KR102068901B1 - 핵연료 저장용기용 흡수재 및 그 제조방법 - Google Patents

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류호진
이태규
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Abstract

본 발명은 핵연료 저장용기용 흡수재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 핵연료 저장용기용 흡수재는, 금속 기지; 상기 금속 기지에 분산된 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재; 및 상기 금속 기지에 분산된 붕소를 포함하는 제2 분산재;를 포함하고, 상기 제1 분산재의 부피% 는 상기 제2 분산재의 부피% 보다 작은 것이다.

Description

핵연료 저장용기용 흡수재 및 그 제조방법{NEUTRON ABSORBER FOR NUCLEAR FUEL STORAGE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 핵연료 저장용기에 이용 가능한 중성자 흡수재 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 사용 후 핵연료를 저장하면서 중성자를 흡수하여 핵 임계사고를 방지하기 위한 흡수재 및 그를 제조하는 방법에 관한 것이다.
원자력 산업에 있어서, 사용 후의 핵연료 수송 및 저장 용기에서 중성자를 흡수하고 나서, 방출시키지 않는 흡수재에 대한 관심이 커지고 있다. 특히, 국내의 경우, 기존 사용후핵연료 저장 방식인 습식 저장은 2024년도에 완전 포화 상태가 되므로, 건식 저장에 대한 관심이 대두되고 있는 중이다.
2012년 사용 후 핵연료 건식 저장에 소요되는 Cask는 690기로 세계시장규모는 약 4.7조원으로 예상되며, 2020년에는 8.5조원에 달할 것으로 추정되고 있다. 또한, 국내 사용 후의 핵 연료 저장 기술과 관련된 시장은 2018년에 3.2천억 정도로 예상되고 있다.
중성자 흡수재는 상술한 것과 같이 현존하는 2가지 핵연료의 저장, 보관 방식인 습식 및 건식 방식에 모두 필요한 핵심 소재로서, 중성자 흡수재는 격자 구조 사이에 핵연료봉을 보관하여 중성자를 흡수하는 역할을 수행하고, 구조적인 지지와 방열판의 기능도 수행한다. 따라서, 중성자 흡수를 효과적으로 수행하면서도 다양하게 요구되는 물성(강도 및 열전도도 등)을 맞추기 위한 소재의 개발이 필요로 된다.
이와 같이 물성과 중성자 흡수 성능이 중요한 기존의 중성자 흡수재는, 합금, 고분자 및 복합재의 세 가지 종류로 구분되어 왔다. 상술한 합금, 고분자 및 복합재의 재료 형태는 각각의 특징을 가지고 있으며, 모두 붕소, 하프늄, 가돌리늄 등의 고 중성자 흡수 원소를 포함하도록 구성되었다.
그러나, 그 중 합금과 고분자 형태의 재료는 중성자 흡수 원소가 용해되어야하는 사정 상, 그 용해 한도로 인해서 많은 중성자 흡수 원소를 사용할 수 없어 중성자 차폐 성능에 있어서 한계가 존재하였다.
반면, 복합재 재료 형태는 원소를 녹이지 않고 세라믹 형태로 가공하여 기지 금속 사이에 분산시켜 형성되는 특징을 가질 수 있다. 복합재 재료는 첨가되는 성분 원소를 용해하는 것이 아니고 세라믹 형태로 덩어리지도록 가공하여 기지 금속 사이에 분산시킨 것이다. 복합재 재료의 경우는 합금 재료와는 달리 용해량의 한도가 없고 기지 금속의 물성을 변화시키지 않을 수 있기 때문에 차세대 중성자 흡수 시장을 선도할 것으로 전망되고 있다. 따라서, 이러한 중성자 흡수재의 소재를 복합재를 이용하여 보다 나은 물성을 가지는 소재로 개량하고자 하는 다양한 노력이 있어왔다.
한편, 이러한 복합재 재료 형태를 이용한 중성자 흡수재 저장용기의 소재로는, 주로 알루미늄(Al)계 재료로 기지 금속이 구성되고, 붕소(B)를 중성자를 흡수하는 원소로서 포함시켜 함께 사용하는 경우가 많다. 일 예로서, 붕소는 Al-매트릭스 내에서 탄화붕소(B4C) 등의 형태를 형성하며 Al-매트릭스 내에서 분산 결합되어 사용되곤 하였다. 또한, 일 예로서 스테인리스강에 각종 첨가 성분을 더해서 사용하는 경우도 있었다.
그러나, 알루미늄 합금 분말이 탄화붕소 입자와 혼합된 상태인, 보랄(Boral)과 같은 Al-B4C 분말 야금 제품들은 제조공정이 복잡하고 기 때문에, 이들 제품은 가격이 높게 형성되는 문제가 있었다.
