KR102156808B1

KR102156808B1 - 입자형 핵연료봉의 제조방법 및 이로부터 제조된 입자형 핵연료봉

Info

Publication number: KR102156808B1
Application number: KR1020180135383A
Authority: KR
Inventors: 김기환; 이정원; 우윤명; 정경채; 송훈; 오석진; 김기호; 박정용; 김성호
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-09-16
Also published as: KR20200052152A

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은, 금속 원료를 혼합한 후 용융시켜 원료 합금 용탕을 형성하는 단계, 가스 분무법 또는 원심 분무법을 사용하여 원료 합금 용탕에서 핵연료 분말을 제조하는 단계, 핵연료 분말을 입자 크기에 따라 분급한 후 분급된 핵연료 분말을 미리 정해진 비율로 혼합하여 혼합 핵연료 분말을 형성하는 단계, 혼합 핵연료 분말을 반연료봉에 도입하는 단계, 반연료봉에 진동을 가하여 혼합 핵연료 분말의 충전 밀도를 미리 정해진 충전 밀도로 제어하는 진동 충전 단계, 반연료봉에 불활성 기체를 충진시키는 단계, 그리고 반연료봉에 봉단 마개를 용접하여 핵연료봉을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

입자형 핵연료봉의 제조방법 및 이로부터 제조된 입자형 핵연료봉{METHOD FOR MANUFACTURING PARTICULATE FUEL ROD AND PARTICULATE FUEL ROD MANUFACTURED THEREFROM}

핵연료봉의 제조방법 및 이로부터 제조된 재활용 핵연료봉이 제공된다.

오늘날 세계는 환경 오염, 에너지 자원의 고갈, 급변하는 유가 등 에너지와 관련하여 많은 문제점을 안고 있으며, 각국에서는 이에 대한 대응으로 친환경 에너지의 개발에 박차를 가하고 있다. 차세대 에너지 중 원자력 에너지는 현재 상용화된 가장 효율적인 에너지로서 각국에서 추가적인 원전 건설 혹은 원전 개발 등의 형태로 많은 관심을 보이고 있다.

4세대 원자로(Gen-IV) 노형 중 액체 금속을 냉각재로 사용하는 소듐 냉각 고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)는 사용후 핵연료의 안전한 재순환 및 고독성 장수명 방사성 폐기물량 감소를 통해 원자력 에너지의 지속 가능성에 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

일반적으로 SFR에서 사용되는 핵연료봉은 흑연 도가니에서 원료 합금을 진공 용해하여 합금 용탕을 형성하고, 불활성 Ar 가스로 합금 용탕을 가압하여 석영관 주형에 주입시켜서 주조한 다음, 금속연료심을 주형으로부터 분리하는 사출 주조 방식에 의해 제조된다.

한편, SFR에서 사용되는 핵연료봉은 다수의 입자들이 응집해 있는 형태로 제조될 수도 있다. 이러한 입자형 핵연료봉은 제조과정에서 발생할 수 있는 핵폐기물의 양을 크게 감소시킬 수 있어 주목 받고 있다.

관련 선행문헌으로, 한국등록특허 제10-0963472호는 "금속 핵연료 입자가 봉입된 금속 시스를 포함하는 금속핵연료봉 및 이의 제조방법"에 대하여 개시한다.

