KR101733832B1 - 핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법 - Google Patents

핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핵연료 (10), 연료 요소 (4), 연료 어셈블리 (1) 및 핵연료 제조 방법에 관한 것이다. 핵연료는 비등수형 원자로 (BWR) 및 가압수형 원자로 (PWR) 와 같은 경수로 (LWR) 를 포함한 수냉식 원자로에서 사용하도록 되어 있다. 핵연료는 UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물을 포함한다. 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량은 10 중량% 미만의 동위원소 235U 를 포함한다. 핵연료는 Zr, Mo, Si, Al, Nb 및 U 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소로, 원소 형태로 또는 화합물로서, 실질적으로 이루어진 첨가제를 포함한다.

Description

핵연료, 핵연료 요소, 핵연료 어셈블리 및 핵연료의 제조 방법{NUCLEAR FUEL, NUCLEAR FUEL ELEMENT, NUCLEAR FUEL ASSEMBLY AND A METHOD MANUFACTURING NUCLEAR FUEL}
본 발명은 비등수형 원자로 (BWR) 및 가압수형 원자로 (PWR) 와 같은 경수로 (LWR) 를 포함한 수냉식 원자로에서 사용하도록 된 핵연료 펠릿 (pellet) 에 관한 것으로, 핵연료 펠릿은 UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물을 포함하고, 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량은 10 중량% 미만의 동위원소 235U 를 포함한다.
본 발명은 또한 연료 요소, 연료 어셈블리 및, 비등수형 원자로 (BWR) 와 가압수형 원자로 (PWR) 와 같은 경수로 (LWR) 를 포함한 수냉식 원자로에서 사용하도록 된 핵연료의 제조 방법에 관한 것이다.
경수로 (LWR) 와 중수로 (HWR) 를 포함한 수냉식 원자로에서, U02 를 포함한 핵연료가 보통 사용된다. U02 는 이것이 물에서 용해에 대해 높은 저항을 가진다는 사실 때문에 유리하다.
JP-11202072 는 초기에 정의된 종류의 핵연료를 개시한다. 핵연료는 수냉식 원자로에서 사용하기 위한 것이다. 핵연료는 산화물 또는 질화물 입자들을 포함하고 연료 펠릿에 함유된다. 연료는 예를 들어 알루미늄 산화물, 그래파이트, 실리콘 카바이드 또는 금속으로 된 보호 필름 또는 커버에 봉입된다. 보호 필름의 용도는 물이 연료 펠릿에 침투하여 우라늄 질화물에 닿는 것을 방지하는 것이다.
WO 2007/011382 는 개질 UN 또는 개질 PuN 으로 된 핵연료를 개시한다. 핵연료는 지르코늄 질화물, 토륨 질화물, 하프늄 질화물, 티타늄 질화물, 또는 희토류 질화물 또는 그 밖의 악티니드 질화물 중 적어도 하나와 같은 추가의 질화물 첨가제를 가진다. 이 핵연료는 수냉식 원자로를 위한 것이 아니라, 소형의 폐쇄형 수송 가능 자율 원자로 (SSTAR) 로 불리는 특정한 종류의 원자로를 위한 것으로, 이것은 증식로이므로, UN 으로 된 핵연료가 매우 높은 함량의 동위원소 235U 를 가진다.
US 4,059,539 는 (U, Zr)N 으로 이루어진 핵연료를 개시하는데 여기에서 ZrN 은 UN 매트릭스에 용해된다. 이 연료는 증식로를 위한 것이다.
따라서, 수냉식이 아닌 증식로에서 우라늄 질화물을 기반으로 한 핵연료를 사용하는 것은 알려져 있다. UN 은 UO2 에 비하여 기술적, 경제적 장점을 가진다. 따라서, 본 발명의 목적은 UN 을 기반으로 하고 수냉식 원자로를 위한 핵연료를 제공하는 것이다.
이 목적은 초기 정의된 핵연료로서, Zr, Mo, Si, Al, Nb 및 U 로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를, 원소 형태로 또는 화합물 형태로서, 포함하는 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵연료에 의해 달성된다.
