KR102416974B1 - 연료 요소용 강-바나듐 합금 클래딩 - Google Patents

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Abstract

본 개시내용은 외부 환경으로부터 핵 물질을 분리하는 벽 요소로서 사용을 위한 바이메탈 및 트리메탈 클래딩을 위한 다양한 구성 및 구성요소를 설명한다. 클래딩 물질은 핵연료 요소를 위한, 특히 핵연료와 반응하는 경향이 있는 나트륨 또는 다른 냉각제 또는 환경에 노출될 연료 요소를 위한 클래딩으로서 사용을 위해 적합하다.

Description

연료 요소용 강-바나듐 합금 클래딩
본 출원은 2017년 6월 14일에 PCT 국제 출원으로서 출원되었고, 2017년 2월 13일 출원된, 발명의 명칭이 "연료 요소용 강-바나듐 합금 클래딩(STEEL-VANADIUM ALLOY CLADDING FOR FUEL ELEMENT)"인 미국 가특허 출원 제62/458,377호의 우선권의 이익을 주장한다.
서론
원자로(nuclear reactor)에서 사용될 때, 핵연료는 통상적으로 클래딩을 구비한다. 클래딩은 연료를 격납하고 그리고/또는 연료가 외부 환경과 상호 작용하는 것을 방지하기 위해 제공될 수도 있다. 예를 들어, 일부 핵연료는 클래딩이 없으면 핵연료와 접촉하게 되어 분리기로서 작용하게 될 수도 있는 냉각제 또는 다른 물질과 화학적으로 반응성이 있다.
클래딩은 구조 요소일 수도 있고 아닐 수도 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 핵연료는 중실 구조 요소, 예를 들어 우라늄 금속 또는 우라늄 이산화물의 중실봉이고, 클래딩은 본질적으로 고체 연료의 표면에 도포되는 코팅이다. 다른 경우에, 핵연료는 구조용 클래딩 내의 격납을 요구할 수도 있는 액체 형태, 분말 형태 또는 응집물 형태(예를 들어, 펠릿 또는 결정립)일 수도 있다. 임의의 경우에, 클래딩은 연료가 배치되어 있는 튜브, 박스, 또는 용기의 형태를 취할 수도 있다. 연료 및 클래딩 조합은 종종 "연료 요소", "연료봉(fuel rod)" 또는 "연료핀(fuel pin)"이라 칭한다.
금속 연료 시스템 내의 연료 클래드 화학적 상호 작용(fuel clad chemical interaction: FCCI)은 연료와 클래드 성분 사이의 화학 반응으로 인한 연료 요소의 열화를 칭한다. 화학적 상호 작용은 적어도 부분적으로 클래딩으로부터 연료로 그리고 그 반대로 종의 다성분 상호 확산에 기인한다. 특히, 확산쌍(diffusion couple) 및 조사 실험은 모두 클래드 성분(철 및 니켈)의 연료 내로의 이동을 증명하는데, 반면에 핵분열 생성물(주로 세륨, 네오디뮴 및 프라세오디뮴과 같은 란타나이드)은 클래드 내로 외향 확산한다.
FCCI는 2개의 주요 문제점: 취성 금속간 화합물의 형성 및 클래딩의 소모(wastage)/시닝(thinning)으로부터의 클래드 기계적 특성의 감소로 인한 코팅 기계적 특성의 감소, 및 연료 및 클래드 계면 내에서 비교적 저융점 조성물의 형성을 야기한다. 이들 문제점은 궁극적으로 연료 시스템에 대한 성능 한계에 영향을 미치는데, 최고 내부 클래드 온도(peak inner clad temperature: PICT)는 33 at% Fe에서 형성되는 우라늄-철 공정물(eutectic)의 저융점(725℃)에 의해 영향을 받는다. 부가적으로, EBR-II에서 조사된 봉의 연료 공급 구역의 클래딩 파손(breach)의 몇몇 발생은 파손 위치에 인접하여 광범위한 FCCI를 나타내어(클래드 내로 최대 170 뮤엠까지의 최대 침투), FCCI를 이들 파손의 주 기여자로서 연루시킨다.
나트륨 결합 금속 연료핀이 관리 가능한 양의 FCCI로 최대 20 at%까지 피크 연소율(burnups)로 조사되었지만, 이들 조사는 통상적으로 2년 내지 4년의 과정에 걸쳐 수행되었다. 진행파 원자로(traveling wave reactor: TWR) 용례에 요구되는 더 높은 피크 연소율(30 at%)을 넘어, 소정 온도에서 연장된 서비스 시간은 FCCI에 기인하는 열화의 문제점을 크게 번거롭게 한다.
본 출원의 부분을 형성하는 이하의 도면은 설명된 기술의 예시이고, 청구된 바와 같은 본 발명의 범주를 임의의 방식으로 한정하도록 의도된 것은 아니며, 이 범주는 여기에 첨부된 청구범위에 기초할 것이다.
도 1은 구조용 외부층을 갖는 클래딩의 2층 구성을 도시하고 있는, 클래딩 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 핵 물질과 접촉하고 있는 도 1의 벽 요소를 도시하고 있다.
도 4는 관형 클래딩 내에 격납된 핵 물질을 갖는 도 2의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 구조용 내부 바나듐 합금층을 갖는 클래딩의 2층 구성을 도시하고 있는, 클래딩, 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다.
도 6은 도 5의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 7은 핵 물질과 접촉하고 있는 도 5의 벽 요소를 도시하고 있다.
도 8은 관형 클래딩 내에 격납된 핵 물질을 갖는 도 6의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 9는 3층 구성을 갖는 다른 실시예의 클래딩 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다.
도 10은 도 9의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 11은 핵 물질과 접촉하고 있는 도 9의 벽 요소를 도시하고 있다.
도 12는 튜브의 중공 중심에 핵 물질을 격납하는 도 10의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다.
도 13은 전술된 것들과 같은, 외부 환경으로부터 핵 물질을 분리하기 위한 2층 또는 3층 벽 요소를 제조하는 방법을 도시하고 있다.
도 14a 및 도 14b는 핵연료 조립체 및 연료 요소의 상세를 도시하고 있다.
도 15a 및 도 15b는 일측에서 탄소가 도핑된 바나듐의 제1 층에 그리고 다른 측에서 HT9 강의 제2 층에 전해 도금된 Ni의 중간층을 갖는 트리메탈 클래딩의 현미경 사진이다.
도 15c는 도 15a 및 도 15b의 트리메탈 클래딩을 위한 화학 조성 맵핑을 도시하고 있다.
본 개시내용은 외부 환경으로부터 핵 물질을 분리하는 벽 요소로서 사용을 위한 바이메탈 및 트리메탈 클래딩을 위한 다양한 구성 및 구성요소를 설명한다. 클래딩 물질은 핵연료 요소를 위한, 특히 핵연료와 반응하는 경향이 있는 나트륨 또는 다른 냉각제 또는 환경에 노출될 것인 연료 요소를 위한 클래딩으로서 사용을 위해 적합하다.
2층 강-바나듐 합금 클래딩
탄소- 도핑된 바나듐 라이너를 갖는 구조강 층
도 1은 클래딩의 2층 구성을 도시하고 있는, 클래딩 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다. 클래딩(100)은 반응성 외부 환경으로부터 핵연료를 분리하는 임의의 구조용 구성요소의 부분일 수도 있다. 예를 들어, 클래딩(100)은 핵연료를 격납하는 튜브, 용기 또는 임의의 다른 형상의 저장 컨테이너를 포함하는 튜브의 벽의 부분일 수도 있다. 대안 실시예에서, 컨테이너 벽의 섹션보다는, 클래딩은 일부 증착 또는 클래딩 기술에 의해 생성된 고체 핵연료의 표면 상의 결과적인 층일 수도 있다. 몇몇 예로서, 전해 도금, 용사 코팅, 화학적 기상 증착, 스퍼터링, 이온 주입, 이온 도금, 스퍼터 증착, 레이저 표면 합금화, 고온 침지 및 어닐링과 같은 이들 기술은 당 기술 분야에 잘 알려져 있고, 원하는 최종 클래딩 특성에 따라, 임의의 적합한 기술이 사용될 수도 있다.
사용되는 제조 기술에 관계 없이, 도 1에 도시되어 있는 클래딩(100)은 물질의 2개의 층(102, 104): 즉 제1 층(102) 및 클래딩의 구조 요소인 제2 구조층(104)으로 이루어진다. 제1 층(102)은 연료, 또는 연료가 아직 공급되지 않은 경우에 연료가 배치될 것인 저장 영역을 구조층(104)으로부터 분리한다. 제1 층(102)은 연료와의 접촉으로부터 구조층(104)을 보호하는 라이너로서 작용한다. 제2 층(104)은 제1 층(102)과 외부 환경 사이에 있다. 따라서, 제1 층(102)은 연료에 노출된 하나의 표면 및 제2 층(104)에 노출된 다른 표면을 갖는 물질의 층이고, 반면에 제2 층(104)은 제1 층-대면 표면 및 외부 환경에 노출된 표면을 갖는다.
