이루어진 박을 수용하도록 상기 제1 기재의 제1 표면을 조제하는 공정과 (c) 상기 박을 상기 제1 기재로부터 후에 없애는 것이 가능하도록, 상기 박의 제1 표면을 상기 제1 기재의 제1 표면에 접촉시키는 공정과 (d) 제1 표면, 제2 표면, 주연부 및 소정의 두께를 갖는 제2 기재를 선정하는 공정과 (e) 상기 박을 상기 제2 기재로부터 후에 없애는 것이 가능하도록 상기 박을 수용하도록 상기 제2 기재의 제1 표면을 조제하는 공정과 (f) 상기 제1 기재의 제2 표면 및 상기 제2 기재의 제2 표면이 주위 분위기에 드러냄 되어 또한, 상기 박이 상기 제1 기재와 상기 제2 기재 사이에 껴 상기 박이 주위 분위기에 드러냄 되지 않게, 상기 제1 기재의 주연부를 상기 제2 기재의 주연부에 설치하는 공정과 (g) 드러냄 된 상기 제1 기재의 제2 표면 및 상기 제2 기재의 제2 표면을 압축해, 상기 박과 상기 제1 기재의 제1 표면 사이 및 상기 박과 상기 제2 기재의 제1 표면 사이에 기계적인 실수 속임 접촉을 확실히 가져오는 공정을 구비하는 제조 방법을 개시하고 있다.
이에 본 발명자들은 안정적이며 높은 우라늄 농도를 갖는 UAl2 분말의 제조방법에 대하여 연구를 수행하던 중, 특정 비율의 알루미늄 및 우라늄 합금 용탕으로부터 원심분무법을 이용하여 UAl2 분말을 선택적으로 제조하는 방법을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은,
UAl2 분말의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 UAl2 분말을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
저농축 우라늄 표적의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 저농축 우라늄 표적을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합하고, 혼합물을 진공분위기에서 용해하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 용해된 합금 용탕을 원심분무법을 이용하여 분말로 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 UAl2 분말의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 UAl2 분말을 제공한다.
나아가, 본 발명은,
상기 UAl2 분말 및 알루미늄 분말을 혼합하여 압분체를 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 압분체를 압연하는 단계(단계 2);를 포함하는 저농축 우라늄 표적의 제조방법을 제공한다.
더욱 나아가, 본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 저농축 우라늄 표적을 제공한다.
본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법은 특정 조성의 우라늄 및 알루미늄 합금 용탕을 원심분무함으로써 UAl2 분말을 선택적으로 제조 가능하다. 따라서 높은 방사선 조사 특성을 나타내며, 높은 우라늄 농도를 갖기 때문에 연료 입자의 체적을 줄이는 효과가 있다.
또한, 공정이 간단하여 제조율을 향상시켜 다량의 분말을 얻을 수 있다.
나아가, 작은 크기로 제조되므로 중성자 조사 및 온도 변화에 대한 팽윤이 적어 표적 제조에 유리한 장점이 있으며, 작고 구형이기 때문에 압분체를 제조한 후 압연 공정을 진행할 시에 과도한 도그 본(dog-bone)으로 인한 클래딩재의 두께 감소와 같은 불량률을 크게 줄일 수 있고 표적 내 우라늄 함량을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 우라늄알루미나이드 분말 제조방법과 본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법 및 이를 이용한 저농축 우라늄 표적의 제조방법의 일례를 나타낸 모식도이고;
도 2는 우라늄-알루미늄의 이원계 상태도를 나타낸 그래프이고;
도 3은 실시예 1에서 제조된 UAl2 분말을 나타낸 사진이고;
도 4는 실시예 2에서 제조된 저농축 우라늄 표적 심재영역의 X-선 및 단면을 나타낸 사진이다.
본 발명은,
알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합하고, 혼합물을 진공분위기에서 용해하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 용해된 합금 용탕을 원심분무법을 이용하여 분말로 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 UAl2 분말의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법에 있어서 단계 1은 알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합하고, 혼합물을 진공분위기에서 용해하는 단계이다.
우라늄알루미나이드 분말을 이용한 표적은 UAl2, UAl3 및 UAl4의 혼합상인 UAlx 입자가 알루미늄 기지 내에 석출된 합금이다.
UAl4는 화학양론적으로 범위가 넓고 결정학적으로 이방성을 띄는 사방의 결정구조를 갖는 금속간화합물로써 방사선 조사에 취약한 특성을 갖기 때문에 핵연료로서는 부적합하다. 반면, UAl3는 결정학적으로 등방성을 띄는 단순입방 결정구조를 갖고 있기 때문에 방사선 조사에 안정하고 UAl4에 비해 연성이 뛰어나서 제조가 용이하다.