순수한 UN 은 UO2 보다 대략 40 % 초과하는 우라늄 원자를 함유한다. 따라서, UN 을 기반으로 한 핵연료는 작동 비용 및 따라서 전기 발생 비용을 상당히 개선시킬 것이다. 또한, UN 은 UO2 에 대조적으로 온도에 따라 증가하는 보다 높은 열 전도성을 가진다. 열 전도성은 온도에 따라 UO2 에서보다 UN 에서 대략 3 ~ 8 더 높다. 결과적으로, UN 을 기반으로 한 핵연료는 원자로의 작동 중 UO2 와 동일한 정도로 가열되지 않을 것이고, 이것은, 여러 가지 이유 때문에, 예를 들어 더 적은 열 팽창, 더 적은 핵분열 가스의 방출 및 더 적은 저장 에너지 때문에 유리하고, 더 적은 저장 에너지는 냉각제 상실 사고 (LOCA) 의 경우 중요하다.
UN 은 UO2 보다 물과 더 잘 반응하므로 UN 은 UO2 에 비하여 불리하다. 이것은 수냉식 원자로, 예컨대, LWR 에서 사용하는데 잠재적 제약으로, 연료 피복의 누설을 배제할 수 없다. UO2 가 LWR 조건 (250 ℃ ~ 350 ℃) 에서 물과 천천히 반응하는 반면, UN 의 반응 속도는 생성된 가스가 팽창하여 피복을 파열시킬 정도이다. 결과적으로, 물이 연료 피복에 침투하여 핵연료와 접촉할 위험이 있는 수냉식 원자로에서 지금까지 UN 을 사용할 수 없었는데, 이것은 S. Sunder 와 N. H. Miller 에 의한 합금 및 화합물의 저널 (1998 년) 271 ~ 273 쪽에서 물에 의한 우라늄 질화물 부식에 대한 XPS 와 XRD 연구라는 글에서 알 수 있다. 저자는 UN 이 수냉식 원자로에서 사용될 수 없다고 결론 내린다.
본 발명에 따른 첨가제를 도입함으로써, UN 과 물의 반응 속도는 받아들일 수 있는 레벨로 감소될 수 있다. 정의된 첨가제(들)를 가지는 UN 은 물을 함유한 환경에서도 안정적일 것이다. 우라늄 함유 화합물에 첨가될 첨가제들은 균열면들을 포함한 모든 면들에서 UN 함량에 대해 밀착 (tight) 되고, 물에 녹지 않는 보호층을 형성하도록 물과 반응할 것이다.
정의된 첨가제는 다음과 같은 중요한 기준을 만족한다. 첨가제는 지르칼로이-2 및 지르칼로이-4 와 같은 지르코늄-기반 합금으로 만들어진 통상적으로 사용되는 피복과 반응하지 않는다. 첨가제는 모두 비교적 낮은 중성자 흡수 단면적을 가진다. 바람직한 본원에서 예시된 첨가제는 모두 Zr 과 동일한 범위의 중성자 단면적을 가진다. 더구나, 첨가제는 모두 방사성 환경에서 안정적이다. 첨가제는 원소 형태로 또는 산화물, 질화물, 수소화물과 같은 화합물로서 첨가될 수 있다. 첨가제는 또한 원소 형태로 또는 ZrN, Si3N4, Al2O3, ZrO2, MoyOx, Si02, AlN 등과 같은 예를 들어 산화물, 질화물, 수소화물의 화합물로서 완성된 핵연료에 존재할 수도 있다. 첨가제는 입계에 축적될 것이고, 첨가제는 균열면을 포함한 모든 노출면에서 UN 으로 물의 침투를 방지한다.