한국등록특허 제10-0963472호

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 방사성 폐기물의 양을 크게 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 장수명 핵종의 휘발을 방지하고 회수율을 높이기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 시설물 오염을 감소시키고, 작업자에게 미칠 수 있는 유해한 영향을 감소시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 핵연료봉의 수율 및 생산성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 핵연료봉의 경제성을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 충전 밀도를 필요에 따라 제어하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 핵연료봉의 제조 공정을 단순화시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 핵연료봉의 팽윤을 수용하여 최소화시키기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법은 방사성 폐기물의 양을 크게 감소시킬 수 있고, 장수명 핵종의 휘발을 방지하고 회수율을 높일 수 있으며, 시설물 오염을 감소시킬 수 있고, 작업자에게 미칠 수 있는 유해한 영향을 감소시킬 수 있으며, 핵연료봉의 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 핵연료봉의 경제성을 향상시킬 수 있으며, 충전 밀도를 필요에 따라 제어할 수 있고, 핵연료봉의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 핵연료봉의 팽윤을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 주파수 가변식 전자 진동 장치를 나타내는 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법을 나타내는 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 단면을 나타내는 도면이며, 도 3은 실시예에 따른 주파수 가변식 전자 진동 장치를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 입자형 핵연료봉(100)의 제조방법은, 원료 합금 용탕 형성 단계, 핵연료 분말 제조 단계, 핵연료 분말의 분급 및 혼합 단계, 반연료봉(110)으로의 혼합 핵연료 분말(120) 공급 단계, 진동 충전 단계, 불활성 기체(130) 충진 단계, 그리고 봉단 마개(112) 용접 단계를 포함한다.

이하에서는, 각 단계를 상세히 설명한다.

우선, 금속 원료를 혼합한 후 용융시켜 원료 합금 용탕을 형성하는 단계가 수행된다.

여기서, 금속 원료는 입자형 핵연료봉(100)의 원료가 되는 물질을 의미하고, 우라늄(U), 지르코늄(Zr), 희토류 원소, 또는 악티늄(Ac) 계열의 원소를 포함할 수 있다. 희토류 원소는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 란탄(La), 세륨(Ce), 또는 프라세오디뮴(Pr)을 포함할 수 있고, 악티늄(Ac) 계열 원소는 네오디뮴(Nd), 넵투늄(Np), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 또는 퀴륨(Cm)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 금속 원료를 흑연 도가니(crucible)에 장입한 후, 진공 분위기에서 인덕션 코일을 통해 유도 용해(induction-melting)시켜 원료 합금 용탕을 형성시킬 수 있다.

다음으로, 가스 분무법 또는 원심 분무법을 사용하여 원료 합금 용탕에서 핵연료 분말을 제조하는 단계가 수행된다.

이때, 가스 분무법은 불활성 분위기에서 원료 합금 용탕을 일정 분무 가스압으로 노즐을 통해 분무한 후 급속 응고시키켜 핵연료 분말을 제조하는 방법이고, 원심 분무는 불활성 분위기에서 원료 합금 용탕을 노즐을 통해 고속 회전하는 원반에 공급시키고, 분무한 후 급속 응고시켜 핵연료 분말을 제조하는 방법이다.

예를 들면, 원료 합금 용탕을 불활성 분위기에서 노즐을 통해 직경이 약 35 mm인 회전 원반에 공급하고, 약 7,000 rpm으로 원심 분무한 후 급속 응고시켜 핵연료 분말을 제조할 수 있다.

핵연료 분말은 우라늄 및 지르코늄의 합금, 우라늄, 지르코늄 및 희토류 원소의 합금, 또는 우라늄, 지르코늄, 희토류 원소 및 악티늄 계열 원소의 합금일 수 있다.

실시예에 따른 핵연료 분말 제조 단계는 용탕에서 바로 분말이 제조되기 때문에, 일반적인 사출주조 핵연료봉 제조 공정에 사용되고 방사성 폐기물로 취급되는 석영관 주형이 사용되지 않을 수 있어, 방사성 폐기물 발생량이 크게 감소할 수 있다.

또한, 가스 분무법과 원심 분무법 모두 가압 하에서 분말 입자 제조가 가능하기 때문에, 아메리슘(Am) 등과 같은 장수명 핵종의 휘발이 방지될 수 있고, 이러한 장수명 핵종의 회수가 가능하게 되어 핵종 변환이 가능해질 수 있다. 일반적인 사출주조 핵연료봉 제조는 진공 분위기에서 이루어지므로, 장수명 핵종이 유출되어 시설물을 오염시키고, 작업자에게 유해한 영향을 끼칠 수 있으나, 실시예에 따른 핵연료 분말 제조 단계는 불활성 가압 분위기에서 수행되므로, 시설물 오염 및 작업자에 미치는 악영향이 최소화될 수 있다.