도 1에 도시되어 있는 클래딩(100)은 제1 층(102) 및 저장된 연료의 특성의 모두에 대한 FCCI의 효과를 감소시키도록 선택되고 또한 제2 층(104)과 제1 층(102) 사이의 유해한 화학적 상호 작용의 효과를 감소시키도록 선택된 물질의 제1 층(102)을 갖는다. 실시예에서, 제1 층(102)은 탄소 도핑된 바나듐이고 제2 층은 강이다. 강과 탄소 도핑된 바나듐 층 사이의 상호 작용을 감소시키기 위해, 실시예에서, 탄소 도핑된 바나듐은 적어도 0.001 wt%(10 ppm)의 탄소가 도핑된다. 이는 강에서 관찰되는 탈탄량을 감소시키고 연료 요소로서 사용되는 동안 강의 열화를 감소시킨다.
실시예에서, 탄소 도핑된 바나듐은 적어도 99.0 wt% V; 0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고; 기타 원소의 잔부를 갖는 바나듐 탄소 합금이고, 여기서 탄소 도핑된 바나듐은 0.1 wt% 이하의 임의의 하나의 기타 원소를 포함하고, 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는다. 더 순수한 실시예에서, 기타 원소의 총량(즉, V 또는 C가 아닌 조성물의 총량)은 합금의 0.05, 0.025 또는 0.01 wt%를 초과하지 않는다. 일 특정 실시예에서, 예를 들어, 탄소는 0.1 내지 0.3 wt% C의 범위이고, 기타 원소(V 또는 C가 아닌 모든 것)의 총량은 0.5 wt% 미만이고, 잔부는 V이다. 다른 특정 실시예에서, 예를 들어, 탄소 범위는 0.1 내지 0.3 wt% C이고, 조합된 기타 원소(V 또는 C가 아닌 모든 것)의 총량은 0.1 wt% 미만이고, 잔부는 V이다.
강 층(104)은 임의의 적합한 강일 수도 있다. 적합한 강의 예는 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, FeCrAl 합금, 산화물 분산 보강 강(oxide-dispersion strengthened steel), T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강을 포함한다. 강은 임의의 유형의 미세 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 실시예에서, 층(104) 내의 실질적으로 모든 강은 템퍼드 마르텐사이트 상, 페라이트 상, 및 오스테나이트 상으로부터 선택된 적어도 하나의 상을 갖는다. 실시예에서, 강은 HT9 강 또는 HT9 강의 개질된 강이다.
일 실시예에서, 개질된 HT9 강은 9.0 내지 12.0 wt% Cr; 0.001 내지 2.5 wt% W; 0.001 내지 2.0 wt% Mo; 0.001 내지 0.5 wt% Si; 최대 0.5 wt% Ti; 최대 0.5 wt% Zr; 최대 0.5 wt% V; 최대 0.5 wt% Nb; 최대 0.3 wt% Ta; 최대 0.1 wt% N; 최대 0.3 wt% C; 및 최대 0.01 wt% B이고; 잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는다. 다른 실시예에서, 강은 0.1 내지 0.3 wt%의 더 좁은 범위의 Si를 가질 수도 있다. 강 층(104)의 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물 및/또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
도 2는 도 1의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다. 도시되어 있는 실시예에서, 벽 요소(200)는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 탄소 도핑된 바나듐의 제1 층(202)은 튜브의 내부면을 형성하고 강의 제2 층(204)은 튜브의 외부면을 형성한다. 연료 저장 구역은 튜브의 중앙에 있다. 따라서, 튜브 내의 연료는 반응성 외부 환경으로부터 보호되고 동시에 강 층(104)이 연료로부터 분리된다.
포괄적 용어 "벽 요소"는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 튜브, 용기 또는 다른 형상의 컨테이너가 클래딩(100)의 벽의 섹션 또는 다수의 상이한 벽을 가질 수도 있다는 것을 인정하기 위해 본 명세서에 사용된다. 즉, 컨테이너는 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 한정되어 용기를 형성하는 형상을 갖는다. 그러나, 클래딩의 실시예는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 클래딩(100)이 아닌 물질로 구성되는 하나 이상의 벽 요소 뿐만 아니라 클래딩(100)의 벽 요소를 갖는 것들을 포함한다. 예를 들어, 튜브는 도 1에 설명된 클래딩(100)의 원통형 벽 요소를 가질 수도 있지만, 도 2는 상이한 구성의 단부벽을 가질 수도 있다. 마찬가지로, 입방체형 연료 컨테이너는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 구성된 측벽 및 저부벽, 그러나 상이한 구성의 상부를 가질 수도 있다.
도 3은 도 1의 벽 요소를 도시하고 있지만, 이번에는 탄소 도핑된 바나듐 층(302)과 접촉하는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 핵연료를 포함하는 핵 물질(310)을 갖는다. 강 층(304)은 클래딩에 대해 요구되는 강도 특성을 제공하는 데 필요한 바와 같은 임의의 두께[즉, 반응성 환경에 노출되는 강 층(304)의 외부면과 바나듐 층(302) 사이의 최단 거리]일 수도 있다. 탄소 도핑된 바나듐 층(302)은 얇은 코팅의 두께[구조층(304)의 두께의 0.1%]로부터 구조층(304)의 두께의 50%까지의 두께를 가질 수도 있다. 예를 들어, 탄소 도핑된 바나듐 층의 실시예는 강 층의 두께의 백분율로서, 하한에서 0.1%, 0.5%, 1.0%, 2.5%, 5%, 10%, 15%, 20% 및 25% 내지 상한에서 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 및 50%까지의 두께를 갖는다. 벽 요소의 실시예는 상기에 제공된 상한 및 하한의 임의의 조합인 범위를 포함한다. 예를 들어, 상기는 강 층의 두께의 1 내지 5%, 0.1 내지 10%, 20 내지 45%, 및 0.1 내지 50%의 범위를 갖는 탄소 도핑된 바나듐 층의 실시예를 특히 포함한다. 그러나, 탄소 도핑된 바나듐 층의 두께와 무관하게, 벽 요소(300)의 주 구조 요소는 강 층(304)이다.
도 4는 마찬가지로 도 2의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있지만, 이번에는 이에 한정되는 것은 아니지만, 튜브(400)의 중공 중심에 핵연료를 포함하는 핵 물질(410)을 갖는다. 강 층(404)은 다시, 클래딩에 대해 요구되는 강도 특성을 제공하기 위해 필요한 바와 같은 임의의 두께일 수도 있다. 탄소 도핑된 바나듐 층(402)은 얇은 코팅의 두께[구조층(404)의 두께의 0.1%]로부터 구조층(404)의 두께의 50%까지의 두께를 가질 수도 있다. 그러나, 탄소 도핑된 바나듐 층의 두께와 무관하게, 벽 요소(400)의 주 구조 요소는 강 층(404)이다.
대안 실시예에서, 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 클래딩은, 강과 탄소 도핑된 바나듐 사이의 상호 작용을 더 감소시키기 위해 강 구조층과 탄소 도핑된 바나듐 층 사이에 제3 중간층을 구비할 수도 있다. 적합한 중간층의 실시예가 도 9 내지 도 12를 참조하여 이하에 설명된다.
본 출원에 있어서, 핵 물질은 그것이 핵연료로서 사용될 수 있는지 여부에 관계 없이 악티나이드를 함유하는 임의의 물질을 포함한다. 따라서, 임의의 핵연료는 핵 물질이지만, 더 광범위하게, 미량 또는 그 초과의 U, Th, Am, Np 및/또는 Pu를 함유하는 임의의 물질은 핵 물질이다. 핵 물질의 다른 예는, 사용후 핵연료, 고갈된 우라늄, 우라늄염, 우라늄 이산화물, 지르코늄 및/또는 플루토늄을 갖는 금속 우라늄, 토륨 이산화물, 토리아나이트, 우라늄 테트라클로라이드 및/또는 우라늄 트리클로라이드를 함유하는 염과 같은 우라늄 클로라이드염을 포함한다.
핵연료는 다른 한편으로는, 임의의 핵분열성 물질을 포함한다. 핵분열성 물질은 저에너지 열 중성자 또는 고에너지 중성자에 노출될 때 핵분열을 경험하는 것이 가능한 임의의 핵종을 포함한다. 더욱이, 핵분열성 물질은 임의의 핵분열 물질, 임의의 핵연료 원료 물질 또는 핵분열 물질과 핵연료 원료 물질의 조합을 포함한다. 핵분열성 물질은 금속 및/또는 금속 합금을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 연료는 금속 연료일 수도 있다. 금속 연료는 종종 매우 무거운 금속 부하 및 우수한 중성자 경제를 제공할 수도 있는데, 이는 핵분열성 원자로의 증식 연소 프로세스(breed-and-burn process)를 위해 바람직하다. 용례에 따라, 연료는 U, Th, Am, Np 및 Pu로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 연료는 적어도 약 90 wt% U - 예를 들어, 적어도 95 wt%, 98 wt%, 99 wt%, 99.5 wt%, 99.9 wt%, 99.99 wt%, 또는 그 초과의 U를 포함할 수도 있다. 연료는 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir 및 Hf로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함할 수도 있는 내화 물질을 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 연료는 붕소, 가돌리늄 또는 인듐과 같은 부가의 가연성 독을 포함할 수도 있다. 게다가, 금속 연료는 약 3 wt% 내지 약 10 wt% 지르코늄과 합금되어 조사 중에 연료를 치수적으로 안정화하고 클래딩의 저온 공정 및 부식 손상을 억제할 수도 있다.
핵 물질이 그로부터 분리되는 반응 환경 또는 물질의 예는 NaCl-MgCl2, Na, NaK, 초임계 CO2, 납, 및 납 비스무스 공정물과 같은 원자로 냉각제를 포함한다.