정의된 첨가제는 물에서 매우 낮은 부식 속도를 가진다. ZrN 형태의 Zr 은 70 원자% 레벨에서 물로부터 PuN 연료를 보호하는데 효과적인 것으로 이전 작업에서 알려졌다. U 금속으로 Mo 금속의 첨가는 5 ~ 19 체적% 레벨에서 U 금속 부식을 제거하는 것으로 알려졌다. 따라서, Zr, Al, Mo, Si 및 U 의 질화물, 산화물, 또는 수소화물 화합물의 UN 에의 첨가는 연료 매트릭스에서 UN 의 대부분을 보호하는 것으로 믿고 있다. UN 을 보호하는 U 또는 우라늄 화합물을 포함하는 첨가제에 대해, 예를 들어, U 금속이 UN 에 첨가된다면, 물에 노출시, U 금속은 내재하는 UN 을 보호할 U02 로 산화될 것이라는데 주목해야 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 우라늄 함유 화합물의 질소 함량은 적어도 60 중량% 의 동위원소 15N, 바람직하게 적어도 80 중량% 의 동위원소 15N, 그리고 가장 바람직하게 적어도 90 중량% 의 동위원소 15N 을 포함한다. 천연적으로 질소는 99.634 % 14N (7 개의 중성자를 가지고 안정적) 과 0.366 % 15N (8 개의 중성자를 가지고 안정적) 으로 존재한다. 14N 은 높은 흡수 단면적을 가진다. 15N 으로 천연 질소를 풍부하게 함으로써, 14N 에 의한 기생적 중성자 흡수가 방지되거나 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 첨가제는 ZrN, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, Si02, AlN, Zr02, ZrH3, Si02, U, Zr, Mo, Si, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 첨가제는 ZrN, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOX, Si02, AlN, Zr02, ZrH3, Si02, Zr, Mo, 및 Si 중 적어도 하나를 포함하고, 첨가제의 양은 핵연료의 30 체적% 이하이다. 결과적으로, 고 체적 우라늄 밀도를 유지하기 위해서, 비우라늄 함유 첨가제의 양은 30 체적% 미만이어야 한다. 이 레벨에서, 전체 우라늄 밀도는 U02 에 대해서보다 높을 것이고, 즉 우수한 우라늄 체적 밀도가 핵연료에서 유지될 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 첨가제는 U, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함하고, 첨가제의 양은 핵연료의 80 체적% 이하이다. 결과적으로, 고 체적 우라늄 밀도를 유지하기 위해서, 우라늄 함유 첨가제의 양은 최대 대략 80 체적% 일 수 있다. 이 레벨에서, 전체 우라늄 밀도는 U02 에 대해서보다 높을 것이고, 즉 우수한 우라늄 체적 밀도가 핵연료에서 유지될 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 핵연료는 핵연료 펠릿의 형태로 제공된다. 유리하게도, 핵연료 펠릿은 상기 적어도 하나의 첨가제와 우라늄 함유 화합물의 분말의 소결을 통하여 형성될 수도 있다.
본원의 목적은 또한 청구항 10 에 정의된 연료 요소 및 청구항 12 에 정의된 연료 어셈블리에 의해 달성된다.
또한, 본원의 목적은 초기 정의된 방법에 의해 달성되는데, 이 방법은 UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물을 제공하는 단계를 포함하는데, 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량은 10 중량% 미만의 동위원소 235U 를 포함하고, Zr, Mo, Si, Al, Nb 및 U 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소를, 원소 형태로 또는 화합물로, (실질적으로) 이루어진 첨가제를 우라늄 함유 화합물에 첨가하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따른 방법은, 우라늄 함유 화합물의 분말을 제공하는 단계, 첨가제의 분말을 제공하는 단계, 우라늄 함유 화합물과 첨가제를 분말 혼합물로 혼합하는 단계, 및 소결 압력과 소결 온도에서 혼합물을 핵연료 펠릿으로 소결하는 단계를 더 포함한다. 유리하게도, 소결 온도는 적어도 1,800 ℃, 적어도 2,000 ℃, 바람직하게 적어도 2,100 ℃, 가장 바람직하게 적어도 2,200 ℃ 일 수도 있다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 다양한 실시형태들과 실시예들에 대한 기술에 의해 보다 자세히 설명될 것이다.
도 1 은 BWR 용 연료 어셈블리의 부분 단면 측면도를 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 PWR 용 연료 어셈블리의 측면도를 개략적으로 나타낸다.
도 3 은 도 1 또는 도 2 의 연료 어셈블리의 연료 요소의 종단면도를 나타낸다.