이어서, 핵연료 분말을 입자 크기에 따라 분급한 후 분급된 핵연료 분말을 미리 정해진 비율로 혼합하여 혼합 핵연료 분말(120)을 형성하는 단계가 수행된다.

핵연료 분말은 제1 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제1 핵연료 분말, 그리고 제1 입자 크기 이상이고, 제1 입자 크기보다 큰 제2 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제2 핵연료 분말로 분급될 수 있다.

예를 들어, 핵연료 분말은, 크기 또는 입도(입경)가 약 150㎛보다 작은 미세 분말, 그리고 크기 또는 입도가 약 150㎛ 이상이고 약 700㎛보다 작은 조대 분말로 분급될 수 있다.

또는, 핵연료 분말은 제1 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제1 핵연료 분말, 제1 입자 크기 이상이고, 제1 입자 크기보다 큰 제2 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제2 핵연료 분말, 그리고 제2 입자 크기 이상이고, 제2 입자 크기보다 큰 제3 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제3 핵연료 분말로 분급될 수 있다.

예를 들어, 핵연료 분말은, 크기 또는 입도(입경)가 약 45㎛보다 작은 제1 미세 분말, 크기 또는 입도가 약 45㎛ 이상이고 약 150㎛보다 작은 제2 미세 분말, 그리고 크기 또는 입도가 약 150㎛ 이상이고 약 700㎛보다 작은 조대 분말로 분급될 수 있다.

이어서, 미리 정해진 비율로 분급된 핵연료 분말을 혼합시켜 혼합 핵연료 분말(120)을 형성한다. 이때, 미리 정해진 비율은 필요에 따라 달라질 수 있고, 이후 입자형 핵연료봉(100)이 완성되었을 때 상황이나 조건에 따라 요구되는 충전 밀도에 대응하여 분급된 핵연료 분말을 혼합 비율을 달리할 수 있다. 예를 들어, 조밀한 충전 밀도를 갖는 핵연료봉(100)이 요구되는 경우 전술한 미세 분말의 비율을 높일 수 있고, 상대적으로 낮은 충전 밀도를 갖는 핵연료봉(100)이 필요한 경우 미세 분말의 비율을 낮추고, 조대 분말의 비율을 높일 수 있다.

실시예에 따른 입자형 핵연료봉(100)의 제조방법에서는, 핵연료 분말이 반연료봉(110)에 도입되기 이전에 핵연료 분말의 분급 및 혼합이 이루어질 수 있고, 이로 인해 핵연료봉(100) 내 핵연료 물질의 충전 밀도를 용이하게 제어할 수 있다.

다음으로, 혼합 핵연료 분말(120)을 반연료봉(110)에 도입하는 단계, 그리고 반연료봉(110)에 진동을 가하여 혼합 핵연료 분말(120)의 충전 밀도를 미리 정해진 충전 밀도로 제어하는 진동 충전 단계가 수행된다.

여기서, 반연료봉(110)은 일단이 폐쇄되고 타단은 개방되어 있는 형태를 갖고, 페라이트-마르텐사이트 스테인리스 스틸(ferrite-martensite stainless steel)을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.

반연료봉(110) 내면에는 핵연료와 피복관(반연료봉)의 화학적 상호작용FCCI(Fuel-cladding chemical interaction)을 방지하는 FCCI-barrier 처리가 되어 있을 수 있다. 이로 인해, 반연료봉(110)의 손상을 방지하고 핵연료의 수명을 연장시킬 수 있다.

진동 충전 단계에서, 반연료봉(110)은 주파수 가변식 전자 진동 장치(200)에 연결되어 있을 수 있고, 주파수 가변식 전자 진동 장치(200)가 혼합 핵연료 분말(120)을 포함하는 반연료봉(110)에 진동을 가할 수 있다.

