KR20150135679A - 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 이를 위하여, 본 발명은 산화물 핵연료의 소결체로써, 상기 소결체 내에 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체 을 제공한다.
본 발명은 핵연료 소결체의 열전도도를 높이고, 원자로 연소 중 핵연료의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해, 핵연료의 안전성 및 성능을 증가시키고, 원자로사고에서 안전성에 대한 여유도를 향상시킬 수 있다.

Description

산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법{oxide nuclear fuel pellet and the method for manufacturing thereof}
본 발명은 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 핵연료 소결체 내에 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 포함하여 열전도도를 높인 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
원자력 발전은 우라늄의 핵분열에 의해 발생되는 열을 이용하는데, 이러한 원자력 발전에 사용되는 핵연료로 통상 우라늄 산화물(UO2) 소결체를 사용한다. 경수로 핵연료 소결체 재료인 우라늄 산화물은 경수로 냉각재로써 사용되는 물과의 양립성이 양호하고, 약 2850℃의 높은 융점을 가지며, 고온에서도 상 변태가 일어나지 않는 등의 우수한 노내 안정성을 나타낸다. 따라서, 여러가지 우라늄 화합물등에 비하여 열전도도 및 우라늄 밀도 등의 측면에서 단점을 가지고 있음에도 불구하고, 경수로 핵연료 소결체 재료로써 사용되고 있다.
핵연료는 산업적으로 이용 가능한 핵연료 물질인 우라늄(Uranium, U), 플루토늄(Plutonium, Pu) 또는 토륨(Thorium, Th) 등의 산화물을 단독 또는 혼합한 물질을 성형 및 소결하여 제조된 원주형 또는 구형 소결체를 사용하고 있다.
소결체 재료는 대부분 이산화우라늄(UO2)을 사용하며, UO2에 Pu, Th, Gd의 산화물과 같은 다른 핵연료 물질을 하나 이상 첨가하여 사용한다. 구체적으로 (U,Pu)O2, (U,Th)O2, (U,Gd)O2, (U,Pu,Gd)O2 또는 (U,Th,Pu)O2가 사용한다.
가장 널리 사용되는 핵연료는 우라늄산화물 소결체로서, 우라늄산화물 분말을 출발물질로 하여 여기에 윤활제를 첨가·혼합하고 약 1 톤(ton)/㎠ 압력으로 예비 성형하여 슬러그(slug)를 제조하고, 상기 슬러그를 파쇄하여 과립(granule)을 제조한다. 얻어진 과립에 윤활제를 첨가·혼합하고 압축 성형하여 약 50 % TD(이론밀도)를 갖는 성형체(green pellet)를 만든 후 상기 성형체를 수소함유 기체 분위기에서 가열하여 1600∼1800℃ 온도로 2∼4 시간 동안 유지함으로써 소결한다. 상기 공정으로 제조한 우라늄산화물 소결체는 원주형이고 밀도가 이론밀도의 95 %이다. 또한, 소결체의 내부는 다각형 모양의 결정립(grain)으로 구성되며 그 직경크기는 3∼20㎛ 이다.
또한, (U,Pu)O2 또는 (U,Th)O2 소결체는 플루토늄 산화물 또는 토륨 산화물 분말을 우라늄 산화물 분말에 혼합한 후 우라늄 산화물 제조방법과 유사한 방법으로 제조하며, 가연성흡수 연료인 (U,Gd)O2 소결체는 가돌리니아 산화물분말을 우라늄산화물 분말에 혼합한 후 우라늄 산화물 제조방법과 유사한 방법으로 제조한다. 또한 핵연료 소결체의 결정립을 성장시키기 위해서 Nb, Ti, Si, Mg 및 Al로 이루어진 산화물 중 선택된 하나 이상을 우라늄산화물에 첨가하여 핵연료로 사용한다.
UO2는 용융점이 높고 냉각수와 반응이 적다는 장점 때문에 핵연료 재료로 널리 사용되고 있으나, UO2 재료는 사용온도 범위에서 열전도도가 2∼5 W/m K로서 상당히 낮다는 단점이 있다. 핵연료 재료의 열전도도가 낮으면 핵분열에 의해서 생산된 열이 냉각수까지 빨리 전달되지 못하게 되므로, 소결체가 냉각수 보다 매우 높은 온도를 갖게 된다.