도 1 은 수냉식 경수로 (LWR), 보다 정확하게 비등수형 원자로 (BWR) 에서 사용하기 위한 연료 어셈블리 (1) 를 보여준다. 연료 어셈블리 (1) 는 바닥 부재 (2), 상부 부재 (3), 및 바닥 부재 (2) 와 상부 부재 (3) 사이에서 연장되는 기다란 연료봉들 (4) 형태의 복수의 연료 요소들을 비롯한 공지된 부품들을 포함한다. 연료봉들 (4) 은 복수의 스페이서들 (5) 에 의해 제자리에 유지되고, 이 스페이서들 중 하나는 도 1 에 나타나 있다. 또한, 연료 어셈블리는 연료봉들 (4) 을 둘러싸고 봉입하는 유동 채널 (6) 또는 연료 상자를 포함한다.
도 2 는 수냉식 경수로 (LWR), 보다 정확하게 가압수형 원자로 (PWR) 에서 사용하기 위한 연료 어셈블리 (1) 를 보여준다. 연료 어셈블리 (1) 는 바닥 부재 (2), 상부 부재 (3), 및 바닥 부재 (2) 와 상부 부재 (3) 사이에서 연장되는 기다란 연료봉들 (4) 형태의 복수의 연료 요소들을 비롯한 공지된 부품들을 포함한다. 연료봉들 (4) 은 복수의 스페이서들 (5) 에 의해 제자리에 유지된다.
도 3 은 도 1 과 도 2 의 연료 어셈블리들 (1) 에서 사용되는 종류의 연료봉 (4) 으로 설계된 단일 연료 요소를 보여준다. 연료봉 (4) 은 복수의 연료 펠릿 (10) 형태의 핵연료 및 피복 튜브 (11) 형태의 피복, 바닥 마개 (12) 및 상부 마개 (13) 를 포함한다. 연료 펠릿들 (10) 은 피복 튜브 (11) 에 구비된 파일 (pile) 에 배치된다. 따라서, 피복 튜브 (11) 는 연료 펠릿들 (10) 과 가스를 봉입한다. 스프링 (14) 은 상부 플리넘 (plenum) (15) 에 배치되고 연료 펠릿들을 바닥 마개 (12) 를 향하여 가압한다.
전술한 연료 요소들의 핵연료는 UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물을 포함한다. 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량은 적어도 동위원소들 238U 및 235U 를 포함한다. 우라늄 함량은 우라늄의 천연 조성과 비교해 235U 가 풍부하지만, 우라늄 함량은 10, 9, 8, 7, 6 또는 5 중량% 미만의 동위원소 235U 를 가진다.
핵연료는, 우라늄 및 질소와 더불어, 첨가제를 포함한다. 첨가제의 용도는 주로 UN 과 물의 반응 속도를 감소시키는 것이다. 첨가제는, Zr, Mo, Si, Al, Nb 및 U 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소로, 원소 형태로 또는 화합물로서, 이루어지거나 실질적으로 이루어진다. 첨가제를 형성하는 원소(들) 또는 화합물(들)은 연료 요소에 균질하게 분포된다.
천연 질소는 99.634 % 14N (7 개의 중성자를 가지고 안정적) 및 0.366 % 15N (8 개의 중성자를 가지고 안정적) 으로 구성된다. 15N 은 비교적 높은 흡수 단면적을 가지는 14N 보다 상당히 낮은 중성자 흡수 단면적을 가진다. 기생적 중성자 흡수를 최소화하거나 감소시키기 위해서, 따라서 우라늄 함유 화합물의 질소 함량은 15N 이 풍부하다. 따라서, 우라늄 함유 화합물의 질소 함량은 적어도 60, 적어도 70, 적어도 80, 적어도 90, 적어도 95 또는 적어도 98 중량% 의 동위원소 15N 을 포함할 수도 있다.
따라서, 첨가제는 원소 형태로 또는 화합물로 전술한 원소들 중 하나 또는 여러 원소들을 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 화합물은 예를 들어 산화물, 질화물, 수소화물 등일 수도 있다. 알맞은 첨가제의 예들은 ZrN, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, Si02, AlN, Zr02, ZrH3, Si02, U, Zr, Mo, Si, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함한다.
첨가제는 이 원소들 또는 화합물들 중 임의의 단 하나를 포함할 (이루어질) 수도 있음에 주목해야 한다. 첨가제는 또한 이 원소들 또는 화합물들 중 임의의 둘 이상의 임의의 조합을 포함할 (이루어질) 수도 있다.