한편, UAl2는 결정학적으로 등방성을 띄는 면심입방 구조를 갖는 물질로서 UAl3와 마찬가지로 안정한 방사선 조사 특성을 나타내고 높은 우라늄 농도 (6.64gU/cm3)를 갖고 있어서 연료 입자의 체적을 줄일 수 있는 장점이 있지만 발화성이 강하여 자연발화의 성질을 갖고 있을 뿐만 아니라 단상으로의 제조가 어렵다.
기존의 우라늄 알루미나이드 핵연료를 제조하는 방법은 UAlx를 합금 용해 주조하여 잉곳(ingot) 형태로 제조한 후 이를 분쇄하여 UAlx 분말을 제조하고 이를 알루미늄 분말과 혼합하여 압분, 압연하여 분산핵연료를 제조하였다.
그러나, 이러한 합금 용해 주조법은 U-Al 금속간화합물이 서로 혼재되어 순수 UAl2 단상을 얻기가 어렵고 이로 인해 핵연료 내의 우라늄 밀도가 최대 2.6g/cc-U 이내로 제한적이며 우라늄 함량을 높이게 되면 표적을 제조하기 위한 압연 시 불량이 다량 발생하였다.
본 발명에서는 우라늄 잉곳과 알루미늄 잉곳을 특정 조성비로 진공 분위기의 유도 가열로에 장입한 후 고온에서 용해시켜 원심분무법을 통해 제조함으로써, 기존의 파쇄법에 비해 제조 과정이 단순하고 안정한 방사선 조사특성을 갖고 있으며 핵분열 생성물을 효과적으로 고용할 수 있는 UAl2 단상의 우라늄알루미나이드 입자 분말을 제조할 수 있다.
이때, 알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합한다.
만약, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 중량 % 미만으로 포함되는 경우에는 알루미늄의 녹는점이 낮아 용해시 상당량이 증발되어 UAl2 상보다 U 상태로 존재하는 상분율이 많아지는 문제점이 발생할 수 있고, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 20 중량 % 초과하여 포함되는 경우에는 UAl3 상이 다량 존재하여 분말 내 우라늄 밀도가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 단계 1의 용해는 1800 내지 2000 ℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.
만약, 상기 단계 1의 용해가 1800 ℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 우라늄과 알루미늄의 용탕이 제대로 형성되지 않아 출탕이 되지 않는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 단계 1의 용해가 2000 ℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 필요 이상의 온도 상승으로 비용이 소모되는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 진공분위기는 10-3 내지 30 torr의 압력일 수 있다.
만약, 상기 진공분위기가 10-3 torr 미만의 압력인 경우에는 필요 이상의 진공 형성으로 비용이 소모되는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 진공분위기가 30 torr 초과의 압력인 경우에는 알루미늄의 기화로 인하여 용해 챔버 내 압력이 높아져 폭발할 가능성이 높아지는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 UAl2 분말의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1에서 용해된 합금 용탕을 원심분무법을 이용하여 분말로 제조하는 단계이다.
본 발명의 원심분무법은 대한민국 등록특허 제10-279880호에 기재된 핵연료분말의 제조장치를 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 회전하는 원반상으로 노즐을 통하여 합금용탕이 토출되면, 원심력에 의하여 미세한 입자가 형성되면서 챔버 벽면까지 비행하게 되고, 비행과정에서 냉각가스에 의하여 냉각되어, 챔버 벽면에 도달할 때는 구형의 미세 분말형태가 되어 회수용기로 회수되는 방법이다.
이때, 합금 입자 분말의 크기는 약 50 ㎛에서 약 500 ㎛까지 범위까지 회전속도, 용탕공급량, 디스크 크기, 용탕 온도에 따라 다르게 분포될 수 있다. 용탕의 입자는 비표면적이 매우 크기 때문에 응고속도가 빨라 미세한 결정립의 조직 구조를 갖는다.
이와 같은 방법으로 입자를 제조할 경우, 제조공정이 단순하고, 제조과정에서의 손실율이 낮아져 생산성이 향상될 뿐만 아니라, 불순물 혼입이 억제되어 순도도 매우 높아지는 장점이 있다.
또한, 우라늄 합금 주괴를 제조한 후 이를 파쇄하여 분말을 제조하는 기존의 방법보다는 원심분무법을 이용하여 우라늄 합금 입자 분말을 제조하는 것이 바람직한 다른 이유는 생성되는 입자가 구형이며 미립자이기 때문이다. 기존의 방법으로 분말을 제조할 경우 결정립 크기가 약 수백 ㎛정도 되지만, 원심분무법으로 제조할 경우 약 수 ㎛정도의 미세한 결정립 조직이 형성된다.