강 라이너를 갖는 구조용 바나듐 합금층
도 5는 구조용 바나듐 합금 내부층을 갖는 클래딩의 2층 구성을 도시하고 있는, 클래딩, 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다. 재차, 클래딩(500)은 반응성 외부 환경으로부터 핵연료를 분리하는 임의의 구조용 구성요소의 부분일 수도 있다. 예를 들어, 클래딩(500)은 핵연료를 격납하는 튜브, 용기 또는 임의의 다른 형상의 저장 컨테이너를 포함하는 튜브의 벽의 부분일 수도 있다. 대안 실시예에서, 컨테이너 벽의 섹션보다는, 클래딩은 일부 증착 또는 클래딩 기술에 의해 생성된 고체 핵연료의 표면 상의 결과적인 층일 수도 있다. 몇몇 예로서, 전해 도금, 용사 코팅, 화학적 기상 증착, 스퍼터링, 이온 주입, 이온 도금, 스퍼터 증착, 레이저 표면 합금화, 고온 침지 및 어닐링과 같은 이들 기술은 당 기술 분야에 잘 알려져 있고, 원하는 최종 클래딩 특성에 따라, 임의의 적합한 기술이 사용될 수도 있다.
사용되는 제조 기술에 관계 없이, 도 5에 도시되어 있는 클래딩(500)은 물질의 2개의 층(502, 504)으로 이루어진다. 제1 층(502)은 클래딩의 주 구조 요소이고, 연료, 또는 연료가 아직 공급되지 않은 경우 연료가 배치될 것인 저장 영역을 제2 층(504)으로부터 분리한다. 제2 층(504)은 제1 층(502)과 외부 환경 사이에 있다. 따라서, 제1 층(502)은 연료에 노출된 하나의 표면 및 제2 층(504)에 노출된 다른 표면을 갖는 물질의 층이고, 반면에 제2 층(504)은 제1 층-대면 표면 및 외부 환경에 노출된 표면을 갖는다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 전술된 클래딩과 유사하게, 도 5에 도시되어 있는 클래딩(500)은 제1 층(502) 및 저장된 연료의 구조적 특성의 모두에 대한 FCCI의 효과를 감소시키도록 선택되고 또한 제2 층(504)과 제1 층(502) 사이의 유해한 화학적 상호 작용의 효과를 감소시키도록 선택된 물질의 제1 층(502)을 갖는다.
실시예에서, 제1 층(502)은 적어도 90% V를 함유하는 바나듐 합금이고, 제2 층(504)은 강이다. 제1 층(502)에 사용될 수도 있는 바나듐 합금은 바나듐 탄소 합금, V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 및 8923864 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57을 비한정적으로 포함한다. 실시예에서, 바나듐 합금은 3.0 내지 5.0 wt% Cr; 3.0 내지 5.0 wt% Ti; 및 0.02 wt% 이하 C로 이루어지고; 잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는다. 이 순도 요건은 Ti의 이중 또는 삼중 용융 또는 V의 전해 정련과 같은 V 및 Ti의 특수 정련을 필요로 할 수도 있다. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 합금의 0.4, 0.25, 또는 심지어 0.1 wt%를 초과하지 않는다. 탄소 범위는 실시예에 따라, 0.0001 내지 0.02 wt%일 수도 있다. 바나듐 합금은 Cr, Ti 및/또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함할 수도 있다.
일 특정 V-4Cr-4Ti 실시예가 이하의 표 1에 제공된다.
원소 Wt 분율
V 잔부
Cr 3.5 내지 4.5
Ti 3.5 내지 4.5
Si 400 내지 1000 ppm
O < 200 ppm
N < 200 ppm
C < 200 ppm
Al < 200 ppm
Fe < 200 ppm
Cu < 10 ppm
Mo < 10 ppm
Nb < 10 ppm
P < 10 ppm
S < 10 ppm
Cl < 2 ppm
모든 기타 원소의 총합 < 100 ppm 및 0.001 wt% 이하의
임의의 하나의 기타 원소
표 1에 나타낸 실시예에서, 하나의 적합한 제조 프로세스는 이하와 같다. 원료의 소스는 낮은 불순물 함량을 갖는 요오드 또는 전해 정련된 바나듐일 수도 있고, 실시예에서 칼슘 환원 프로세스는 바나듐을 얻는 데 사용되지 않는다. 실시예에서, 티타늄 소스는 Cl, K 및 Na 불순물을 감소시키기 위해 스폰지 티타늄을 포함하지 않고, 필요한 순도 레벨을 달성하기 위해 티타늄 공급 원료의 이중 또는 삼중 용융이 수행되어야 한다. V-4Cr-4Ti는 오염을 방지하기 위해, 레이저 빔 용융, 진공 아크 용융 또는 냉음극 유도 용융과 같은 적절한 방법을 사용하여 용융될 수도 있다. 잉곳은 이어서 균질화되어 Cr 및 Ti의 국소 불균질성을 < +/-0.3 wt%로 감소시킨다. 후속 잉곳은 스테인리스강 내에 캡슐화되고 1100 내지 1300℃의 온도에서 압출 또는 열간 가공되고, 이후에 바이메탈 클래딩 튜브 제조를 위해 요구되는 최종 빌렛 크기로 300 내지 900℃의 온도에서 열간 압연된다. 열간 가공 중에 하나 이상의 중간 어닐링은 진공로 내에서 최대 3시간 동안 800 내지 1200℃에서 수행될 수도 있다. 하나 이상의 유사한 어닐링이 임의의 냉간 가공 처리의 일부로서 수행될 수도 있다. 냉간 가공 중에 어닐링은 바나듐을 연화하기 위한 900 내지 1000℃(예를 들어, 950±10℃)로부터의 어닐링 및 이어서 HT9를 마르텐사이트로부터 페라이트로 변형하기 위한 700 내지 780℃로부터의 하나 이상의 어닐링의 시퀀스를 수반할 수도 있다. 바이메탈 클래딩 튜브 제품의 최종 열처리는 실온으로의 공기 냉각으로 20분 동안 1075±10℃, 이어서 급속 냉각 속도로 1 내지 3시간 동안 650 내지 700℃에서 수행된다.
강 층(504)은 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술된 바와 같은 임의의 적합한 강일 수도 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 강은 9.0 내지 12.0 wt% Cr; 0.001 내지 2.5 wt% W; 0.001 내지 2.0 wt% Mo; 0.001 내지 0.5 wt% Si; 최대 0.5 wt% Ti; 최대 0.5 wt% Zr; 최대 0.5 wt% V; 최대 0.5 wt% Nb; 최대 0.3 wt% Ta; 최대 0.1 wt% N; 최대 0.3 wt% C; 및 최대 0.01 wt% B이고; 잔부는 Fe 및 기타 원소인 개질된 HT9 강이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는다. 다른 실시예에서, 강은 0.1 내지 0.3 wt%의 더 좁은 범위의 Si를 가질 수도 있다. 강 층(104)의 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물 및/또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
전술된 바와 같이, 바나듐 합금층(502)은 클래딩의 주 구조 요소이다. 즉, 바나듐 합금층(502)은 연료 요소의 형상을 유지하고 클래딩의 고장 및 핵 물질의 방출을 방지하는 대부분의 중실 구조를 제공하는 층이다. 강 층(504)은 단지 바나듐 합금층(502)의 외부면 상의 강의 코팅일 수도 있다. 이들 실시예에서, 바나듐 합금층은 강 층(504)의 두께의 적어도 두 배이다. 즉, 강 층(504)은 바나듐 합금층(502)의 두께의 0.001%만큼 작고 바나듐 합금층(502)의 두께의 최대 50%일 수도 있다. 다양한 실시예에서, 강 층 두께는 바나듐 합금층(502)의 두께의 0.01%, 0.1% 또는 1% 내지 바나듐 합금층(502)의 두께의 최대 5%, 10%, 15%, 20% 또는 25%일 수도 있다.
도 6은 도 5의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다. 도시되어 있는 실시예에서, 벽 요소(600)는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 바나듐 합금의 제1 층(602)은 튜브의 내부면을 형성하고 강의 제2 층(604)은 튜브의 외부면을 형성한다. 연료 저장 구역은 튜브의 중앙 구역에 있다. 따라서, 튜브 내의 연료는 반응성 외부 환경으로부터 보호되고 동시에 강 층(604)이 연료로부터 분리된다. 다시, 포괄적 용어 "벽 요소"는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 튜브, 용기 또는 다른 형상의 컨테이너가 클래딩(500)의 벽의 섹션 또는 다수의 상이한 벽을 가질 수도 있다는 것을 인정하기 위해 본 명세서에 사용된다.
도 7은 도 5의 벽 요소를 도시하고 있지만, 이번에는 바나듐 층(702)과 접촉하는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 핵연료를 포함하는 핵 물질(710)을 갖는다. 강 층(704)은 다시, 얇은 코팅으로부터 바나듐 합금 구조층(702)의 두께의 50%까지의 임의의 두께일 수도 있다.
도 8은 마찬가지로 도 6의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있지만, 이번에는 이에 한정되는 것은 아니지만, 튜브(800)의 중공 중심에 핵연료를 포함하는 핵 물질(810)을 갖는다. 강 층(804)은 다시, 얇은 코팅으로부터 바나듐 층(802)의 두께의 50%까지의 임의의 두께일 수 있지만, 주 구조 요소는 바나듐 합금층(802)이다.