이 첨가제들의 제 1 그룹은 원소들 Zr, Mo 및 Si 중 적어도 하나 및/또는 ZrN, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, Si02, AlN, Zr02, ZrH3 및 Si02 중 적어도 하나를 포함한다.
이 제 1 그룹에서, 원소들 또는 화합물들은, 핵연료에서 고 체적 우라늄 밀도를 유지하기 위한 첨가제의 양을 제한하는, 우라늄 또는 그 밖의 핵분열 원소를 포함하지 않는다. 결과적으로, 제 1 그룹을 위한 첨가제의 양은 핵연료의 30 체적% 이하이어야 한다. 유리하게도, 이 그룹을 위한 첨가제의 양은 핵연료의 25, 20, 15, 또는 10 체적% 이하일 수도 있다. 이 그룹을 위한 첨가제의 양은 핵연료의 2, 5, 7, 또는 10 체적% 이상이다. 제 1 그룹의 첨가제들은 UN 함량에 대해 밀착되고, 물에 녹지 않는 보호층을 형성하도록 물과 반응할 것이다.
첨가제의 양 또는 보다 정확하게 첨가제의 중량% 는 화합물 형태의 첨가제에 대해서보다 원소 형태의 첨가제에 대해 더 적을 수도 있다.
첨가제들의 제 2 그룹은 원소 U 및/또는 화합물들 U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함한다.
이 제 2 그룹의 첨가제들은 우라늄을 포함하는데, 이것은 첨가제의 양이 핵연료에서 고 체적 우라늄 밀도를 유지하기 위한 제 1 그룹에 대해서보다 높을 수도 있음을 의미한다. 결과적으로, 제 2 그룹에 대한 첨가제의 양은 핵연료의 80 체적% 이하이어야 한다. 유리하게도, 제 2 그룹에 대한 첨가제의 양은 핵연료의 70, 60, 50, 40, 30, 20 또는 10 체적% 이하일 수도 있다. 이 그룹에 대한 첨가제의 양은 핵연료의 2, 5, 7 또는 10 체적% 이상이다. 제 2 그룹의 우라늄 함유 화합물들은 UN 함량에 대해 밀착되고, 물에 녹지 않는 보호층을 형성하도록 물과 반응할 것이다. 원소 (U) 를 포함하는 첨가제는, 물에 노출되었을 때, 내재하는 UN 을 보호할 U02 로 산화될 것이다.
전술한 대로, 핵연료는 상기 핵연료 펠릿 (10) 과 같은 소결된 고형체로서 실현될 수도 있다. 연료 펠릿 (10) 은 실린더 형상, 바람직하게 원형 실린더 형상을 가질 수도 있고, 환형일 수도 있다.
핵연료는 다음과 같은 단계들을 포함하는 알맞은 방법을 통하여 제조될 수도 있다:
235U 가 풍부한, 예를 들어 분말 형태의 우라늄이 제공된다.
15N 이 풍부한, 예를 들어 분말 형태의 질소가 제공된다.
우라늄과 질소는 UN 으로 이루어진 균질한 우라늄 함유 화합물을 형성하도록 혼합된다. 반응은 금속 우라늄의 직접 질화 또는 우라늄 산화물의 탄소열 (carbo-thermic) 질화로 이루어질 수도 있지만, 이것에 제한되지 않는다.
Zr, Mo, Si, Al, Nb 및 U 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소로, 원소 형태로 또는 화합물로서, 이루어지거나 실질적으로 이루어진, 예를 들어 분말 형태의 첨가제가, 우라늄 함유 화합물에 첨가된다.
우라늄 함유 화합물과 첨가제는 예를 들어 분말 형태의 균질한 혼합물을 형성하도록 혼합된다. 대안 실시형태로서, 첨가제가 개별 우라늄 함유 분말 입자들을 커버하여 보호하도록 도입될 수도 있다.
혼합물은 또한 소결 압력과 소결 온도에서 알맞은 소결 프로세스에 의해 소결된 고형체, 예를 들어 실린더형 핵연료 펠릿으로 소결될 수도 있다. 소결 온도는 적어도 1,800℃, 적어도 2,000 ℃, 바람직하게 적어도 2,100 ℃, 가장 바람직하게 적어도 2,200 ℃ 이다.