또한, 최근에 생산되고 있는 탄화붕소를 포함하는 중성자 흡수재들은 탄화붕소의 함량이 30 중량% 내지 40 중량% 수준으로 높아짐에 따라 소재의 인장강도가 매우 약해지고 연신율이 줄어들어 충격에 취약해지는 문제들도 있었다. 또한, 많은 양 포함된 탄화붕소로 인해 소재의 열전도도가 낮아지는 문제가 있었고, 이는 붕괴열이 발생하는 사용후 핵연료를 보관하는 용기의 온도 상승을 야기하는 원인이 되고 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하고 새로운 중성자 흡수재 개발의 필요에 부응하기 위하여, 저장용기의 흡수재에 새로운 소재를 도입하기 위한 연구 끝에 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 고함량 포함되어 소재의 물성을 저하시키던 탄화붕소를 포함하는 알루미늄 합금-탄화붕소 복합재로 제조한 중성자 흡수재를 대체할 수 있는, 새로운 성분의 중성자 흡수재를 개발하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 2종 이사의 중성자 흡수 원소를 포함하는 중성자 흡수재를 새롭게 개발하고, 높은 중성자 흡수능의 구현이 가능하면서도 저렴한 비용으로 생산할 수 있는, 우수한 성능을 가진 중성자 흡수재 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
한편, 본 발명에서 개발하여 제공하고자 하는 것은 다 쓴 핵연료의 중성자 흡수 기능이 우수한 저장용기의 소재 개발에 관한 것으로서, 이는 핵반응 중에 핵연료에 첨가하는 도펀트 소재(연료 내의 중성자 흡수재)와는 구분되어야 한다. 원자로 내에서는 핵분열 과정에서 핵연료의 도펀트로, 핵분열물질인 우라늄을 태우는 속도를 조절하기 위한 첨가제 성분을 다양하게 주입할 수 있다. 다만, 이러한 핵연료에 도입되는 첨가제 성분은, 저장용기용 흡수재로서 제안되는 본 발명에 투입되는 성분과 투입 목적, 이용되는 시점, 그로부터 목표한 효과 등이 모두 상이하기 때문에 양자가 명확하게 구분되어야 할 필요가 있다.
본 발명의 핵연료 저장용기용 흡수재는, 금속 기지; 상기 금속 기지에 분산된 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재; 및 상기 금속 기지에 분산된 붕소를 포함하는 제2 분산재;를 포함하고, 상기 제1 분산재의 부피% 는 상기 제2 분산재의 부피% 보다 작은 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수재는 복합재 또는 합금 형태인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재는, 0.1 부피% 내지 1 부피%이고, 상기 제2 분산재는, 1 부피% 내지 10 부피% 인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재의 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소는, 가돌리늄(Gd), 사마륨(Sm), 카드뮴(Cd), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er) 및 유로피움(Eu)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가돌리늄(Gd)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 2.35 * 1019 내지 2.36 * 1020인 것이고, 상기 사마륨(Sm)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 1.95 * 1020 내지 1.36 * 1021인 것이고, 상기 카드뮴(Cd)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 4.70 * 1020 내지 4.71 * 1021인 것이고, 상기 디스프로슘(Dy)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 1.21* 1021 내지 1.22 * 1022인 것이고, 상기 어븀(Er)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 6.98 * 1021 내지 7.01 * 1022인 것이고, 상기 유로피움(Eu)는, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 2.52* 1020 내지 2.52 * 1021인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 제2 분산재는, 원자 형태, 산화물 형태 및 탄화물 형태 중 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재의 함량의 합은 10 부피% 미만인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 기지는 알루미늄계, 스테인리스계 및 그들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재는, 입자상으로 상기 금속 기지 내부에 균일하게 분포하여 존재하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르는 핵연료 저장용기용 흡수재의 제조방법은, 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재 분말 및 붕소를 포함하는 제2 분산재 분말을 준비하는 단계; 상기 준비된 제1 분산재 및 제2 분산재 분말을 금속 기지 분말과 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말을 야금하여 중성자 흡수재를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 분말을 제조하는 단계에서, 상기 제1 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 3.0 중량%로 혼합되는 것이고, 상기 제2 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 14 중량%로 혼합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중성자 흡수재를 형성하는 단계는, 상기 제1 분산재 및 제2분산재의 합이 상기 핵연료 저장용기용 흡수재의 10 부피% 이하가 되도록 상기 혼합 분말을 야금하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법에 의해 제조된 핵연료 저장용기용 흡수재가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서 제공하는 핵연료 저장용기용 중성자 흡수재를 이용하면, 동등한 수준 이상의 중성자 흡수능을 구현하면서도 기지 금속의 함량이 89 부피% 이상으로 유지되어, 다양한 측면에서 뛰어난 물성을 구현 가능한 중성자 흡수재가 제공된다.
붕소탄화물을 고함량 포함시켜 제조되던 핵연료 저장용기 소재들에 비하면, 본 발명에 따르는 중성자 흡수재는 부피 측면에서 기지 금속의 함량을 높이는 이점의 확보가 가능하여, 주조성, 소결성, 가공성, 열전도도, 강도 및 건전성이 모두 뛰어난 수준으로 구현되면서, 훨씬 더 높은 수준의 중성자 흡수능의 실현이 가능하다.
이 소재를 이용하여 핵연료 저장용기를 제조할 경우, 대단히 낮은 임계율의 구현도 가능해짐으로써 최근 이슈가 되고 있는 핵폐기물의 효과적인 보관이 가능해지는 장점이 있다.