대안 실시예에서, 도 5 내지 도 8에 도시되어 있는 클래딩은, 강과 바나듐 합금 사이의 상호 작용을 더 감소시키기 위해 바나듐 합금 구조층과 강 층 사이에 제3 중간층을 구비할 수도 있다. 적합한 중간층의 실시예가 도 9 내지 도 12를 참조하여 이하에 설명된다.
3층 강-바나듐 합금 클래딩
바이메탈 클래딩 실시예에 추가하여, 상기 클래딩의 트리메탈 금속 버전이 또한 유용할 수도 있다. 트리메탈 클래딩 실시예는 강과 바나듐 층 사이의 상호 작용을 감소시키기 위해 전술된 강 층과 바나듐 층 사이에 중간층을 제공하는 것을 수반한다. 이들 실시예는 강 층이 구조층인 클래딩 및 바나듐 층이 바나듐 합금이고 구조층으로서 작용하는 클래딩을 포함한다. 어느 하나의 실시예에서, 중간층은 강과 바나듐 사이의 상호 작용을 방지하는 배리어로서 작용한다. 강 층이 클래딩의 구조 요소인 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바나듐 물질 중 임의의 하나가 바나듐 층을 위해 적합하다. 도 9 내지 도 12에서, 구조용 강 층을 갖는 중간층을 갖는 트리메탈 클래딩 실시예가 구체적으로 도시되어 있지만, 설명은 다수의 트리메탈 클래딩 실시예를 설명한다.
도 9는 3층 구성을 갖는 다른 실시예의 클래딩 또는 벽 요소의 선형 섹션의 절결도를 도시하고 있다. 전술된 클래딩 실시예에서와 같이, 제1 층(902)에 사용된 바나듐 물질은 제1 층(902) 및 연료 요소에 사용될 연료의 특성의 모두에 대한 FCCI의 효과를 감소시키도록 다시 선택된다. 외부층(904)은 또한 전술된 바와 같이 강이다.
도시되어 있는 클래딩(900)에서, 중앙 또는 중간층(906)은 강 층(904)과 바나듐 층(902) 사이의 라이너로서 작용한다. 도시되어 있는 실시예에서, 강 층(904)은 연료 클래딩(900)의 주 구조 요소이다. 이 실시예에서, 강 층(904)은 클래딩(900)을 위한 구조적 지지를 제공하기 위해 가장 두꺼운 층이다. 강 층(904)은 클래딩(900)의 총 두께의 50% 이상일 수도 있다. 예를 들어, 강 층(904)의 실시예는 클래딩(900)의 총 두께의 50, 60, 70, 75, 80, 90, 95, 99 또는 심지어 99.9%의 하한 범위이다. 상한은 중간층 및 바나듐 층이 FCCI로부터 소정의 보호를 제공하기에 충분한 100% 미만의 미리 정해진 양으로 제한된다. 예를 들어, 클래딩(900)의 총 두께의 75, 80, 90, 95, 99, 99.9 또는 심지어 99.999%의 상한이 고려된다. 두께의 잔부는 다른 2개의 층으로 구성된다. 따라서, 광범위한 실시예에서, 클래딩은 냉각제에 대면하는 두꺼운 강 층, 얇은 연료측 바나듐 합금 또는 탄소 도핑된 바나듐 층, 및 이들 사이의 얇은 보호층으로 고려될 수도 있으며, 여기서 "얇은"이라는 것은 클래딩의 총 두께의 10% 이하를 의미한다. 예를 들어, 특히 일 실시예에서, 클래딩(900)의 강 층(904)은 총 클래딩 두께의 적어도 99%이고, 중간층(906) 및 바나듐 합금층(902)의 각각은 총 클래딩 두께의 0.0001% 내지 0.9%이다.
제1 층(902)에 사용된 물질은 상기에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 이들 바나듐 물질 중 임의의 것 또는 도 5 내지 도 8을 참조하여 바나듐 합금일 수도 있다.
마찬가지로, 외부 강 층(904)에 사용된 물질은 상기에서 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명된 이들 강 중 임의의 것일 수도 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 강은 상기에 정의된 개질된 HT9 강이다.
중간층(906)은 바나듐 합금층(902)을 갖는 강 층(904)의 강보다 적은 바나듐 층(902)과의 화학적 상호 작용을 갖는 물질로 제조된다. 이 방식으로, 중간층(906)은 연료측 바나듐 층(902)과 외부 강 층(904) 사이의 보호 배리어로서 작용한다.
실시예에서, 중간층(906)의 물질은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로부터 선택된다. 니켈 실시예에서, 물질은 실질적으로 순수한, 즉 적어도 99.9 wt% N이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 물질의 0.025; 0.01, 또는 0.005 wt%를 초과하지 않는다. 니켈 합금 실시예에서, 물질은 적어도 90.0 wt% Ni이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 니켈 합금의 2.5; 1, 또는 0.5 wt%를 초과하지 않는다.
크롬 실시예에서, 물질은 실질적으로 순수한, 즉 적어도 99.9 wt% Cr이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 물질의 0.025; 0.01, 또는 0.005 wt%를 초과하지 않는다. 크롬 합금 실시예에서, 물질은 적어도 90.0 wt% Cr이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 크롬 합금의 5, 2.5; 1, 또는 0.5 wt%를 초과하지 않는다.
지르코늄 실시예에서, 물질은 실질적으로 순수한, 즉 적어도 99.9 wt% Zr이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 물질의 0.025; 0.01, 또는 0.005 wt%를 초과하지 않는다. 지르코늄 합금 실시예에서, 물질은 적어도 90.0 wt% Zr이고; 잔부는 기타 원소이고, 그 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품. 더 순수한 실시예에서, 이들 기타 원소의 총합은 지르코늄 합금의 5, 2.5; 1, 또는 0.5 wt%를 초과하지 않는다.
도시되어 있는 실시예에서, 강 층은 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술된 바와 같은 두께를 갖는 클래딩을 위한 구조용 지지부이며, 중간층(906) 및 바나듐 층(902)은 클래딩의 더 얇은 층이다. 도시되어 있지 않은 실시예에서, 바나듐 층(902)은 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명된 바와 같은 두께를 갖는 더 두꺼운 구조층이고, 중간층(906) 및 강 층(904)은 클래딩의 더 얇은 층이다. 그러나, 도 1 내지 도 8에서와 같이, 강 층(904)은 외부층이고 바나듐 층(902)은 내부층이다.
도 10은 도 9의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있다. 도시되어 있는 실시예에서, 벽 요소(1000)는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 바나듐 합금의 제1 층(1002)은 튜브의 내부면을 형성하고, 강의 제2 층(1004)은 튜브의 외부면을 형성하고, 제1 및 제2 층은 중간층(1006)에 의해 분리되어 있다. 연료 저장 구역은 튜브의 중앙 구역에 있다. 따라서, 튜브 내의 연료는 반응성 외부 환경으로부터 보호되고 동시에 강 층(1004)이 연료로부터 분리된다. 다시, 포괄적 용어 "벽 요소"는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 튜브, 용기 또는 다른 형상의 컨테이너가 클래딩(900)의 벽의 섹션 또는 다수의 상이한 벽을 가질 수도 있다는 것을 인정하기 위해 본 명세서에 사용된다.
도 11은 도 9의 벽 요소를 도시하고 있지만, 이번에는 벽 요소(1100)의 바나듐 층(1102)과 접촉하는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 핵연료를 포함하는 핵 물질(1110)을 갖는다. 바나듐 층(1102)은 중간층(1106)에 의해 강 층(1104)으로부터 분리되어 있다.
도 12는 마찬가지로 도 9의 클래딩의 관형 실시예를 도시하고 있지만, 이번에는 이에 한정되는 것은 아니지만, 튜브(1200)의 중공 중심에 핵연료를 포함하는 핵 물질(1210)을 갖는다. 다시, 바나듐 층(1202)은 중간층(1206)에 의해 강 층(1204)으로부터 분리되어 있다.
3층 강-바나듐 클래딩은 (a) 반응성 냉각제 환경으로의 노출로부터 연료 요소를 보호하기 위한 강 외부층을 갖는 것; 및 (b) 연료측 바나듐 합금층으로 인한 감소된 FCCI의 이익을 갖는다. 주 구조 요소는 강 층 또는 바나듐 층 중 하나일 수도 있다.
도 13은 전술된 것들과 같은, 외부 환경으로부터 핵 물질을 분리하기 위한 2층 또는 3층 벽 요소를 제조하는 방법을 도시하고 있다. 방법(1300)은 제1 층 제조 공정(1302)에서 적어도 강 층을 포함하는 제1 층을 제조하는 단계를 포함한다. 제1 층은 이어서 층 연결 공정(1304)에서 적어도 바나듐 합금층을 포함하는 제2 층에 연결된다.
층 연결 공정(1304)의 실시예에서, 바나듐 층은 제2 층을 제1 층에 연결하기 전에 제조된다. 층 연결 공정(1304)의 대안 실시예에서, 제2 층은 제1 층 상에 증착함으로써 생성된다.
층 연결 공정(1304)의 실시예에서, 제2 층은 단지 바나듐 합금층으로만 이루어지며, 강 층을 바나듐 합금층에 직접 연결하는 단계를 포함한다.