소결체의 온도는 중심이 가장 높고 표면이 가장 낮으며, 소결체 표면과 소결체 중심온도의 차이는 열전도도에 반비례한다. 따라서, 열전도도가 낮을수록 소결체 중심온도가 높아지게 되며, 정상적으로 연소하는 핵연료봉에서 소결체 중심온도는 1000∼1500℃ 범위에 있고, 사고 시에는 UO2 의 용융온도인 2800℃ 보다 높아질 수도 있다.
핵연료 소결체는 온도가 높은 상태에 있기 때문에, 온도에 의존하는 모든 반응은 가속되고 따라서 재료성능이 저하되며, 특히 연소도가 높아질수록 성능 저하가 심해진다. 또한 소결체가 높은 온도 상태에 있으면 여러 가상 원자로사고에서 안전성에 대한 여유도(margin)을 잠식하는 결과를 야기한다. 예를 들어, 냉각재 상실사고에서는 사고직전 핵연료의 온도가 높을수록 여유도가 작아진다. 또한 연료봉 출력이 급상승하는 사고의 경우, 소결체의 열전도도가 나빠서 중심온도가 UO2 용융점보다 높아질 수 있다. 이것을 방지하기 위해서 출력에 상당한 제한을 가하게 되므로 높은 출력을 낼 수가 없게 된다. 또한, (U,Pu)O2, (U,Gd)O2 또는 (U,Th)O2 는 UO2 보다 열전도도가 나쁘거나 비슷한 정도이다. (U,Gd)O2는 특히 열전도도가 UO2 에 비해서 많이 떨어지므로, 동일한 출력 을 내고 있다면 (U,Gd)O2 소결체가 UO2 소결체 보다 온도가 매우 높아지게 된다. 이것을 방지하기 위해서는 (U,Gd)O2 소결체의 출력을 낮추어야 하고 따라서 경제적으로 손실이 된다. 또한, 낮은 열전도도 특성은 우라늄 산화물 핵연료 소결체 내부에 급격한 온도 구배를 형성시키며, 높은 소결체 중심 온도를 야기시킨다. 이에, 높은 열전도도를 가지는 핵연료 소결체가 요구된다.
또한, 경수로에서 높은 녹는점, 낮은 중성자 포획 단면적, 높은 화학 안전성과 같은 성질을 가진 ZrO2는 분산형 핵연료에서 핵물질을 감싸는 매질로서 이용될 수 있는 좋은 기지 물질이다. 그러나, 낮은 열전도도는 ZrO2 기지 분산핵연료의 성능을 감소시키고, 높은 온도 구배를 야기시킨다. 따라서, 높은 열전도도를 가지는 ZrO2 성분의 소결체가 필요하다.
본 발명의 목적은,
산화물 핵연료 소결체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은,
산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
상기 핵연료 소결체가 장입된 핵연료 피복관을 포함하는 핵연료를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
산화물 핵연료의 소결체로써,
상기 소결체 내에 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체를 제공한다.
또한, 본 발명은,
열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 그 내부로 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 열전도성의 구조체를 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 가압 성형하는 단계(단계 2)
를 포함하는 산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은,
제 1항의 핵연료 소결체 및 상기 핵연료 소결체 복수개가 그 내부로 장입되는 핵연료 피복관을 포함하는 핵연료를 제공한다.
본 발명에 따른 산화물 핵연료 소결체 및 이의 제조방법은 핵연료 소결체의 열전도도를 높이고, 원자로 연소 중 핵연료의 온도를 감소시킬 수 있다. 이를 통해, 핵연료의 안전성 및 성능을 증가시키며, 원자로사고에서 안전성에 대한 여유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 몰리브덴 금속망을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 2는 실시예 1에서 제조된 산화물 핵연료 소결체를 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 3은 본 발명에 따른 산화물 핵연료의 분말을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 다공성인 3차원 탄소 구조체를 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 5는 실시예 2에서 제조된 산화물 핵연료 소결체를 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이고,
도 6은 실시예 2에서 제조된 산화물 핵연료 소결체의 탄소 구조체 부분을 확대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이고,
도 7은 실시예 2에서 제조된 산화물 핵연료 소결체의 XRD(X-ray diffraction analysis)분석을 나타내는 그래프이다.
본 발명은,
산화물 핵연료의 소결체로써,
상기 소결체 내에 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체를 제공한다.
상기 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체는 열전도성의 금속망 또는 3차원 탄소 구조체일 수 있다. 이 때, 상기 열전도성의 금속망은 순수 몰리브덴, 순수 텅스텐, 몰리브덴 함량이 90중량 % 이상인 몰리브덴 합금 또는 텅스텐 함량이 90중량 % 이상인 텅스텐 합금을 사용한다.