주파수 가변식 전자 진동 장치(200)는 혼합 핵연료 분말(120)을 분사시키는 볼 밸브(ball valve)(210), 볼 밸브(210)에서 분사된 혼합 핵연료 분말(120)을 반연료봉(110)으로 유도하는 깔때기 형상의 도입부(220), 반연료봉(110)을 지지하는 반연료봉 고정 지그(jig)(204), 그리고 진동 주파수 또는 진동 진폭을 조절하여 반연료봉(110)에 진동을 가하는 진동 발생부(230)를 포함한다. 또한 주파수 가변식 전자 진동 장치(200)는 하우징(240), 그리고 하우징(240)에 볼 밸브(210)를 지지시키는 분말 공급 지그(202)를 포함할 수 있다.

반연료봉(110)은 반연료봉 고정 지그(204)에 부착될 수 있고, 반연료봉(110)에서 개방되어 있는 타단은 도입부(220)와 연결될 수 있다.

혼합 핵연료 분말(120)은 볼 밸브(210)를 통해 도입부(220)로 분사되는데, 이때 볼 밸브(210)의 개폐 주기 등을 조절함으로써 충전 밀도를 제어할 수도 있다.

도입부(220)에 도입된 혼합 핵연료 분말(120)은 반연료봉(110)의 개방된 부분을 통해 반연료봉(110)에 공급된다.

여기서, 도입부(220)에 진동을 가할 수 있는 진동 부재(222)가 도입부(220)에 접촉되어 있을 수 있다. 진동 부재(222)는 공압 진동 부재일 수 있고, 도입부(220)에 분사된 혼합 핵연료 분말(120) 중 일부가 도입부(220) 표면에 부착되어 반연료봉(110)으로 이동하지 않는 것을 방지시킬 수 있다.

혼합 핵연료 분말(120)이 반연료봉(110)으로 이동되고, 반연료봉(110)은 진동 발생부(230)에서 발생되는 진동에 의해 진동된다. 이러한 진동을 조절함으로써, 반연료봉(110) 내의 혼합 핵연료 분말(120)을 미리 정해진 충전 밀도로 제어할 수 있다.

이때, 미리 정해진 충전 밀도는 약 65% 내지 약 90%일 수 있다. 충전 밀도가 약 90%를 초과하게 되면 이후 작동시에 핵연료의 급속한 팽윤으로 인해 핵연료봉(100)에 기계적 변형이 일어날 수 있고, 충전 밀도가 약 65%보다 작으면 연료 효율이 낮아질 수 있다.

진동 발생부(230)는, 예를 들어, 전자식 방식으로 진동을 발생시킬 수 있고, 진동 주파수, 가속도, 또는 진동 진폭을 조절할 수 있다. 진동 주파수, 가속도, 또는 진동 진폭을 조절함으로써 혼합 핵연료 분말(120)의 충전 밀도를 조절할 수 있다.

예를 들면, 진동 장치(200)는 EDS-50 Standard Shaker일 수 있고, 진동 주파수는 약 1 Hz 내지 약 3500 Hz 사이에서 조절될 수 있으며, 가속도는 약 1 g 내지 35 g 사이에서 조절될 수 있고, 진동 진폭은 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 로 조절될 수 있다.

진동 시간은 미리 정해진 충전 밀도에 대응하여 상이해질 수 있고, 예를 들어, 약 10분 내지 약 15분일 수 있다.

이러한 진동 충전 방식은 사각형, 원형, 중공형 등 어떠한 형태의 핵연료봉에 대해서도 적용이 가능하고, 다단계 공정을 제거함으로써 경제성 및 생산성이 향상될 수 있으며, 원격 운전에 적합하여 사용자 편의성 및 안전성이 향상된 방식일 수 있다.

다음으로, 반연료봉에 불활성 기체를 충진시키는 단계, 그리고 반연료봉(11)에 봉단 마개를 용접하여 핵연료봉(100)을 형성하는 단계가 수행된다.