제1 층 구성 공정(1302)의 실시예에서, 제1 층을 제조하는 단계는 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 제조된 제3 층에 연결된 강 층으로 이루어진 제1 층을 제조하는 단계를 포함하고, 층 연결 공정(1304)은 제3 층이 강 층과 바나듐 합금층 사이에 있도록 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계를 포함한다.
제2 층이 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금의 제3 층에 연결된 바나듐 합금층으로 이루어진 대안 실시예에서, 층 연결 공정(1304)은 제3 층이 강 층과 바나듐 합금층 사이에 있도록 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계를 포함한다.
연료 요소 및 연료 조립체
도 14a는 전술된 클래딩 중 하나 이상을 이용하는 핵연료 조립체(10)의 부분도를 제공한다. 연료 조립체(10)는 도시되어 있는 바와 같이, 격납 구조체(16) 내에 유지된 다수의 개별 연료 요소(또는 "연료봉" 또는 "연료핀")(11)를 포함한다. 도 14b는 일 실시예에 따른 연료 요소(11)의 부분도를 제공한다. 이 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 연료 요소는 클래딩(13), 연료(14) 및 몇몇 경우에 적어도 하나의 간극(15)을 포함한다. 단일 요소로서 도시되었지만, 클래딩(13)은 전체적으로 또는 적어도 부분적으로, 전술된 2층 또는 3층 클래딩으로 구성된다.
연료가 외부 클래딩(13)에 의해 생성된 캐비티 내에 밀봉된다. 일부 예에서, 다수의 연료 물질은 도 14b에 도시되어 있는 바와 같이 축방향으로 적층될 수도 있지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 연료 요소는 단지 하나의 연료 물질만을 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 간극(들)(15)이 연료 물질과 클래딩 사이에 존재할 수도 있지만, 간극(들)은 존재할 필요는 없다. 일 실시예에서, 간극은 압축 헬륨 분위기와 같은 압축 분위기로 충전된다.
일 실시예에서, 개별 연료 요소(11)는 연료 조립체(10)의 하우징(또한 냉각제 도관으로서 역할을 함) 내에 냉각제 공간 및 개별 연료 요소(11)의 기계적 분리를 제공하기 위해 클래드 배관의 원주 주위에 나선형으로 감겨진 약 0.8 mm 직경 내지 약 1.6 mm 직경의 얇은 와이어(12)를 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 클래딩(13) 및/또는 와이어 랩(12)은 일련의 실험적 데이터에 의해 지시된 바와 같이 그 조사 성능 때문에 페라이트-마르텐사이트 강으로 제조될 수도 있다.
연료 요소는 외부 및 내부 연료 저장 구역의 모두에 대해 임의의 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 상기에 나타낸 일부 실시예에서, 연료 요소는 원통형이고 원통형 봉의 형태를 취할 수도 있다. 게다가, 연료 요소에 대한 일부 프리즘형 기하학적 구조가 특히 효율적일 수도 있다. 예를 들어, 연료 요소는 3개 이상의 측면 및 밑변에 대한 임의의 다각형 형상을 갖는 직각, 경사 또는 절두 프리즘일 수도 있다. 6각형 프리즘, 직사각형 프리즘, 정사각형 프리즘 및 삼각형 프리즘은 모두 연료 조립체를 패킹하기 위한 잠재적으로 효율적인 형상이다.
연료 요소 및 연료 조립체는 원자력 발전소의 부분인 발전 원자로의 부분일 수도 있다. 핵 반응에 의해 생성된 열은 연료 요소의 외부와 접촉하는 냉각제를 가열하는 데 사용된다. 이 열은 이어서 제거되고 제거된 열로부터 전력의 유리한 수확을 위해 터빈 또는 다른 장비를 구동하는 데 사용한다.
예
도 15a 및 도 15b는 일측에서 탄소가 도핑된 바나듐의 제1 층에 그리고 다른 측에서 HT9 강의 제2 층에 전해 도금된 Ni의 중간층을 갖는 트리메탈 클래딩의 현미경 사진이다. 도 15b는 도 15a의 점선 박스 내에 도시되어 있는 트리메탈 클래딩의 영역의 확대도이다. 클래딩에서, 바나듐은 0.2 wt% C로 도핑된다.
도 15c는 도 15a 및 도 15b의 트리메탈 클래딩을 위한 화학 조성 맵핑을 도시하고 있다. 도 15c에서, 중간층 주위의 구역을 통한 Cr, Fe, V, Ni, C 및 Mo의 양 및 분포가 도시되어 있다. 이 분석은 적어도 일부 바나듐이 중간층 내로 확산되었지만, 바나듐은 HT9 층 내로 거의 또는 전혀 확산되지 않은 것을 나타내고 있다.
첨부된 청구범위에도 불구하고, 본 개시내용은 이하의 항에 의해 또한 정의된다.
1. 벽 요소로서,
강의 제1 층;
적어도 90% 바나듐의 제2 층; 및
제1 층과 제2 층 사이의 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금의 제3 층으로 이루어지는 벽 요소.
2. 항 1에 있어서, 제2 층은 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖고, 제3 층은 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
3. 항 1에 있어서, 제2 층은 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖고, 제3 층은 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
4. 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층은 바나듐 합금 V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 및 8923864, 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57로부터 선택되는 것인 벽 요소.
5. 항 4에 있어서, 제2 층은 V-4Cr-4Ti인 것인 벽 요소.
6. 항 4에 있어서, 제2 층은
3.0 내지 5.0 wt% Cr;
3.0 내지 5.0 wt% Ti; 및
0.02 wt% 이하 C로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
7. 항 5에 있어서, 제2 층은
3.5 내지 4.5 wt% Cr;
3.5 내지 4.5 wt% Ti;
0.04 내지 0.1 wt% Si;
최대 0.02 wt% O;
최대 0.02 wt% N;
최대 0.02 wt% C;
최대 0.02 wt% Al;
최대 0.02 wt% Fe;
최대 0.001 wt% Cu;
최대 0.001 wt% Mo;
최대 0.001 wt% Nb;
최대 0.001 wt% P;
최대 0.001 wt% S; 및
0.0002 wt% 이하 Cl로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.001 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.01 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
8. 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층은
0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 제2 층은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
9. 항 8에 있어서, 제2 층은 V에 추가하여 0.1 내지 0.3 wt% C를 포함하는 것인 벽 요소.
10. 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
11. 항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은
9.0 내지 12.0 wt% Cr;
0.001 내지 2.5 wt% W;
0.001 내지 2.0 wt% Mo;
0.001 내지 0.5 wt% Si;
최대 0.5 wt% Ti;
최대 0.5 wt% Zr;
최대 0.5 wt% V;
최대 0.5 wt% Nb;
최대 0.3 wt% Ta;
최대 0.1 wt% N;
최대 0.3 wt% C;
최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
12. 항 1 내지 11 중 어느 한 항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물, 및/또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하는 것인 벽 요소.
13. 항 5 내지 7 중 어느 한 항에 있어서, 바나듐 합금은 Cr, Ti 및/또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
14. 항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층은 벽 요소의 총 두께의 적어도 99%이고, 제3 층 및 제2 층의 각각은 제1 층의 두께의 0.0001% 내지 0.5%인 것인 벽 요소.
15. 항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서, 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 제1 층은 튜브의 내부면을 형성하고, 제2 층은 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
16. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 99.9 wt% Ni로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
17. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 90.0 wt% Ni로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
18. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 99.9 wt% Cr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
19. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 90.0 wt% Cr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
20. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 99.9 wt% Zr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
21. 항 1 내지 15 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 90.0 wt% Zr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
22. 항 1 내지 21 중 어느 한 항의 벽 요소로부터 적어도 부분적으로 제조된 컨테이너.
23. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
연료 저장 체적을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
벽 요소는 강의 제1 층이 적어도 90% 바나듐의 제2 층으로부터 이들 제1 층과 제2 층 사이의 제3 층에 의해 분리되어 있고;
벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고 제2 층은 연료 저장 체적과 접촉하고;
제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 이루어지는 것인 컨테이너.
24. 항 23에 있어서, 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
25. 항 23에 있어서, 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 적어도 하나의 벽 요소는 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 연료 저장 체적이 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
26. 항 23 내지 25 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 벽 요소는 컨테이너의 저부벽 또는 측벽을 형성하는 것인 컨테이너.
27. 물품으로서,
미리 정해진 양의 핵 물질;
핵 물질의 외부에 배치되고 외부 환경으로부터 핵 물질의 적어도 일부를 분리하는 벽 요소를 포함하고, 벽 요소는
외부 환경과 접촉하는 강의 제1 층;
핵 물질과 접촉하는 적어도 90% 바나듐의 제2 층; 및
제1 층과 제2 층 사이의 제3 층으로서, 니켈의 제3 층은 제2 층의 바나듐 합금 내로 강으로부터의 탄소의 전달을 억제하는 것인, 제3 층을 포함하고;
제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 이루어지는 것인 물품.
28. 항 27에 있어서, 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu 중 적어도 하나를 포함하는 것인 물품.
29. 항 27 또는 28에 있어서, 핵 물질은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, 및 Hf로부터 선택된 적어도 하나의 내화 물질을 포함하는 것인 물품.
30. 항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층은 강을 포함하고, 강의 실질적으로 전부가 템퍼드 마르텐사이트 상, 페라이트 상 및 오스테나이트 상으로부터 선택된 적어도 하나의 상을 갖는 것인 물품.
31. 항 27 내지 30 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 346 강, 및 304 강으로부터 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 물품.