상기 산화물 소결체는 ZrO2, UO2 , PuO2, ThO2 등을 포함할 수 있다. 이 때, ZrO2는 핵물질은 아니지만 높은 녹는점, 낮은 중성자 포획 단면적, 높은 화학 안전성을 가지기 때문에 분산형 핵연료의 소결체로서 핵물질을 감싸는 매질로서 사용될 수 있다.
상기 금속망을 구성하는 각각의 와이어 직경은 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 와이어 직경이 10㎛ 미만이면 강도가 약해 압분체 및 소결체 제조 시 파괴되는 문제점이 있고, 500㎛을 초과하면 강도가 강해 압분체 및 소결체 제조가 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 금속망의 매쉬(mesh)의 크기는 100㎛ 내지 1000 ㎛인 것이 바람직하다. 금속망의 매쉬(mesh)의 크기가 100㎛ 미만이면 소결체 분말이 금속망 사이 공간으로 침투하기 어려운 문제점이 있고, 1000㎛을 초과하면 부피분율이 너무 적어 열전도도 향상 효과를 보기 어려운 문제가 있다.
상기 금속망의 체적 분율은 3vol% 내지 10%vol인 것이 바람직하다. 금속망의 체적 분율이 3vol% 미만이면 열전도도가 높은 금속망이 적게 함유되므로 열전도도의 향상을 기대하기 어렵다. 반면, 금속망의 체적 분율이 10%vol을 초과하면, 핵연료 소결체 중 산화물 핵연료의 비중이 낮아져 연소 효율이 낮아지는 문제를 가진다.
상기 3차원 탄소 구조체는 카본 폼(cabon form), 다공성 흑연, 3차원 그래핀 구조체 및 세라믹계 탄화물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 구조체일 수 있다.
상기 3차원 탄소 구조체의 기공 크기(pore size)는 100㎛ 내지 1000㎛ 인 것이 바람직하다. 기공(pore)의 크기가 100㎛ 미만이면 소결체 분말이 구조체 사이 공간으로 침투하기 어려운의 문제점이 있고, 1000㎛를 초과하면 부피분율이 너무 적어 열전도도 향상 효과를 보기 어려운의 문제가 있다.
또한, 상기 소결체 내에 포함된 상기 2차원 또는 3차원 구조체의 최소한 일부가 상기 소결체의 표면으로 노출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 3차원 구조체의 형태는 와이어 형태의 금속을 이용하여 형성된 격자 형태의 망일 수 있다.
본 발명은,
열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 그 내부로 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 열전도성의 구조체를 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 가압 성형하는 단계(단계 2)
를 포함하는 산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 산화물 핵연료 소결체의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 산화물 핵연료 소결체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 그 내부로 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 준비하는 단계이다.
상기 단계 1에서 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 산화물 핵연료 복합체 내부에 포함하는 이유는 낮은 열전도도를 가지는 산화물 핵연료 복합체에 높은 열전도도를 가지는 2차원 또는 3차원 구조체를 제공하여 산화물 핵연료 소결체의 열전도도를 높이기 위함이다.
한편, 상기 단계 1에서 산화물 핵연료 복합체의 입자 크기는 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다.
산화물 핵연료 복합체의 입자 크기가 0.1㎛ 보다 작은 경우, 입자간 인력이 커져서 2차원 또는 3차원 구조체 사이로 침투되지 못하고 응집되는 현상이 일어날 수 있다. 반면, 산화물 핵연료 복합체의 입자 크기가 10㎛보다 클 경우에는 소결이 느려져 산화물 핵연료 소결체의 밀도가 낮아질 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 산화물 분말은 ZrO2, UO2 , PuO2 , ThO2 등을 포함할 수 있다. 이 때, ZrO2는 핵물질은 아니지만 높은 녹는점, 낮은 중성자 포획 단면적, 높은 화학 안전성을 가지기 때문에 분산형 핵연료에서 핵물질을 감싸는 매질로서 사용될 수 있다.
또한, 상기 1단계에서 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체는 열전도성의 금속망 또는 3차원 탄소 구조체인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 금속망은 순수 몰리브덴, 순수 텅스텐, 몰리브덴 함량이 90중량 % 이상인 몰리브덴 합금 또는 텅스텐 함량이 90중량 % 이상인 텅스텐 합금일 수 있다.