예를 들어, 불활성 기체를 충진시키는 단계와 핵연료봉(100)을 형성하는 단계는, 반연료봉(110)을 봉단 마개(112)로 닫은 후, 반연료봉(110) 내부 공간에 잔존하는 공기를 배출시켜 진공 분위기를 형성시키고, 불활성 기체(130)를 충진시킨 후, 반연료봉(110)과 봉단 마개(112)를 용접시켜 핵연료봉(100)을 형성할 수 있다.

반연료봉(110) 내부의 잔존 공기는, 반연료봉(110)을 진공 분위기에서 약 250℃ 로 약 2시간 동안 유지하여 배출될 수 있다.

불활성 기체(130)는 반연료봉(110)에서 혼합 핵연료 분말(120) 상부에 위치하는 플레넘(plenum)과 혼합 핵연료 분말(120) 사이에 위치하는 빈 공간에 충진될 수 있다.

이때, 불활성 기체는 혼합 핵연료 분말(120)과 반연료봉(110)의 열 전달 매체로서 기능하며, 예를 들어, He 가스일 수 있다.

일반적인 핵연료봉의 제조방법에서는 열 전달 매체로서 소듐(sodium)을 사용하지만, 소듐은 공기와의 반응성이 매우 크기 때문에 소듐의 반응을 방지하기 위한 추가적인 공정이 요구된다.

반면, 실시예에 따른 입자형 핵연료봉의 제조방법에서는 불활성 기체(130)가 열 전달 매체로 사용되고 소듐이 없는 무소듐(소듐-프리, sodium-free) 분위기에서 제조 공정이 수행되므로, 제조 공정이 보다 단순화될 수 있고, 효율화될 수 있다.

봉단 마개(112)는 반연료봉(110)과 동일한 재질로 이루어질 수 있고, 용접은 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접, 레이저 용접 또는 전자빔 용접 방식으로 이루어질 수 있다.

한편, 진동 충전 단계와 불활성 기체를 충진시키는 단계 사이에, 혼합 핵연료 분말(120)이 미리 정해진 충전 밀도로 충전되었는지 확인하는 검사 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 봉단 마개(112) 용접 후에는 핵연료봉(100)의 굽힘(bending) 방지를 통한 소듐 냉각재(sodium coolant) 통로 확보를 위해, 직경 약 1mm 이하의 세선을 이용하여 핵연료봉(100)을 일정한 간격으로 감는 와이어 래핑(wrapping) 단계가 수행될 수 있다.

일반적인 사출주조에 의한 핵연료봉 제조 공정의 경우, 용탕 제조를 위해 사용되는 도가니 바닥에 원료 장입량의 약 30%에 달하는 잔탕 힐(heel)이 발생될 수 있고, 완성된 핵연료봉 양단의 불건전 주조 부위로부터 약 20%의 버트(butt)가 생성되어, 전체 제조 수율이 약 50% 정도로 낮을 수 있다.

반면, 실시예에 따른 입자형 핵연료봉(100)의 제조방법에서 사용되는 가스 분무법 또는 원심 분무법의 경우, 원료 장입량 대비 핵연료 분말의 제조 수율이 약 95% 이상으로 경제성 및 생산성이 크게 향상될 수 있다.

또한 입자형 핵연료봉(100)을 구성하는 핵연료 분말이 급속 응고를 통해 제조되기 때문에, 사출주조를 통해 제조된 핵연료봉에 비해 매우 미세한 조직을 가질 수 있게 되고, 연소 동안 상대적으로 높은 핵분열 방출 속도를 가짐으로써 핵연료봉(100)의 팽윤 현상이 감소할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 입자형 핵연료봉 110: 반연료봉
112: 봉단 마개 120: 혼합 핵연료 분말
130: 불활성 기체 200: 주파수 가변식 전자 진동 장치
202: 분말 공급 지그 204: 반연료봉 고정 지그
210: 볼 밸브 220: 도입부