32. 항 27 내지 31 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질과 벽 요소는 기계적으로 결합되는 것인 물품.
33. 항 27 내지 32 중 어느 한 항에 있어서, 외부 환경은 용융 나트륨을 포함하고, 강의 제1 층은 나트륨과 제2 층 내의 바나듐 간의 접촉을 방지하는 것인 물품.
34. 항 27 내지 33 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층 및 제2 층은 제3 층의 대향한 양측에 기계적으로 결합되는 것인 물품.
35. 항 27 내지 34 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질은 적어도 90 wt% U를 포함하는 것인 물품.
36. 항 27 내지 35 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질은 핵연료이고 물품은 핵연료 요소인 것인 물품.
37. 항 27 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 99.9 wt% Ni로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
38. 항 27 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 90.0 wt% Ni로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
39. 항 27 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 99.9 wt% Cr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
40. 항 27 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 제3 층은
적어도 90.0 wt% Cr로 이루어지고;
잔부는 기타 원소이고, 제3 층의 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
41. 항 27 내지 36 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층은
0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 제2 층은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
42. 벽 요소로서,
강의 제1 층; 및
강의 제1 층 상에 적어도 0.001 wt% 탄소가 도핑된 바나듐의 제2 층으로 이루어지고, 제2 층은 V 및 C 이외에 0.5 wt% 이하의 기타 원소를 갖는 것인 벽 요소.
43. 항 42에 있어서,
제1 층과 제2 층 사이의 제3 층을 포함하며, 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 제조되는 것인 벽 요소.
44. 항 42 또는 43에 있어서, 제2 층은
0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 제2 층의 도핑된 바나듐은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
45. 항 42 내지 44 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층의 도핑된 바나듐은 0.1 내지 0.3 wt% C를 포함하는 것인 벽 요소.
46. 항 42 내지 45 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
47. 항 42 내지 46 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은
9.0 내지 12.0 wt% Cr;
0.001 내지 2.5 wt% W;
0.001 내지 2.0 wt% Mo;
0.001 내지 0.5 wt% Si;
최대 0.5 wt% Ti;
최대 0.5 wt% Zr;
최대 0.5 wt% V;
최대 0.5 wt% Nb;
최대 0.3 wt% Ta;
최대 0.1 wt% N;
최대 0.3 wt% C;
최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
48. 항 42 내지 47 중 어느 한 항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물 및/또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하고 그리고/또는 제2 층의 도핑된 바나듐은 Cr, Ti 및/또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
49. 항 42에 있어서, 제2 층은 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
50. 항 42 내지 49 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층은 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
51. 항 42 내지 50 중 어느 한 항에 있어서, 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 제1 층은 튜브의 내부면을 형성하고, 제2 층은 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
52. 항 51에 있어서,
튜브 내의 미리 정해진 양의 핵 물질을 더 포함하는 벽 요소.
53. 항 52에 있어서, 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것인 벽 요소.
54. 항 52 또는 53에 있어서, 핵 물질은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, 및 Hf로부터 선택된 적어도 하나의 내화 물질을 포함하는 것인 벽 요소.
55. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
연료 저장 구역을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
벽 요소는 적어도 0.001 wt% 탄소가 도핑되고 0.5 wt% 이하의 기타 원소를 갖는 바나듐의 제2 층에 강의 제1 층이 부착되고,
벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고 제2 층은 연료 저장 구역과 접촉하는 것인 컨테이너.
56. 항 55에 있어서, 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
57. 항 55 또는 56에 있어서, 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 적어도 하나의 벽 요소는 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 연료 저장 구역이 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
58. 항 55 내지 57 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 벽 요소는 컨테이너의 저부벽 또는 측벽을 형성하는 것인 컨테이너.
59. 항 55 내지 58 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 벽 요소는 컨테이너의 하나 이상의 측벽 중 적어도 하나를 형성하는 것인 컨테이너.
60. 벽 요소로서,
강의 제1 층; 및
강의 제1 층 상의 바나듐 합금의 제2 층으로 이루어지고, 강의 제1 층은 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 것인 벽 요소.
61. 항 60에 있어서,
제1 층과 제2 층 사이에 있는 제3 층을 포함하고, 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 제조되는 것인 벽 요소.
62. 항 60 또는 61에 있어서, 제2 층은 바나듐 합금 V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 & 8923864, 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57로부터 선택되는 것인 벽 요소.
63. 항 62에 있어서, 제2 층은
3.0 내지 5.0 wt% Cr;
3.0 내지 5.0 wt% Ti; 및
0.02 wt% 이하 C로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
64. 항 62에 있어서, 제2 층은
3.5 내지 4.5 wt% Cr;
3.5 내지 4.5 wt% Ti;
0.04 내지 0.1 wt% Si;
최대 0.02 wt% O;
최대 0.02 wt% N;
최대 0.02 wt% C;
최대 0.02 wt% Al;
최대 0.02 wt% Fe;
최대 0.001 wt% Cu;
최대 0.001 wt% Mo;
최대 0.001 wt% Nb;
최대 0.001 wt% P;
최대 0.001 wt% S; 및
0.0002 wt% 이하 Cl로 이루어지고;
잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.001 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.01 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
65. 항 60 내지 64 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
66. 항 60 내지 64 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층의 강은
9.0 내지 12.0 wt% Cr;
0.001 내지 2.5 wt% W;
0.001 내지 2.0 wt% Mo;
0.001 내지 0.5 wt% Si;
최대 0.5 wt% Ti;
최대 0.5 wt% Zr;
최대 0.5 wt% V;
최대 0.5 wt% Nb;
최대 0.3 wt% Ta;
최대 0.1 wt% N;
최대 0.3 wt% C;
최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
67. 항 60 내지 66 중 어느 한 항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물 및/또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하고 그리고/또는 바나듐 합금은 Cr, Ti 및/또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
68. 항 60 내지 67 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층은 제2 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
69. 항 60 내지 68 중 어느 한 항에 있어서, 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 제1 층은 튜브의 내부면을 형성하고, 제2 층은 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
70. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
연료 저장 구역을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
벽 요소는 바나듐 합금의 제2 층에 부착된 강의 제1 층을 갖고, 강의 제1 층은 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%이고;
벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고 제2 층은 연료 저장 구역과 접촉하는 것인 컨테이너.
71. 항 70에 있어서, 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
72. 항 70 또는 71에 있어서, 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 적어도 하나의 벽 요소는 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 연료 저장 구역이 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
73. 항 70 내지 72 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 벽 요소는 컨테이너의 저부벽 또는 측벽을 형성하는 것인 컨테이너.
74. 항 70 내지 73 중 어느 한 항에 있어서, 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 적어도 하나의 벽 요소는 컨테이너의 하나 이상의 측벽 중 적어도 하나를 형성하는 것인 컨테이너.
75. 물품으로서,
미리 정해진 양의 핵 물질;
핵 물질의 외부에 배치되고 외부 환경으로부터 핵 물질의 적어도 일부를 분리하는 벽 요소를 포함하고, 벽 요소는
강의 제1 층; 및
강의 제1 층과 핵 물질 사이의 바나듐 합금의 제2 층을 포함하고, 강의 제1 층은 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%이고, 강의 제1 층은 제2 층을 외부 환경으로부터 분리하는 것인, 제2 층으로 이루어지는 것인 물품.
76. 항 75에 있어서, 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu 중 적어도 하나를 포함하는 것인 물품.
77. 항 75 또는 76에 있어서, 제1 층은 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강, 및 304 강으로부터 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 물품.
78. 항 75 내지 77 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질과 벽 요소는 기계적으로 결합되는 것인 물품.
79. 항 75 내지 78 중 어느 한 항에 있어서, 외부 환경은 용융 나트륨을 포함하고, 강의 제1 층은 나트륨과 제2 층 내의 바나듐 합금 간의 접촉을 방지하는 것인 물품.
80. 항 75 내지 79 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층과 제2 층은 기계적으로 결합되는 것인 물품.
81. 항 75 내지 80 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질은 적어도 90 wt% U를 포함하는 것인 물품.
82. 항 75 내지 81 중 어느 한 항에 있어서, 핵 물질은 핵연료이고 물품은 핵연료 요소인 것인 물품.
83. 항 27 내지 41 및 75 내지 82 중 어느 한 항의 물품을 포함하는 발전 원자로.
84. 핵 물질을 외부 환경으로부터 분리하기 위한 벽 요소를 제조하는 방법으로서,
적어도 강 층을 포함하는 제1 층을 제조하는 단계; 및
제1 층을 적어도 바나듐 합금층을 포함하는 제2 층에 연결하는 단계를 포함하는 방법.
85. 항 84에 있어서,
제2 층을 제1 층에 연결하기 전에 제2 층을 제조하는 단계를 더 포함하는 방법.
86. 항 84 또는 85에 있어서, 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계는,
강 층을 바나듐 합금층에 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
87. 항 84 내지 86 중 어느 한 항에 있어서, 제1 층을 제조하는 단계는 크롬층에 연결된 강 층으로 이루어진 제1 층을 제조하는 단계를 포함하고, 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계는 크롬층이 강 층과 바나듐 합금층 사이에 있도록 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계를 포함하는 것인 방법.
88. 항 84 내지 87 중 어느 한 항에 있어서, 제2 층은 크롬층에 연결된 바나듐 합금층으로 이루어지고, 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계는 크롬층이 강 층과 바나듐 합금층 사이에 있도록 제1 층을 제2 층에 연결하는 단계를 포함하는 것인 방법.