도 1은, 본 발명의 내용을 설계하는 과정에서, 가돌리늄과 붕소가 알루미늄 금속 기지에 분산되었을 경우 구현되는 중성자 차폐능을 비교한 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예로서 흡수재에 제1 분산재 가돌리늄과 제2 분산재 보론이 각각 포함되어 있을 경우, MCNP6 코드에 따라서 첨가 함량에 따른 임계율 변화값을 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 도 2와 동일한 MCNP6 코드에 따라서 분석한 실험 결과 그래프로서, 본 발명의 일 실시예로서, 흡수재에 제1 분산재 가돌리늄과 제2 분산재 보론이 함께 적절한 함량 포함될 경우에 구현되는, 우수한 임계율 값을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 가돌리니아 제1 분산재의 부피%가 상이할 때(1.5 부피% 일때 및 20 부피% 일 때) 형성된 흡수재에서 측정되는 Flexural 스트레인-Flexural 스트레스 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 핵연료의 사용 후 저장용기용 흡수재의 소재로서 새롭게 도입된 가돌리니아를 포함하는 신개념 소재를 개발하고, 그 소재를 더욱 연구한 끝에 그를 더욱 개선하는 기술을 도출하고, 중성자 차폐능이 뛰어나면서도 우수한 기계적 물성을 동시에 보유하는 소재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 이해에 앞서 명확하게 짚고 넘어가야 할 것은, 원자로 내에서는 핵분열 과정에서 핵연료의 도펀트 소재로서, 핵분열물질인 우라늄을 태우는 속도를 조절하기 위한 첨가제 성분을 다양하게 주입하는데, 이러한 성분들과 본 발명은 기술 분야가 전혀 상이하다는 점이다.
상기 핵 분열 과정에서 이용되는 핵연료의 도펀트 소재는, 핵연료 그 자체에 핵분열 속도를 조절하기 위해 중성자를 흡수하기 위해 더해지는 첨가제(가연성 흡수체, Burnable absorber)에 대한 것이다. 반면 본 발명의 경우, 다 쓴 핵연료의 저장용기(cask, storage 또는 basket)를 제작하기 위한 흡수재를 제공하기 위한 것이라는 점에서 해당 재료가 이용되는 기술 분야, 달성하고자 하는 목적, 의도하는 효과 등이 모두 상이하다.
핵분열 속도를 조절하기 위한 첨가제(가연성 흡수체)는, 우라늄 연료 내부에 분산되어 있거나 응집되어 있는 성분에 해당하며, 중성자 흡수를 적절한 수준으로 유지하여 핵분열 속도를 적절하게만 유지하면 되는 것으로서 임계율을 1 이하로 낮출 필요가 없다. 또한, 상기 첨가제의 경우 구조 지지체로서 제조하는 것이 아니기에 높은 수준의 물리적인 물성을 유지해야 할 필요가 없다.
반면, 저장용기용 흡수재에 해당하는 본 발명은, 알루미늄이나 철계 합금에 분산되어 저장 용기로서 제작되며, 우라늄 연료를 외부에서 포획하여 감싸는 형태로 제작되고, 다 쓴 용기로부터 방출을 완전히 차폐하기 위해서 절대적으로 임계율을 1 이하로 낮추어야 할 필요가 있는 것이다. 또한, 본 발명의 저장용기용 흡수재는 일예에 따르면, 핵연료 보관소 등에 격자 형태로 제조될 수 있어, 핵연료 및 저장용기에 대한 구조적인 지지 기능과 방열판의 기능 또한 동시에 수행하여야 한다. 따라서, 본 발명에서 개발하고자 하는 소재는 대단히 높은 수준의 중성자 흡수능 외에도, 방열, 구조적 지지 기능 등을 모두 동시에 확보해야만 하는 대단히 높은 수준의 난점이 있었던 것이다.
따라서, 양 기술영역은 명확하게 구분되며, 본 발명은 사용중인 핵연료 내의흡수재를 염두에 둔 기술이 아니며, 그 기술 분야가 서로 완전히 상이한 것임을 구체적으로 본 발명을 설명하기에 앞서 사전에 밝히는 바이다.
본 발명의 일 측면에서는, 핵연료 저장용기용 흡수재를 제공한다.
본 발명의 핵연료 저장용기용 흡수재는, 금속 기지; 상기 금속 기지에 분산된 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재; 및 상기 금속 기지에 분산된 붕소를 포함하는 제2 분산재;를 포함하고, 상기 제1 분산재의 부피% 는 상기 제2 분산재의 부피% 보다 작은 것이다.
본 발명의 핵연료 저장용기용 흡수재는 제1 분산재 및 제2 분산재의 합량을 최소한으로 유지하여 금속 기지의 함량을 최대한으로 확보하면서, 높은 수준의 중성자 차폐능을 동시에 구현하기 위함이다.