본 발명에서는 우라늄 입자가 구형이기 때문에 압연 성형이 잘 이루어지며 결정립 크기가 중성자 조사 및 온도 변화에 대한 팽윤이 적어 표적 성능이 향상되는 장점이 있다.
본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 UAl2 분말을 제공한다.
UAl2는 결정학적으로 등방성을 띄는 면심입방 구조를 갖는 물질로서 UAl3와 마찬가지로 안정한 방사선 조사 특성을 나타내고 높은 우라늄 농도 (6.64gU/cm3)를 갖고 있어서 연료 입자의 체적을 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 UAl2 분말은 우라늄 잉곳과 알루미늄 잉곳을 특정 조성비로 진공 분위기의 유도 가열로에 장입한 후 고온에서 용해시켜 원심분무법을 통해 제조함으로써, 기존의 파쇄법에 비해 제조 과정이 단순하여 대량생산이 가능하여 저렴한 가격에 제공될 수 있고, 안정한 방사선 조사특성을 가지며 핵분열 생성물을 효과적으로 고용할 수 있는 단상의 UAl2 입자 분말로 제공될 수 있다.
이때, 상기 UAl2 분말은 10 내지 150 ㎛ 크기의 직경을 갖는 것을 사용할 수 있고, 거름(Sieving)을 통하여 상기 직경의 입자만을 선별할 수 있다.
작은 크기의 분말은 중성자 조사 및 온도 변화에 대한 팽윤이 적어 표적 제조에 유리한 장점이 있으며, 압분체를 제조한 후 압연 공정을 진행할 시에 과도한 도그 본(dog-bone)으로 인한 클래딩재의 두께 감소와 같은 불량률을 크게 줄일 수 있고 표적 내 우라늄 함량을 높일 수 있다.
본 발명은,
상기 UAl2 분말 및 알루미늄 분말을 혼합하여 압분체를 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 압분체를 압연하는 단계(단계 2);를 포함하는 저농축 우라늄 표적의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 저농축 우라늄 표적의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 저농축 우라늄 표적의 제조방법에 있어서 단계 1은 상기 UAl2 분말 및 알루미늄 분말을 혼합하여 압분체를 제조하는 단계이다.
상기 UAl2 분말은 대량생산될 수 있어 저농축 우라늄 표적을 보다 저렴하게 제조할 수 있으며, 또한, 상기 UAl2 분말은 중성자 조사 및 온도변화에 대한 팽윤이 적기 때문에, 상기 표적 제조에 유리하며 불량률을 줄일 수 있다.
일반적으로, Mo-99 조사 표적 제조 시 사용되는 압분체는 우라늄 분말과 상업적으로 사용되는 알루미늄 분말을 혼합하여 제조할 수 있다. 이때, 덩어리 상태의 알루미늄 분말을 이용하게 되면 혼합이 불균일하게 되어 핵연료의 균질도가 감소하기 때문에 100mesh 이하의 상업용 알루미늄 분말을 이용할 수 있다. 거름된 알루미늄 분말은 고진공로에서 가열하여 불순물과 수분이 제거될 수 있다. UAl2분말과 알루미늄 분말을 혼합하여 균질하게 혼합하고 혼합된 분말을 압분하면 UAl2와 Al의 압분체를 제조할 수 있다.
이때, UAl2 분말은 UAl2 분말과 알루미늄 분말의 총 혼합분말에 대하여 40 내지 50 부피%로 혼합되는 것이 바람직하다.
이는 저농축 우라늄을 사용하는 대신 고밀도의 표적을 제조하기 위함이다.
만약, 상기 UAl2 분말을 40 부피% 미만으로 혼합할 경우 핵분열에 의하여 생성되는 99Mo의 양이 적어 생산량이 저하되는 문제점이 있고, 반면, 상기 UAl2 분말의 혼입량이 50 부피%를 초과하는 경우에는 압연 성형하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명에 따른 저농축 우라늄 표적의 제조방법에 있어서 단계 2는 상기 단계 1의 압분체를 압연하는 단계이다.
상기 단계 2의 압연은 공지의 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 99Mo의 생산을 위한 우라늄 타겟을 제조하는 기존의 방법에서 사용하는 샌드위치형 프레임에 압분체를 넣고 조립하고 용접하여 압연하는 방법을 그대로 사용할 수 있으므로, 추가적인 공정비용이 소요되지 않는 장점이 있다.