기술의 광범위한 범위를 설명하는 수치 범위 및 파라미터는 근사치임에도 불구하고, 특정 예에 설명된 수치값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치값은 이들의 각각의 시험 측정치에서 발견된 표준 편차로부터 필연적으로 발생하는 특정 에러를 본질적으로 포함한다.
본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 거기에 언급된 목적 및 장점 뿐만 아니라 고유한 것들을 얻기 위해 양호하게 적용된다는 것이 명백할 것이다. 당 기술 분야의 숙련자들은 본 명세서 내의 방법 및 시스템이 다수의 방식으로 구현될 수도 있고, 이와 같이 상기에 예시된 실시예 및 예에 의해 한정되지 않는다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 본 명세서에 설명된 상이한 실시예의 임의의 수의 특징은 하나의 단일 실시예로 조합될 수도 있고, 본 명세서에 설명된 모든 특징 미만 또는 초과를 갖는 대안 실시예가 가능하다.
다양한 실시예가 본 개시내용의 목적을 위해 설명되었지만, 본 개시내용에 의해 고려된 범주 내에 양호하게 있는 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수도 있다. 당 기술 분야의 숙련자들에게 즉시 제안될 것이며 본 개시내용의 사상에 포함되는 수많은 다른 변경이 이루어질 수도 있다.

Claims (88)

  1. 벽 요소로서,
    강의 제1 층;
    적어도 90% 바나듐의 제2 층; 및
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금의 제3 층
    으로 이루어지고,
    상기 제1 층의 강은
    9.0 내지 12.0 wt% Cr;
    0.001 내지 2.5 wt% W;
    0.001 내지 2.0 wt% Mo;
    0.001 내지 0.5 wt% Si;
    최대 0.5 wt% Ti;
    최대 0.5 wt% Zr;
    최대 0.5 wt% V;
    최대 0.5 wt% Nb;
    최대 0.3 wt% Ta;
    최대 0.1 wt% N;
    최대 0.3 wt% C;
    최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
    잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖고, 상기 제3 층은 상기 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖고, 상기 제3 층은 상기 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 바나듐 합금 V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 및 8923864, 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57로부터 선택되는 것인 벽 요소.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 층은 V-4Cr-4Ti인 것인 벽 요소.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제2 층은
    3.0 내지 5.0 wt% Cr;
    3.0 내지 5.0 wt% Ti; 및
    0.02 wt% 이하 C로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제2 층은
    3.5 내지 4.5 wt% Cr;
    3.5 내지 4.5 wt% Ti;
    0.04 내지 0.1 wt% Si;
    최대 0.02 wt% O;
    최대 0.02 wt% N;
    최대 0.02 wt% C;
    최대 0.02 wt% Al;
    최대 0.02 wt% Fe;
    최대 0.001 wt% Cu;
    최대 0.001 wt% Mo;
    최대 0.001 wt% Nb;
    최대 0.001 wt% P;
    최대 0.001 wt% S; 및
    0.0002 wt% 이하 Cl로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.001 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.01 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은
    0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 상기 제2 층은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 층은 V에 추가하여 0.1 내지 0.3 wt% C를 포함하는 것인 벽 요소.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강(oxide-dispersion strengthened steel), T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물, 또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하는 것인 벽 요소.
  13. 제5항에 있어서, 바나듐 합금은 Cr, Ti 또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 벽 요소의 총 두께의 적어도 99%이고, 상기 제3 층 및 상기 제2 층의 각각은 상기 제1 층의 두께의 0.0001% 내지 0.5%인 것인 벽 요소.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 상기 제1 층은 상기 튜브의 내부면을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 99.9 wt% Ni로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 90.0 wt% Ni로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 99.9 wt% Cr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 90.0 wt% Cr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 99.9 wt% Zr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  21. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 90.0 wt% Zr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 1.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 5.0 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  22. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 벽 요소로부터 적어도 부분적으로 제조된 컨테이너.
  23. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
    연료 저장 체적을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
    상기 벽 요소는 강의 제1 층이 적어도 90% 바나듐의 제2 층으로부터 이들 제1 층과 제2 층 사이의 제3 층에 의해 분리되어 있고;
    상기 벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고 상기 제2 층은 상기 연료 저장 체적과 접촉하고;
    상기 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 이루어지고,
    상기 제1 층의 강은
    9.0 내지 12.0 wt% Cr;
    0.001 내지 2.5 wt% W;
    0.001 내지 2.0 wt% Mo;
    0.001 내지 0.5 wt% Si;
    최대 0.5 wt% Ti;
    최대 0.5 wt% Zr;
    최대 0.5 wt% V;
    최대 0.5 wt% Nb;
    최대 0.3 wt% Ta;
    최대 0.1 wt% N;
    최대 0.3 wt% C;
    최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
    잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 컨테이너.
  24. 제23항에 있어서, 상기 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
  25. 제23항에 있어서, 상기 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 연료 저장 체적이 상기 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 컨테이너의 저부벽 또는 측벽을 형성하는 것인 컨테이너.
  27. 물품으로서,
    미리 정해진 양의 핵 물질;
    핵 물질의 외부에 배치되고 외부 환경으로부터 상기 핵 물질의 적어도 일부를 분리하는 벽 요소
    를 포함하고, 상기 벽 요소는
    상기 외부 환경과 접촉하는 강의 제1 층;
    상기 핵 물질과 접촉하는 적어도 90% 바나듐의 제2 층; 및
    상기 제1 층과 제2 층 사이의 제3 층으로서, 니켈의 제3 층이 제2 층의 바나듐 합금 내로 강으로부터의 탄소의 전달을 억제하는 것인, 제3 층
    을 포함하고; 상기 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 이루어지는 것인 물품.
  28. 제27항에 있어서, 상기 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu 중 적어도 하나를 포함하는 것인 물품.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 핵 물질은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, 및 Hf로부터 선택된 적어도 하나의 내화 물질을 포함하는 것인 물품.
  30. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제1 층은 강을 포함하고, 상기 강의 전부가 템퍼드 마르텐사이트 상, 페라이트 상 및 오스테나이트 상으로부터 선택된 적어도 하나의 상을 갖는 것인 물품.
  31. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제1 층의 강은 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 346 강, 및 304 강으로부터 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 물품.
  32. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 핵 물질과 상기 벽 요소는 기계적으로 결합되는 것인 물품.
  33. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 외부 환경은 용융 나트륨을 포함하고, 상기 강의 제1 층은 나트륨과 상기 제2 층 내의 바나듐 간의 접촉을 방지하는 것인 물품.
  34. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제1 층 및 상기 제2 층은 상기 제3 층의 대향한 양측에 기계적으로 결합되는 것인 물품.
  35. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 핵 물질은 적어도 90 wt% U를 포함하는 것인 물품.
  36. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 핵 물질은 핵연료이고 상기 물품은 핵연료 요소인 것인 물품.
  37. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 99.9 wt% Ni로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
  38. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 90.0 wt% Ni로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
  39. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 99.9 wt% Cr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 0.05 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.1 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
  40. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제3 층은
    적어도 90.0 wt% Cr로 이루어지고;
    잔부는 기타 원소이고, 상기 제3 층의 재료는 5.0 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 10.0 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
  41. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 제2 층은
    0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 상기 제2 층은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 물품.
  42. 벽 요소로서,
    강의 제1 층; 및
    상기 강의 제1 층 상에 적어도 0.001 wt% 탄소가 도핑된 바나듐의 제2 층
    으로 이루어지고, 상기 제2 층은 V 및 C 이외에 0.5 wt% 이하의 기타 원소를 갖는 것인 벽 요소.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 있는 제3 층을 포함하고, 상기 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 제조되는 것인 벽 요소.
  44. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 제2 층은
    0.001 내지 0.5 wt% C로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 상기 제2 층의 도핑된 바나듐은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  45. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 제2 층의 도핑된 바나듐은 0.1 내지 0.3 wt% C를 포함하는 것인 벽 요소.
  46. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
  47. 제42항 또는 제43항에 있어서, 상기 제1 층의 강은
    9.0 내지 12.0 wt% Cr;
    0.001 내지 2.5 wt% W;
    0.001 내지 2.0 wt% Mo;
    0.001 내지 0.5 wt% Si;
    최대 0.5 wt% Ti;
    최대 0.5 wt% Zr;
    최대 0.5 wt% V;
    최대 0.5 wt% Nb;
    최대 0.3 wt% Ta;
    최대 0.1 wt% N;
    최대 0.3 wt% C;
    최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
    잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  48. 제42항 또는 제43항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물, 또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하거나, 제2 층의 도핑된 바나듐은 Cr, Ti 또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
  49. 제42항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 두께의 0.1% 내지 50%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
  50. 제42항, 제43항 및 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
  51. 제42항, 제43항 및 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 상기 제1 층은 상기 튜브의 내부면을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 튜브 내의 미리 정해진 양의 핵 물질을 더 포함하는 벽 요소.
  53. 제52항에 있어서, 상기 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 포함하는 것인 벽 요소.
  54. 제52항에 있어서, 상기 핵 물질은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, 및 Hf로부터 선택된 적어도 하나의 내화 물질을 포함하는 것인 벽 요소.