앞서 설명한 것과 같이 금속 기지의 함량이 높은 수준으로 구현되어야 하는 이유는, 첨가되는 제1 분산재 및 제2 분산재 등의 성분은 포함시킬수록 중성자 차폐능은 올라갈 수 있을지 모르나, 다량 포함시킬수록 흡수재의 물리적인 특성이 열위하게 구현되기 때문이다. 즉, 제1 분산재 및 제2 분산재가 특정 함량을 초과하여 포함될 경우 본 발명에서 동시에 확보하고자 하는 주조성, 소결성, 가공성, 열전도도, 강도 및 건전성 등의 물리적 특성이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 분산재 및 제2 분산재는 세라믹 형태로 분산 형성될 수 있다. 상기 제1 분산재 및 제2 분산재가 금속 기지에 공존하면서 분산 형성할 때, 기존에 이용되어 오던 B4C 재료를 함유하던 알루미늄 복합재에 비해 대단히 낮은 부피분율을 포함하면서도 동등 이상의 중성자 흡수능을 가지게 되어 기계적 특성과열적 특성이 모두 개선되는 효과를 기대할 수 있다. 후술하겠으나, 본 발명에서 제1 분산재 및 제2 분산재의 합량을 매우 낮은 수준으로 유지하는 것 만으로, 종래의 세라믹 강화재로 투입되던 소재(B4C)를 30 내지 40 중량% 첨가한 것과 대등한 수준의 중성자 차폐 성능을 기대할 수 있다.
이러한 본 발명의 특징은, 흡수재의 성형성을 향상시키는 효과도 기대할 수 있으며, 제조공정의 단순화도 가능해지고 전체적으로 제품의 생산 단가를 낮추는 효과도 가져올 수 있다.
이 때, 일 예에 따르면 제1 분산재의 부피%는 제2 분산재의 부피% 보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로서, 제1 분산재로서 가돌리니아를 사용하고 제2 분산재로서 붕소 원소를 사용할 경우, 제1 분산재와 제2 분산재 간의 부피 분율은 1: 10 정도 내외로 포함하도록 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡수재는 복합재 또는 합금 형태인 것일 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 본 발명은 제1 분산재 및 제2 분산재가 금속 기지에 용해되는 것이 아니고, 입자 상으로 분산 형성된 것인 복합재 형태 또는 합금 형태로 제조되는 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 흡수재는 금속 기지에 제1 분산재 및 제2 분산재가 분산된 상태로 형성될 수도 있고, 순금속 상태로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재는, 0.1 부피% 내지 1 부피%이고, 상기 제2 분산재는, 1 부피% 내지 10 부피% 인 것일 수 있다.
본 발명에서는 제1 분산재 및 제2 분산재를 대단히 낮은 부피 분율로 형성하더라도, 높은 수준의 중성자 흡수능의 구현이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재의 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소는, 가돌리늄(Gd), 사마륨(Sm), 카드뮴(Cd), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er) 및 유로피움(Eu)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 제1 분산재의 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소는, 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 것이면 특별히 제한하지 아니하나, 가돌리늄을 포함하도록 재료를 형성할 경우 더욱 바람직한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가돌리늄(Gd)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 2.35 * 1019 내지 2.36 * 1020인 것이고, 상기 사마륨(Sm)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 1.95 * 1020 내지 1.36 * 1021인 것이고, 상기 카드뮴(Cd)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 4.70 * 1020 내지 4.71 * 1021인 것이고, 상기 디스프로슘(Dy)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 1.21* 1021 내지 1.22 * 1022인 것이고, 상기 어븀(Er)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 6.98 * 1021 내지 7.01 * 1022인 것이고, 상기 유로피움(Eu)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 2.52* 1020 내지 2.52 * 1021인 것일 수 있다.
상기 가돌리늄, 사마륨, 카드뮴, 디스프로슘 및 유로피움의 원자밀도의 한정은 통계적 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확보한 것으로서, 해당 밀도를 유지할 경우에 적절한 수준의 중성자 차폐능 및 물리적 특성의 구현이 동시에 가능한 것을 확인하였다.
원자 종류 흡수단면적 원자밀도(개수/cm3)
가돌리늄 49000 2.35 * 1019 내지 2.36 * 1020
사마륨 5900 1.95 * 1020 내지 1.36 * 1021
카드뮴 2450 4.70 * 1020 내지 4.71 * 1021
디스프로슘 950 1.21* 1021 내지 1.22 * 1022
유로피움 4570 2.52* 1020 내지 2.52 * 1021
어븀 165 6.98 * 1021 내지 7.01 * 1022
상기 제안한 원자 밀도의 각각의 범위를 벗어날 경우, 그 함량이 미미하여 중성자 흡수능이 원하는 수준으로 구현되지 않거나, 중성자 흡수능 성능의 증가는 포화되는 반면 재료의 물리적, 열적 특성이 열위해지는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 제2 분산재는, 원자 형태, 산화물 형태 및 탄화물 형태 중 하나 이상인 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 분산재는 가돌리늄의 산화물 형태인 가돌리니아인 것일 수 있다. 일 예로서, 상기 제2 분산재는 붕소의 탄화물 형태인 탄화붕소(B4C)로 첨가될 수도 있다.
다만, 또 다른 일 예로서, 본 발명의 흡수재는 필요에 따라 탄화붕소 프리(B4C-free) 인 것으로 제조될 수도 있다. 탄화붕소는 최근 중성자 흡수재로서 알루미늄에 분산 형성되도록 많이 이용되는 재료이지만 본 발명의 일 측에서는 상기 탄화붕소를 함유하지 않는 대신 제1 분산재 및 탄화붕소가 아닌 제2 분산재(B 원자 등)로만 요구되는 재료의 성능을 구현해낼 수도 있다.