본 발명은 전술한 실시형태들과 실시예들에 제한되지 않고, 하기 청구범위 내에서 변경 및 수정될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 비등수형 원자로 (BWR) 와 가압수형 원자로 (PWR) 와 같은, 경수로 (LWR) 를 포함한, 수냉식 원자로에서 사용하도록 된 핵연료 펠릿 (10) 형태의 핵연료로서,
    상기 핵연료는,
    - UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물을 포함하고, 상기 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량이 10 중량% 미만의 동위원소 235U 를 포함하고,
    - 연료에 균질하게 분포된 첨가제를 포함하고, 상기 첨가제는,
    Mo, Si, Al, Nb, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, AlN, ZrH3, Si02, U, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소로, 원소 형태로 또는 화합물로서, 이루어지거나 실질적으로 이루어진 핵연료에 있어서,
    상기 핵연료 펠릿 (10) 은 우라늄 함유 화합물의 분말과 첨가제의 분말을 소결함으로써 형성되고, 상기 첨가제는 연료에 균질하게 분포되고,
    상기 첨가제가 ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, AlN, ZrH3, Si02, Mo, 및 Si 중 적어도 하나를 포함하는 때에, 상기 첨가제의 양은 핵연료의 30 체적% 이하이고,
    상기 첨가제가 U, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함하는 때에, 상기 첨가제의 양은 핵연료의 80 체적% 이하인 것을 특징으로 하는 핵연료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 우라늄 함유 화합물의 질소 함량이 적어도 60 중량% 의 동위원소 15N 을 포함하는 핵연료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 우라늄 함유 화합물의 질소 함량이 적어도 70 중량% 의 동위원소 15N 을 포함하는 핵연료.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 우라늄 함유 화합물의 질소 함량이 적어도 80 중량% 의 동위원소 15N 을 포함하는 핵연료.
  5. 피복 및 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 핵연료를 포함하는 연료 요소.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료 요소는 기다란 연료봉 (4) 으로서 설계되는 연료 요소.
  7. 제 5 항에 따른 복수의 연료 요소들을 포함하는 연료 어셈블리 (1).
  8. 비등수형 원자로 (BWR) 와 가압수형 원자로 (PWR) 와 같은, 경수로 (LWR) 를 포함한, 수냉식 원자로에서 사용하도록 된 핵연료 펠릿 (10) 형태의 핵연료의 제조 방법으로서,
    UN 으로 이루어진 우라늄 함유 화합물의 분말을 제공하는 단계로서, 상기 우라늄 함유 화합물의 우라늄 함량이 10 중량% 미만의 동위원소 235U 를 포함하는 단계;
    상기 우라늄 함유 화합물에 첨가제의 분말을 첨가하는 단계로서, 상기 첨가제는
    Mo, Si, Al, Nb, ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, AlN, ZrH3, Si02, U, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 원소로, 원소 형태로 또는 화합물로서, 이루어지거나 실질적으로 이루어지고,
    상기 첨가제가 ZrH2, Si3N4, Al203, Zr02, MoyOx, AlN, ZrH3, Si02, Mo, 및 Si 중 적어도 하나를 포함하는 때에, 상기 첨가제의 양은 핵연료의 30 체적% 이하이고,
    상기 첨가제가 U, U3Si2, ZrUAl, ZrUSi, ZrUH, UAl2, U3Si, U-5Nb-5Zr, U-3Nb-1.5Zr, U-9Mo, U-6Mo, U-1.5Mo-1.0Zr, U-10Zr, 및 U3SiAl 중 적어도 하나를 포함하는 때에, 상기 첨가제의 양은 핵연료의 80 체적% 이하인 단계;
    상기 우라늄 함유 화합물과 상기 첨가제를 분말 혼합물로 혼합하는 단계; 및
    소결 압력과 소결 온도에서 상기 분말 혼합물을 핵연료 펠릿으로 소결하는 단계를 포함하는 핵연료의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 소결 온도는 적어도 1,800 ℃ 인 핵연료의 제조 방법.
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