  55. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
    연료 저장 구역을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
    상기 벽 요소는 강의 제1 층을 가지고, 상기 제1 층은, 적어도 0.001 wt% 탄소가 도핑되고 0.5 wt% 이하의 기타 원소를 갖는 바나듐의 제2 층에 부착되며,
    상기 벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고, 상기 제2 층은 상기 연료 저장 구역과 접촉하는 것인 컨테이너.
  56. 제55항에 있어서, 상기 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
  57. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 상기 연료 저장 구역은 상기 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
  58. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 컨테이너의 저부벽을 형성하는 것인 컨테이너.
  59. 제55항 또는 제56항에 있어서, 상기 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 컨테이너의 하나 이상의 측벽 중 적어도 하나를 형성하는 것인 컨테이너.
  60. 벽 요소로서,
    강의 제1 층; 및
    상기 강의 제1 층 상의 바나듐 합금의 제2 층
    으로 이루어지고, 상기 강의 제1 층은 상기 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%이며,
    상기 제1 층의 강은
    9.0 내지 12.0 wt% Cr;
    0.001 내지 2.5 wt% W;
    0.001 내지 2.0 wt% Mo;
    0.001 내지 0.5 wt% Si;
    최대 0.5 wt% Ti;
    최대 0.5 wt% Zr;
    최대 0.5 wt% V;
    최대 0.5 wt% Nb;
    최대 0.3 wt% Ta;
    최대 0.1 wt% N;
    최대 0.3 wt% C;
    최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
    잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에 있는 제3 층을 포함하고, 상기 제3 층은 니켈, 니켈 합금, 크롬, 크롬 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금으로 제조되는 것인 벽 요소.
  62. 제60항 또는 제61항에 있어서, 상기 제2 층은 바나듐 합금 V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 및 8923864, 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57로부터 선택되는 것인 벽 요소.
  63. 제62항에 있어서, 상기 제2 층은
    3.0 내지 5.0 wt% Cr;
    3.0 내지 5.0 wt% Ti; 및
    0.02 wt% 이하 C로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.1 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.5 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  64. 제62항에 있어서, 상기 제2 층은
    3.5 내지 4.5 wt% Cr;
    3.5 내지 4.5 wt% Ti;
    0.04 내지 0.1 wt% Si;
    최대 0.02 wt% O;
    최대 0.02 wt% N;
    최대 0.02 wt% C;
    최대 0.02 wt% Al;
    최대 0.02 wt% Fe;
    최대 0.001 wt% Cu;
    최대 0.001 wt% Mo;
    최대 0.001 wt% Nb;
    최대 0.001 wt% P;
    최대 0.001 wt% S; 및
    0.0002 wt% 이하 Cl로 이루어지고;
    잔부는 V 및 기타 원소이고, 바나듐 합금은 0.001 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.01 wt%를 초과하지 않는 것인 벽 요소.
  65. 제60항 또는 제61항에 있어서, 상기 제1 층의 강은 템퍼드 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 보강 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강 및 304 강으로부터 선택되는 것인 벽 요소.
  66. 삭제
  67. 제60항 또는 제61항에 있어서, 강은 Ti, Zr, V, Nb, Ta 또는 B의 탄화물 석출물, Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 질화물 석출물, 또는 Ti, Zr, V, Nb 또는 Ta의 탄질화물 석출물 중 하나 이상을 포함하거나, 바나듐 합금은 Cr, Ti 또는 기타 원소의 하나 이상의 탄화물 석출물을 포함하는 것인 벽 요소.
  68. 제60항 또는 제61항에 있어서, 상기 제1 층은 상기 제2 층의 두께의 1% 내지 5%인 두께를 갖는 것인 벽 요소.
  69. 제60항 또는 제61항에 있어서, 상기 벽 요소는 내부면 및 외부면을 갖는 튜브의 형태이고, 상기 제1 층은 상기 튜브의 내부면을 형성하고, 상기 제2 층은 상기 튜브의 외부면을 형성하는 것인 벽 요소.
  70. 핵연료를 유지하기 위한 컨테이너로서,
    연료 저장 구역을 외부 환경으로부터 분리하는 적어도 하나의 벽 요소를 포함하고;
    상기 벽 요소는 바나듐 합금의 제2 층에 부착된 강의 제1 층을 갖고, 상기 강의 제1 층은 상기 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%이고;
    상기 벽 요소의 제1 층은 외부 환경과 접촉하고, 상기 제2 층은 상기 연료 저장 구역과 접촉하며,
    상기 제1 층의 강은
    9.0 내지 12.0 wt% Cr;
    0.001 내지 2.5 wt% W;
    0.001 내지 2.0 wt% Mo;
    0.001 내지 0.5 wt% Si;
    최대 0.5 wt% Ti;
    최대 0.5 wt% Zr;
    최대 0.5 wt% V;
    최대 0.5 wt% Nb;
    최대 0.3 wt% Ta;
    최대 0.1 wt% N;
    최대 0.3 wt% C;
    최대 0.01 wt% B로 이루어지고;
    잔부는 Fe 및 기타 원소이고, 강은 0.15 wt% 이하로 각각의 기타 원소를 포함하고, 이들 기타 원소의 총합은 0.35 wt%를 초과하지 않는 것인 컨테이너.
  71. 제70항에 있어서, 상기 컨테이너는 용기를 형성하도록 하나 이상의 연속적으로 연결된 벽 요소에 의해 규정되는 형상을 갖는 것인 컨테이너.
  72. 제70항 또는 제71항에 있어서, 상기 컨테이너는 원통형 튜브로서 성형되고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 튜브의 원통형 벽을 형성하고, 상기 연료 저장 구역은 상기 튜브 내부에 있는 것인 컨테이너.
  73. 제70항 또는 제71항에 있어서, 상기 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 컨테이너의 저부벽을 형성하는 것인 컨테이너.
  74. 제70항 또는 제71항에 있어서, 상기 컨테이너는 저부벽 및 하나 이상의 측벽을 포함하고, 상기 적어도 하나의 벽 요소는 상기 컨테이너의 하나 이상의 측벽 중 적어도 하나를 형성하는 것인 컨테이너.
  75. 물품으로서,
    미리 정해진 양의 핵 물질; 및
    핵 물질의 외부에 배치되고 외부 환경으로부터 상기 핵 물질의 적어도 일부를 분리하는 벽 요소
    를 포함하고, 상기 벽 요소는
    강의 제1 층; 및
    상기 강의 제1 층과 상기 핵 물질 사이의 바나듐 합금의 제2 층
    으로 이루어지고, 상기 강의 제1 층은 상기 제2 층의 두께의 0.1% 내지 50%이고, 상기 강의 제1 층은 상기 제2 층을 외부 환경으로부터 분리하며,
    상기 외부 환경은 용융 나트륨을 포함하고, 상기 강의 제1 층은 나트륨과 상기 제2 층 내의 바나듐 합금 간의 접촉을 방지하는 것인 물품.
  76. 제75항에 있어서, 상기 핵 물질은 U, Th, Am, Np 및 Pu 중 적어도 하나를 포함하는 것인 물품.
  77. 제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 제1 층은 마르텐사이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 강, 산화물 분산 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강, 및 304 강으로부터 선택된 적어도 하나의 강을 포함하는 것인 물품.
  78. 제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 핵 물질과 상기 벽 요소는 기계적으로 결합되는 것인 물품.
  79. 삭제
  80. 제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 제1 층과 상기 제2 층은 기계적으로 결합되는 것인 물품.
  81. 제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 핵 물질은 적어도 90 wt% U를 포함하는 것인 물품.
  82. 제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 핵 물질은 핵연료이고 상기 물품은 핵연료 요소인 것인 물품.
  83. 제75항 또는 제76항에 따른 물품을 포함하는 발전 원자로.
  84. 핵 물질을 외부 환경으로부터 분리하기 위한 벽 요소를 제조하는 방법으로서,
    적어도 강 층을 포함하는 제1 층을 제조하는 단계; 및
    상기 제1 층을 적어도 바나듐 합금층을 포함하는 제2 층에 연결하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 층은 바나듐 합금 V-20Ti, V-10Cr-5Ti, V-15Cr-5Ti, V-4Cr-4Ti, V-4Cr-4Ti NIFS Heats 1 및 2, V-4Cr-4Ti US Heats 832665 및 8923864, 및 V-4Cr-4Ti Heat CEA-J57로부터 선택되는 것인 방법.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 제2 층을 상기 제1 층에 연결하기 전에 상기 제2 층을 제조하는 단계를 더 포함하는 방법.
  86. 제84항 또는 제85항에 있어서, 상기 제1 층을 상기 제2 층에 연결하는 단계는,
    상기 강 층을 상기 바나듐 합금층에 연결하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  87. 제84항 또는 제85항에 있어서, 상기 제1 층을 제조하는 단계는 크롬층에 연결된 강 층으로 이루어진 제1 층을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 제1 층을 상기 제2 층에 연결하는 단계는 상기 크롬층이 상기 강 층과 상기 바나듐 합금층 사이에 있도록 상기 제1 층을 상기 제2 층에 연결하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  88. 제84항 또는 제85항에 있어서, 상기 제2 층은 크롬층에 연결된 바나듐 합금층으로 이루어지고, 상기 제1 층을 상기 제2 층에 연결하는 단계는 상기 크롬층이 상기 강 층과 상기 바나듐 합금층 사이에 있도록 상기 제1 층을 상기 제2 층에 연결하는 단계를 포함하는 것인 방법.
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