이는 본 발명에서 제공하는 흡수재가 강화재로서 포함되던 탄화붕소의 함유 없이도 우수한 중성자 흡수능을 구현할 수 있기 때문이다. 이로써 탄화붕소를 포함함으로써 필요로 되었던 복잡한 제조공정을 생략 또는 대체할 수 있어 생산비가 절감되고 제조 장비가 단순화되어 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재의 함량의 합은 10 부피% 미만인 것일 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명은 금속 기지의 부피%를 최대한으로 확보하는 것에 의미가 있으며, 이는 본 발명의 중성자 흡수재가 다양한 측면에서 우수한 물성을 구현하도록 하는 원인이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재의 함량의 합은 0.2 중량% 내지 17 중량% 인 것일 수 있다.
일 예로서, 상기 제1 분산재가 가돌리늄이고 상기 제2 분산재가 탄화붕소일 경우, 상기 제1 분산재는 0.1 중량% 내지 3.0 중량% 포함될 수 있고, 상기 제2 분산재는 0.1 중량% 내지 14 중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 기지는 알루미늄계, 스테인리스계 및 그들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
이러한 중성자 흡수재는 저장용기(바스켓)를 제조하기 위한 재료로 이용될 경우 주로 알루미늄(Al)계 또는 스테인리스강 재료로 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재는, 입자상으로 상기 금속 기지 내부에 균일하게 분포하여 존재하는 것일 수 있다.
일반적으로 가돌리니아 등 중성자 흡수능 성분을 이용하여 금속 기지 분말과 혼합하고 분말 야금을 통하여 중성자 흡수재를 제조할 경우, 금속 기지 사이에 중성자 흡수능 성분이 그물 모양으로 네트워크 구조를 형성하며 갈라진 논바닥과 유사한 형태로 분산 형성될 수 있다.
이렇게 형성된 중성자 흡수능 성분의 그물 모양 네트워크 구조는 알루미늄 합금 간의 결합을 방해하는 요소가 될 수 있으며, 이는 결국 제조되는 흡수재의 물리적 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
그러나 본 발명의 일 예에 따라서, 압분, 소결 및 파쇄를 통하여 제1 분산재및 제2 분산재 입자를 준비하고 그를 이용하여 흡수재를 제조할 경우, 제조된 흡수재의 표면에서 제1 분산재 및 제2 분산재 입자가 형성한 그물 모양의 네트워크 구조가 생성되지 않을 수 있다.
이와 같은, 표면에서 그물 모양 네트워크 구조가 관찰되지 않는 중성자 흡수재는, 고용 한도에 영향받지 않으면서, 금속 기지 간 화합물을 형성하지 않고 우수한 중성자 흡수능의 구현이 가능하면서 동시에 연신율 등의 기계적 성질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르는 핵연료 저장용기용 흡수재의 제조방법은, 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재 분말 및 붕소를 포함하는 제2 분산재 분말을 준비하는 단계; 상기 준비된 제1 분산재 및 제2 분산재 분말을 금속 기지 분말과 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및 상기 혼합 분말을 야금하여 중성자 흡수재를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 종래의 금속 기지 분말에 탄화붕소(B4C) 등 중성자 흡수 성분을 혼합하여 제조하던 흡수재를 대체하기 위한 것으로서, 가돌리늄 등을 비롯한 중성자 흡수능이 붕소보다 뛰어난 성분을 추가로 이용하여 새로운 조성의 흡수재를 제조하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 먼저 제1 분산재 및 제2 분산재 입자를 준비하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 상기 제1 분산재 입자를 준비하는 단계는, 일 예로서 제1 분산재로서 가돌리니아 입자를 준비하는 것을 예로 들어 설명할 수 있다.
일 예로서, 제1 분산재 입자를 준비하는 단계는 분말 상태의 가돌리니아 시료를 구입 또는 합성하여 가돌리늄 입자를 포함하는 제1 분산재 입자를 준비할 수 있다. 다른 일 예로서, 구입 또는 합성된 가돌리늄에 필요에 따라 일련의 물리적 또는 화학적인 처리를 하여 본 발명에 필요한 제1 분산재 입자를 준비할 수 있다. 물리적 또는 화학적인 처리를 가할 경우, 본 발명에서 제조되는 중성자 흡수재의 중성자 흡수능이 향상되거나 제조 공정에서 필요로 되는 물리적 또는 화학적 성질이 개선될 수 있다. 즉, 본 발명에서 지칭하는 제1 분산재의 붕소보다 중성자 흡수능이 뛰어난 입자는, 붕소보다 중성자 흡수능이 높은 원자를 그대로 사용하는 것뿐 아니라, 해당 원자에 일정한 처리를 가해 물리적 또는 화학적 성질이 다소 변형된 것을 포함한다. 즉, 본 발명의 제1 분산재 입자의 개념은 알루미늄 합금 분말과 혼합되기 직전의 가돌리니아 소재를 지칭하는 개념으로 사용된 것이다.
제2 분산재 입자 또한, 붕소를 포함하는 성분이라면 제1 분산재 입자와 동일하게 구입 또는 구입 후 물리적 또는 화학적 처리를 통하여 준비할 수 있다.