본 발명은,
상기 제조방법에 따라 제조되는 저농축 우라늄 표적을 제공한다.
종래의 U-Al 합금 분말 연료는 우라늄알루미나이드(UAlx) 입자를 알루미늄 기지에 분산시킨 형태로 제조되며 저농축 우라늄을 이용하여 최대로 우라늄 함량을 높일 경우 2.6 내지 3g/cc-U 정도까지 가능한데 그 이상 우라늄 함량을 높이게 되면 불량이 발생하였다.
또한, 저농축 우라늄을 이용한 분산표적을 제조중인 프랑스의 CERCA사는 기존의 파쇄분말을 이용할 경우 2.6g/cc-U 가 UAl2로 만들 수 있는 우라늄 밀도의 한계라고 발표하고 이는 입자 장입량이 높을수록 불합격이 많아지기 때문이며, UAl2는 제조 중에 모두 반응하여 UAlx로 변환된다고 하였다.
그러나, 본 발명의 원심분무법을 이용한 구형의 우라늄알루미나이드 입자 분말을 사용하여 제조된 저농축 우라늄 표적의 경우, 기존의 제품들보다 우라늄 함량이 훨씬 높고, 조사 성능이 우수하며, 고농축 우라늄 표적과 생산성이 대등한 장점이 있다.
이때, 상기 저농축 우라늄 표적의 우라늄 밀도는 2.6 내지 3.0 g/cc-U일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
단계 1: 알루미늄 잉곳 117.7 g과 우라늄 잉곳 470.5 g을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 20 중량 %로 포함되도록 혼합하였다. 이는, 최종 알루미늄의 중량 %가 18.5 중량 %가 되도록 용해 공정시의 알루미늄의 증발가능성을 고려한 비율이다.
상기 혼합물을 10-3torr 진공분위기의 유도가열로에서 1860 ℃까지 승온한 후, 우라늄 합금 용탕을 제조하였다.
단계 2: 상기 우라늄 합금 용탕을 출탕하여 원심분무법을 이용하여 UAl2 분말을 제조하였다.
<실시예 2>
단계 1: 상기 실시예 1에서 제조된 150 ㎛ 이하의 크기를 갖는 UAl2 분말 21.18 g과, 고진공로에서 가열하여 불순물과 수분을 제거한 100 mesh 이하의 상업용 알루미늄 분말 7.86 g을 혼합하였다. 이때, 상기 혼합물 우라늄 밀도가 3.0 g/cc-U가 되도록 계량되었다.
상기 혼합물을 스펙스 밀(spex mill)을 이용하여 3시간 동안 균질하게 혼합하고 유압 프레스를 이용하여 압분하여 압분체를 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1의 압분체를 픽쳐 프레임(picture frame) 중앙의 홈에 넣은 후, 상하부 알루미늄 커버 플레이트를 씌워 조립한 후 용접을 실시하여 접합을 하고, 압연을 실시하여 판형 우라늄 합금 표적을 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 1에서 제조된 UAl2 분말 및 실시예 2에서 제조된 우라늄 합금 표적을 주사전자현미경(SEM) 및 X-선으로 관찰하고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 도시하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, 직경 50 내지 150 ㎛의 미세 입자가 제조됨을 확인할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 50 ㎛의 우라늄알루미나이드 입자가 우라늄 합금 표적 내에 구형의 형태를 유지하며 포함되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따라 제조된 UAl2 분말은 미세 크기의 입자를 가지며 이에 따라 중성자 조사 및 온도 변화에 대한 팽윤이 적어 건전한 표적을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 알루미늄 잉곳과 우라늄 잉곳을 혼합하되, 총 혼합물에 대하여 알루미늄이 10 내지 20 중량 %로 포함되도록 혼합하고, 혼합물을 1800 내지 2000 ℃의 온도범위에서 진공분위기에서 용해하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 용해된 합금 용탕을 원심분무법을 이용하여 10 내지 150 ㎛ 크기의 직경을 갖는 UAl2 분말로 제조하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 제조된 UAl2분말과 알루미늄 분말을 혼합하여 압분체를 제조하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3의 압분체를 압연하는 단계(단계 4);를 포함하는 저농축 우라늄 표적의 제조방법.

  2. 삭제
  3. 제1항의 제조방법에 따라 제조되는 저농축 우라늄 표적.

  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 저농축 우라늄 표적은 의료용 방사성 Mo-99를 위한 조사 표적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 저농축 우라늄 표적.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 저농축 우라늄 표적의 우라늄 밀도는 2.6 내지 3.0 g/cc-U인 것을 특징으로 하는 저농축 우라늄 표적.









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