Claims

금속 원료를 혼합한 후 용융시켜 원료 합금 용탕을 형성하는 단계,
가스 분무법 또는 원심 분무법을 사용하여 상기 원료 합금 용탕에서 핵연료 분말을 제조하는 단계,
상기 핵연료 분말을 입자 크기에 따라 분급한 후 상기 분급된 핵연료 분말을 미리 정해진 비율로 혼합하여 혼합 핵연료 분말을 형성하는 단계,
상기 혼합 핵연료 분말을 반연료봉에 도입하는 단계,
상기 반연료봉에 진동을 가하여 상기 혼합 핵연료 분말의 충전 밀도를 미리 정해진 충전 밀도로 제어하는 진동 충전 단계,
상기 반연료봉에 불활성 기체를 충진시키는 단계, 그리고
상기 반연료봉에 봉단 마개를 용접하여 핵연료봉을 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 반연료봉에 불활성 기체를 충진시키는 단계는 소듐 프리(sodium-free) 분위기에서 수행되는
입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 혼합 핵연료 분말을 형성하는 단계에서,
상기 핵연료 분말이 제1 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제1 핵연료 분말, 그리고 상기 제1 입자 크기 이상이고, 상기 제1 입자 크기보다 큰 제2 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제2 핵연료 분말로 분급되는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 혼합 핵연료 분말을 형성하는 단계에서,
상기 핵연료 분말이 제1 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제1 핵연료 분말, 상기 제1 입자 크기 이상이고, 상기 제1 입자 크기보다 큰 제2 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제2 핵연료 분말, 그리고 상기 제2 입자 크기 이상이고, 상기 제2 입자 크기보다 큰 제3 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는 제3 핵연료 분말로 분급되는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 진동 충전 단계에서,
주파수 가변식 전자 진동 장치를 통해 상기 반연료봉에 진동을 가하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제4항에서,
상기 주파수 가변식 전자 진동 장치는,
상기 혼합 핵연료 분말을 분사시키는 볼 밸브(ball valve),
상기 볼 밸브에서 분사된 상기 혼합 핵연료 분말을 상기 반연료봉으로 유도하는 깔때기 형상의 도입부,
상기 반연료봉을 지지하는 반연료봉 고정 지그(jig), 그리고
진동 주파수, 가속도, 또는 진동 진폭을 조절하여 상기 반연료봉에 진동을 가하는 진동 발생부
를 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제5항에서,
상기 도입부에 접촉되어 있고, 상기 도입부에 진동을 가하는 진동 부재를 더 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 진동 충전 단계에서,
상기 미리 정해진 충전 밀도는 65% 내지 90%인 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 불활성 기체는 열 전달 매체인 입자형 핵연료봉의 제조방법.
삭제
제8항에서,
상기 불활성 기체는 상기 혼합 핵연료 분말 사이, 그리고 상기 반연료봉에서 상기 혼합 핵연료 분말 상부에 존재하는 플레넘(plenum)에 위치하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 반연료봉은 페라이트-마르텐사이트 스테인리스 스틸(ferrite-martensite stainless steel)을 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제11항에서,
상기 반연료봉의 내면은 FCCI(Fuel-cladding chemical interaction) 방지 처리된 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 핵연료봉을 형성하는 단계에서,
상기 봉단 마개는 상기 반연료봉과 동일한 재질로 이루어지고, 상기 용접은 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접, 레이저 용접 또는 전자빔 용접인 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 진동 충전 단계와 상기 불활성 기체를 충진시키는 단계 사이에,
상기 미리 정해진 충전 밀도를 확인하는 검사 단계를 더 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 핵연료봉을 형성하는 단계 이후에,
직경이 1 mm 이하인 와이어(wire)를 이용하여 상기 핵연료봉을 일정한 간격으로 감싸는 와이어 래핑(wrapping) 단계를 더 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항에서,
상기 핵연료 분말은 우라늄 및 지르코늄의 합금, 우라늄, 지르코늄 및 희토류 원소의 합금, 또는 우라늄, 지르코늄, 희토류 원소 및 악티늄 계열 원소의 합금을 포함하는 입자형 핵연료봉의 제조방법.
제1항 내지 제8항 및 제10항 내지 제16항 중 한 항의 입자형 핵연료봉의 제조방법에 따라 제조된 입자형 핵연료봉.