그 다음 상기 준비된 제1 분산재 및 제2 분산재 입자를 금속 기지 분말과 혼합하여 혼합 분말을 제조할 수 있다. 일 예로서, 이 단계에서는 일반적으로 사용되는 파우더 믹싱 장치를 사용할 수 있다. 일 예로서, 상기 파우더 믹싱 장치는 3D 파우더 믹싱 장치일 수 있으며, 일 예로서 상기 혼합 분말을 제조하는 단계는 30 rpm 이상에서 3 내지 7시간 정도 동안 믹싱되는 것을 포함할 수 있다.
이 때, 사용되는 금속 기지 분말의 입자 평균 크기는 5 ㎛ 내지 500 ㎛ 인 것일 수 있다. 상기 입자 평균 크기는 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 것일 수 있다.
본 발명에서는 일 예로서, 상기 혼합하는 단계 후에, 스파크 플라즈마 소결(Spark Plasma Sintering) 장치를 이용하여 혼합된 재료를 소결하는 단계를 포함할 수도 있다. 일 예로서, 상기 소결하는 단계에서는 스파크 플라즈마 소결 장치를 이용하여 40 MPa 정도의 압력에서 450 ℃ 정도의 온도에서 5 분 정도 스파크 플라즈마 처리되는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에서는 일 예로서, 상기 제1 분산재 및 제2 분산재 입자와 상기 금속기지 분말을 혼합한 후에, 성형하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 발명에서는 상기 소결하는 단계와 성형하는 단계는 둘 중 하나를 포함할 수 있고, 둘 다를 포함할 수도 있다. 이 때, 둘 다를 포함할 경우 소결하는 단계 후에 성형하는 단계가 수행될 수 있다. 본 발명에서는 상기 소결, 성형 또는 둘 다를 하는 단계를 통해 중성자 흡수재를 형성할 수 있다. 이 때, 본 발명에서는 소결 및 성형에 쓰이는 공정을 특별히 한정하지 않는다.
이러한 과정을 통해 제조된 중성자 흡수재는 복합재로서, 종전의 금속 재료에 붕소를 고용화 시키는 기법을 사용하지 않아 고용 한도에 구애받지 않는 이점이 있다. 또한, 합금화가 필요 없어서 금속간 화합물이 생성되지도 않는 측면이 있고, 기존의 금속 재료 생산 방식을 그대로 사용할 수 있어 가공이 용이하고 생산성 측면에서도 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 분산재 분말, 제2 분산재 분말 또는 이 둘의 분말을 준비하는 단계는, 준비된 재료를 압분하는 단계; 상기 압분된 재료를 소결하는 단계; 및 상기 소결된 재료를 파쇄하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 일 예로서, 상술한 바와 같이, 구입 또는 합성된 제1 분산재 및 제2 분산재를 높은 압력에서 압분할 수 있다. 그 다음으로 압분된 제1 분산재 및 제2 분산재에 열을 가하여 재료를 소결할 수 있다. 그 다음으로는 압분, 소결을 거쳐 일종의 괴(bulk)를 형성한 제1 분산재 및 제2 분산재를 최종적으로 미세한 분말로서 파쇄하여 본 발명에 필요한 제1 분산재 및 제2 분산재 입자를 확보할 수 있다. 본 발명에서는 상기 압분, 소결 및 파쇄하는 단계에 사용되는 방법 또는 장비를 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 압분하는 단계는, 30 MPa 내지 500 MPa 의 압력에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 압분하는 단계에서 압력이 30 MPa 미만일 경우, 소결 후 밀도가 낮아지는 문제가 생길 수 있다. 이 때, 압분체의 밀도가 낮아질 경우 소결 후에도 밀도가 낮아질 수 있으므로 재료의 물성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 압력이 500 MPa 초과일 경우, 통상적인 압분 공정에서 사용하는 압력의 범위를 초과하여 경제성이 낮아지거나 압분체 내에 크랙이 발생하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소결하는 단계는, 1500 ℃ 내지 1800 ℃ 의 온도에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 압분하는 단계 및 소결하는 단계를 통해, 상기 가돌리니아 재료는 생형으로 형성될 수 있다. 상기 소결하는 단계가 1500 ℃ 미만의 온도에서 수행될 경우 가돌리니아 소결체가 치밀화되지 않는 문제가 생길 수 있다. 이는 후술할 도 6에 도시된 실험 결과를 통해 확인할 수 있다. 한편, 상기 소결하는 단계가 1800 ℃ 초과의 온도에서 수행될 경우, 고온을 유지하기 위한 에너지가 과하게 필요로 되어 생산성이 떨어지는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파쇄하는 단계는, 상기 소결된 가돌리니아 재료를 평균 입자 크기가 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 인 분말로 파쇄하는 것일 수 있다.
이 때, 상기 파쇄되어 형성되는 가돌리니아 입자는 알루미늄 합금 분말과 유사한 크기로 파쇄 형성되는 것일 수 있다. 알루미늄 합금 분말과 유사한 크기의 가돌리니아 입자가 준비됨으로써, 가돌리니아 입자는 알루미늄 합금 입자와 고르게 혼합될 수 있고, 최종적으로 형성되는 중성자 흡수재가 균질한 물성을 가지게 될 수 있다. 또한 가돌리니아 입자의 크기를 조절함으로써 가돌리니아의 단위 부피당 표면적비를 바꿀 수 있어 중성자 흡수능을 변화시킬 수 있다.