여기서, 산화물 핵연료 복합체 내부에 열전도성의 금속망 또는 3차원 탄소 구조체를 포함하는 것은 낮은 열전도도를 가지는 산화물 핵연료 복합체에 높은 열전도도를 가지는 금속망 또는 3차원 탄소 구조체를 제공하여 산화물 핵연료 소결체의 열전도도를 높이기 위함이다. 예를 들어, 금속망은 몰리브덴이거나 텅스텐 일 수 있으며, 이는, 몰리브덴의 열전도도는 138W/mK, 텅스텐의 열전도도는 173W/mK로 산화물 핵연료 보다 높은 열전도도와 조사 안정성을 가지기 때문이다. 또한, 3차원 탄소 구조체를 이용하는 이유는 높은 열전도도뿐만 아니라 우수한 고온 기계적 특성을 가지기 때문이다.
상기 금속망을 구성하는 각각의 와이어 직경은 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 와이어 직경이 10㎛ 미만이면 강도가 약해 압분체 및 소결체 제조 시 파괴되는 문제점이 있고, 500㎛을 초과하면 강도가 강해 압분체 및 소결체 제조가 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 금속망의 매쉬(mesh)의 크기는 100㎛ 내지 1000 ㎛인 것이 바람직하다. 금속망의 매쉬(mesh)의 크기가 100㎛ 미만이면 소결체 분말이 금속망 사이 공간으로 침투하기 어려운 문제점이 있고, 1000㎛을 초과하면 부피분율이 너무 적어 열전도도 향상 효과를 보기 어려운 문제가 있다.
상기 금속망의 체적 분율은 3vol% 내지 10%vol인 것이 바람직하다. 금속망의 체적 분율이 3vol% 미만이면 열전도도가 높은 금속망이 적게 함유되므로 열전도도의 향상을 기대하기 어렵다. 반면, 금속망의 체적 분율이 10%vol을 초과하면, 핵연료 소결체 중 산화물 핵연료의 비중이 낮아져 연소 효율이 낮아지는 문제를 가진다.
상기 3차원 탄소 구조체는 카본 폼(cabon form), 다공성 흑연, 3차원 그래핀 구조체 및 세라믹계 탄화물 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 구조체일 수 있다.
상기 3차원 탄소 구조체의 기공 크기(pore size)는 100㎛ 내지 1000㎛ 인 것이 바람직하다. 기공(pore)의 크기가 100㎛ 미만이면 소결체 분말이 구조체 사이 공간으로 침투하기 어려운 문제점이 있고, 1000㎛를 초과하면 부피분율이 너무 적어 열전도도 향상 효과를 보기 어려운의 문제가 있다.
본 발명에 따른 산화물 핵연료 소결체의 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 열전도성의 구조체를 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 가압 성형하는 단계이다.
상기 단계 2에서 상기 성형이 이루어지는 온도는 1000℃ 내지 1800℃인 것이 바람직하다.
만약, 상기 성형이 이루어지는 온도가 1000℃ 미만인 경우, 성형이 이루어지기 어려우며, 상기 성형이 이루어지는 온도가 1800℃ 초과인 경우, 공정상 비용이 많이 소비되어 경제적이지 못하다.
또한, 상기 단계 2에서 상기 성형은 40MPa 내지 500MPa인 압력으로 가압되는 것이 바람직하다.
만약, 성형을 위해 가압하는 압력이 40MPa 미만이면 원하는 모양으로 압축이 잘 이루어 지지 않을 수 있으며, 500MPa를 초과하면 다공성 구조체가 부서지거나 변형될 수 있다.
또한, 본 발명은,
소결체 및 상기 핵연료 소결체 복수개가 그 내부로 장입되는 핵연료 피복관을 포함하는 핵연료를 제공한다.
이 때, 상기 핵연료 소결체 내에 포함된 2차원 또는 3차원 구조체의 최소한 일부가 상기 핵연료 피복관 내주면과 접촉할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명의 설명을 위한 것을 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
단계 1: 몰리브덴 함량이 90중량% 이상이고, 다공성인 몰리브덴 금속망을 그 내부로 포함하는 5㎛ 크기의 지르코니아 핵연료 복합체를 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 열전도성의 몰리브덴 금속망을 포함하는 핵연료 복합체를 50MPa의 압력으로 가압하고, 1100 ℃ 온도로 10분 동안 유지하여, 산화물 핵연료 소결체를 제조하였다.
<실시예 2>
단계 1: 3차원 탄소 구조체를 그 내부로 포함하는 5㎛ 크기의 지르코니아 핵연료 복합체를 준비하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 준비된 3차원 탄소 구조체를 포함하는 핵연료 복합체를 50MPa의 압력으로 가압하고, 1100 ℃ 온도로 10분 동안 유지하여, 산화물 핵연료 소결체를 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1 또는 실시예 2에서 몰리브덴 금속망 또는 3차원 탄소 구조체를 제공하지 않고, 지르코니아 핵연료 복합체만을 이용하여 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 산화물 핵연료 소결체를 제조하였다.