이와 같이 준비된 제1 분산재 및 제2 분산재 입자의 밀도는 최종적으로 형성되는 중성자 흡수재의 기계적 성능 특징을 구현하는데 있어서 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 혼합 분말을 제조하는 단계에서, 상기 제1 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 3.0 중량%로 혼합되는 것이고, 상기 제2 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 14 중량%로 혼합되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중성자 흡수재를 형성하는 단계는, 상기 제1 분산재 및 제2분산재의 합이 상기 핵연료 저장용기용 흡수재의 10 부피% 이하가 되도록 상기 혼합 분말을 야금하는 것일 수 있다.
일 예로서 상기 제1 분산재 및 제2 분산재의 합량이 특정 부피%를 초과하여 포함될 경우 중성자 흡수능의 개선 효과는 포화되고 재료의 기계적 물성만이 크게 떨어지는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 제조방법에 의해 제조된 핵연료 저장용기용 흡수재가 제공된다.
임계율은 중성자 흡수능의 척도로서, 차폐율과 주로 비례하는 관계를 가지며 핵분열과 관련있는 요소에 해당한다. 상기 임계율은 바람직한 본 발명의 설계에 따르면, 0.88 이하인 것까지도 구현될 수 있다.
실시예 1(제1 분산재 및 제2 분산재 함량에 따른 성능 실험)
본 발명의 실시예로서, 본 발명에서 제안하는 제1 분산재로서 가돌리늄 및 제2 분산재로서 붕소를 알루미늄 기지 금속에 적정량 분산하고 차폐능을 임계율 측정을 통해 실험하였다.
도 1은, 본 발명의 내용을 설계하는 과정에서, 가돌리늄과 붕소가 알루미늄 금속 기지에 분산되었을 경우 구현되는 중성자 차폐능을 비교한 그래프이다.
도 1에 제시된 그래프는, 제1 분산재의 일 예인 가돌리늄과 제2 분산재의 일 예인 붕소가 금속 기지의 일 예인 알루미늄에 분산되었을 경우 구현되는 중성자 차폐능을 비교한 것이다.
도 1을 통해, 가돌리늄이 10 중량% 함유되었음에도 불구하고, 붕소가 30% 함유된 경우와 동등이상의 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다(부피로 따지면 약 9배 가량의 성능 향상).
그러나 저장 용기로서의 성능은 차폐능으로 그 효과를 판단하는 것이 아니라 임계율로서 측정되어야 정확한 의미가 있다. 따라서, 본 발명자는 아래와 같이 도 3의 결과와 관련된 임계율 측정 실험을 하였다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예로서 흡수재에 제1 분산재 가돌리늄과 제2 분산재 보론이 각각 포함되어 있을 경우, MCNP6 코드에 따라서 첨가 함량에 따른 임계율 변화값을 조사한 결과를 나타내는 그래프이다.
임계율은 원자로 혹은 격납 용기 내에서 중성자가 증배 되는 비율을 의미하며, 1 보다 크면 핵분열 반응이 활발한 것을 의미하고 작으면 핵분열이 억제되는 상황임을 의미한다. 저장용기 내부에서 측정되는 임계율은 낮을 수록 좋은 차폐능이 구현됨을 의미한다.
도 2를 통해 나타나는 결과를 분석해 보면, 저함량 영역에서는 가돌리늄이 붕소보다 낮은 임계율을 기록하였으나, 고함량 영역대를 보면, 붕소가 가돌리늄보다 낮은 임계율을 보였는데, 이는 앞서 도 2에서 확인한 차폐능 결과와 대비되는 의외의 특별한 결과이다.
이러한 현상의 원인은, 소재 중성자 흡수단면적이 소재 내부에서 6.04E25(barn)이하에서는 투과 현상이 미약해지는 반면, 6.04E25(barn) 이상에서는 반사와 흡수가 임계율을 지배하는 것 때문으로 확인되었다. 따라서, 제1 분산재를 기준으로 특정 함량 이하의 경우 흡수율이 높아서 임계율이 변화하지만, 특정 함량 초과의 경우에는 반사율에 의해서 임계율이 지배되는 효과가 나타나게 되는 것이다.
제1 분산재 중 하나인 가돌리늄은 흡수율은 좋으나 반사율 측면에서 성능이 좋지 않기 때문에 0.5 vol.% 이후 영역에서는 가돌리늄이 과량 투입되어도 임계율 개선 효과가 없는 것으로 확인되었다.
따라서 이러한 중성자 흡수능 개선을 위해서는 소재 흡수단면적 6.04E25(barn)을 낮은 함량에서 달성해야하는 문제가 있으며, 이를 구현하기 위해서는 흡수단면적이 아주 큰 소재를 제1 분산재로 이용하는 것이 적절할 수 있었다. 그 예로서 가돌리니아는 바람직한 소재일 수 있다.
반면, 6.04E25(barn) 이후에서는 반사율 성능이 좋은 보론계 물질을 첨가하면 임계율을 낮출 수 있다는 것을 착안하였으며, 그 예로서 보론계 탄화물을 이용할 수도 있음을 확인하였다.
본 발명자는 이에 착안하여 제1 분산재를 저분율 포함하고, 제2 분산재를 중분율 포함하는 신개념의 흡수재를 개발한 것이다.
도 3은, 도 2와 동일한 MCNP6 코드에 따라서 분석한 실험 결과 그래프로서, 본 발명의 일 실시예로서, 흡수재에 제1 분산재 가돌리늄과 제2 분산재 보론이 함께 적절한 함량 포함될 경우에 구현되는, 우수한 임계율 값을 나타내는 그래프이다.
상술한 효과는 원자핵의 관점에서 보면 빈병을 자갈로 먼저 채우고 모래로 빈공간을 메운 것으로 비유가 가능하다. 공학적인 관점에서 보면, 공간에 중성자 흡수능을 부여하기 위해, 중성자 흡수 단면적이 매우 넓은 제1 분산재를 통해 중성자 흡수 단면적의 점유율을 먼저 확보한 후, 중성자의 산란을 방지하는 제2 분산재를 통해 부족한 중성자 흡수 단면적을 보완하는 것이다. 이를 통해 적은 중성자 흡수재로 높은 수준의 중성자 흡수능을 확보할 수 있다.
즉, 본 발명은 과량 첨가할수록 우수할 것으로 기대했던 제1 분산재의 중성자 흡수재로서의 효과가 실제로는 특정 영역에서만 구현되는 것을 확인하고 그 이유를 확인하고 기준을 정립함으로써 붕소를 포함하는 제2 분산재를 추가로 도입하였고, 그를 구체화하여 도출해낸 결과인 것이다.
그 다음, 상기 준비된 가돌리니아 입자를 탄화붕소 분말과 함께 알루미늄 합금과 혼합하여 혼합 재료를 형성하고, 그를 분말 야금하여 중성자 흡수재를 형성하였다.
한편, 본 발명의 비교예로서, 가돌리니아 입자를 포함하지 않고 탄화붕소(B4C) 분말 20 중량%를 상기 가돌리니아 1.5 중량% 대신 이용한 것을 제외하면, 모두 동일한 제조방법을 이용하여 중성자 흡수재를 제조하였다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 가돌리니아 제1 분산재의 부피%가 상이할 때(1.5 부피% 일 때 및 20 부피% 일 때) 형성된 흡수재에서 측정되는 Flexural 스트레인-Flexural 스트레스 그래프이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (14)

  1. 금속 기지;
    상기 금속 기지에 분산된 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재; 및
    상기 금속 기지에 분산된 붕소를 포함하는 제2 분산재;를 포함하고,
    상기 제1 분산재의 부피% 는 상기 제2 분산재의 부피% 보다 작은 것이고,
    상기 제1 분산재는, 0.1 부피% 내지 1 부피%이고,
    상기 제2 분산재는, 1 부피% 내지 10 부피% 인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡수재는 복합재 또는 합금 형태인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산재의 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소는, 가돌리늄(Gd), 사마륨(Sm), 카드뮴(Cd), 디스프로슘(Dy), 어븀(Er) 및 유로피움(Eu)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가돌리늄(Gd)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 2.35 * 1019 내지 2.36 * 1020인 것이고,
    상기 사마륨(Sm)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 1.95 * 1020 내지 1.36 * 1021인 것이고,
    상기 카드뮴(Cd)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 4.70 * 1020 내지 4.71 * 1021인 것이고,
    상기 디스프로슘(Dy)은, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 1.21 * 1021 내지 1.22 * 1022인 것이고,
    상기 어븀(Er)은, 단위부피(cm3) 당 원자개수가 6.98 * 1021 내지 7.01 * 1022인 것이고,
    상기 유로피움(Eu)는, 단위부피(cm3) 당 원자 개수가 2.52 * 1020 내지 2.52 * 1021인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산재 및 제2 분산재는, 원자 형태, 산화물 형태 및 탄화물 형태 중 하나 이상인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재의 함량의 합은 10 부피% 미만인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재의 함량의 합은 0.2 중량% 내지 17 중량% 인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 기지는 알루미늄계, 스테인리스계 및 그들의 합금 중 하나 이상을 포함하는 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분산재 및 상기 제2 분산재는,
    입자상으로 상기 금속 기지 내부에 균일하게 분포하여 존재하는 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재.
  11. 붕소보다 높은 중성자 흡수능을 가지는 원소를 포함하는 제1 분산재 분말 및 붕소를 포함하는 제2 분산재 분말을 준비하는 단계;
    상기 준비된 제1 분산재 및 제2 분산재 분말을 금속 기지 분말과 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; 및
    상기 혼합 분말을 야금하여 중성자 흡수재를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 중성자 흡수재는 제1항의 핵연료 저장용기용 흡수재인 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 혼합 분말을 제조하는 단계에서, 상기 제1 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 3.0 중량%로 혼합되는 것이고,
    상기 제2 분산재 분말은 상기 혼합 분말 중 0.1 중량% 내지 14 중량%로 혼합되는 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 중성자 흡수재를 형성하는 단계는,
    상기 제1 분산재 및 제2분산재의 합이 상기 핵연료 저장용기용 흡수재의 10 부피% 이하가 되도록 상기 혼합 분말을 야금하는 것인,
    핵연료 저장용기용 흡수재의 제조방법.
  14. 삭제
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WO2023045367A1 (zh) * 2021-09-26 2023-03-30 散裂中子源科学中心 一种中子减速复合材料

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JPH0244295A (ja) * 1988-08-04 1990-02-14 Nkk Corp 中性子遮蔽材料
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