<실험예 1> 산화물 핵연료 소결체의 열전도도 분석
본 발명에 따른 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 핵연료 소결체의 열전도도를 분석하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
온도(℃) 열전도도
(W/mK)
실시예 1 1100 2.50
실시예 2 1100 2.43
비교예 1 1100 1.60
표 1 에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 핵연료 소결체는 비교예 1의 몰리브덴 금속망 또는 탄소 구조체 없이 제조된 핵연료 소결체와 비교하여 향상된 열전도도를 나타내는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 산화물 핵연료 소결체 제조방법에서 산화물 핵연료 복합체 내에 몰리브덴 금속망 및 3차원 탄소 구조체를 포함으로써 높은 열전도도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 2> 산화물 핵연료 소결체 구조 분석1
본 발명에 따른 상기 실시예 1의 단계 1에서 사용되는 몰리브덴 금속망을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 또한, 상기 실시예 1에서 제조된 산화물 핵연료 소결체의 표면을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
<실험예 3> 산화물 핵연료 소결체 구조 분석2
본 발명에 따른 상기 실시예 2의 단계 1에서 사용되는 탄소 구조체 및 지르코니아를 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 각각 나타내었다. 또한, 상기 실시예 1에서 제조된 산화물 핵연료 소결체의 표면을 주사 전자 현미경(SEM)을 이용하여 관찰하였고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
<실험예 4> 산화물 핵연료 소결체의 XRD분석
본 발명에 따른 상기 실시예 2에서 제조된 산화물 핵연료 소결체의 XRD분석을 나타내었다. 이를 통해, 실시예 2를 통해 제조된 산화물 핵연료 소결체에는 탄소 성분과 지르코니아 성분이 함유되어 있음을 알 수 있다.

Claims (16)

  1. 산화물 핵연료의 소결체로써,
    상기 소결체 내에 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체는 열전도성의 금속망 또는 3차원 탄소 구조체인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물 핵연료는 ZrO2, UO2 , PuO2, 및 ThO2를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 금속망을 구성하는 각각의 와이어 직경은 10㎛ 내지 500㎛ 인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 금속망의 매쉬(mesh)의 크기는 100㎛ 내지 1000 ㎛인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 금속망은 순수 몰리브덴, 순스 텅스텐, 몰리브덴 함량이 90중량 % 이상인 몰리브덴 합금 또는 텅스텐 함량이 90중량 % 이상인 텅스텐 합금인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 금속망의 체적 분율은 3vol% 내지 10%vol인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체 제조방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 3차원 탄소 구조체는 카본 폼(cabon form), 다공성 흑연, 3차원 그래핀 구조체 및 세라믹계 탄화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 구조체인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 3차원 탄소 구조체의 기공 크기(pore size)는 100㎛ 내지 1000㎛ 인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체.
  10. 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체를 그 내부로 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 준비된 열전도성의 구조체를 포함하는 산화물 핵연료 복합체를 가압 성형하는 단계(단계 2)
    를 포함하는 산화물 핵연료 소결체의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 열전도성의 2차원 또는 3차원 구조체는 열전도성의 금속망 또는 3 차원 탄소 구조체인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 금속망은 순수 몰리브덴, 순수 텅스텐, 몰리브덴 함량이 90중량 % 이상인 몰리브덴 합금 또는 텅스텐 함량이 90중량 % 이상인 텅스텐 합금인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체의 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 산화물 핵연료는 ZrO2, UO2 , PuO2 , ThO2을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 핵연료 소결체 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 단계 2에서 상기 성형의 온도는 1000℃ 내지 1800℃인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체 제조방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 단계 2에서 상기 성형이 이루어지는 압력은 40MPa 내지 500MPa인 것을 특징으로 하는 산화물 핵연료 소결체 제조방법.
  16. 제 1항의 핵연료 소결체 및 상기 핵연료 소결체 복수개가 그 내부로 장입되는 핵연료 피복관을 포함하는 핵연료.
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CN112707730A (zh) * 2020-12-17 2021-04-27 中国原子能科学研究院 一种二氧化铀-类石墨烯复合燃料芯块的制备方法
CN114141394A (zh) * 2021-12-03 2022-03-04 中国核动力研究设计院 二氧化铀-石墨烯燃料芯块及其制备方法

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