KR20160145658A - 금속 합금 매트릭스에 분산된 세라믹 핵연료 - Google Patents

금속 합금 매트릭스에 분산된 세라믹 핵연료 Download PDF

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Abstract

금속 연료의 제조를 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 금속-연료-매트릭스 서멧 핵연료의 제조 방법은 바닥식 주조 또는 사출 주조 또는 분말화 야금법에 의해 금속의 고속 반응기 연료와 결합되는 파쇄 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 금속 연료에 첨가되는 파쇄 세라믹 입자의 최대량은 금속 연료의 연속 매트릭스를 산출할 수 없는 것을 초과해서는 안된다. 짧은 조사 기간 후, 연료의 마이크로구조는 제조 공법에 관계없이, 파쇄된 세라믹 입자가 없는 사출 주조 연료의 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 파쇄된 세라믹 입자가 없는 사출 주조 연료에 대한 기존의 방대한 데이터베이스가 조사 성능을 예측하는데 우수한 지표가 될 수 있다. 각 공정들은 사용후 핵연료 문제에 대한 해결책을 제시할 수 있고, 공정 중에 Pu239가 변성될 수 있다.

Description

금속 합금 매트릭스에 분산된 세라믹 핵연료{CERAMIC NUCLEAR FUEL DISPERSED IN A METALLIC ALLOY MATRIX}
본 발명은 핵 연료, 특히 금속 핵 연료에 관한 것이다.
전 세계 전기 수요는 2030년경에는 두 배로, 2050년경에는 네 배로 증가할 전망이다. 전 세계 전기 수요의 증가는 선진국과, 그보다 훨씬 큰 정도로 개발도상국이 주도할 것으로 예상된다. 이처럼 빠른 수요 성장에 대응하기 위해, 원자력은 현실적이고 비용 효율적인 에너지원일 수 있다.
천연 가스 발전으로부터 충당하는 것과 같이, 기타 공급원으로부터 에너지 공급을 증가시키는 것은 높고 불안정한 가스 가격 및 온실 가스 방출에 의해 제한될 수 있고, 불안정한 공급원에 대한 장기 의존이라는 우려가 있다. 한편, 대체 에너지 형태(태양, 바람, 바이오매스, 수력전기 등)가 증가하는 수요의 일부를 만족하는데 유용할 수 있다. 그러나, 이들의 규모는 충분치 않으며, 대부분의 시장에서 새로운 전기 수요의 상당 부분을 충족하기에 충분한 추가 전기 생산 능력을 제공할 수 없다.
석탄 발전소가 일부 추가적인 공급을 제공할 수 있으나, 석탄의 대량 연소는, 환경에 대한 부정적인 영향을 고려해 볼 때 심각한 정치적 반대에 부딪힐 것이다.
또한, 통상적인 핵 발전소가 추가 수요의 일부를 충족시킬 수 있다. 그러나, 통상적인 핵 발전소는 극복해야 할 수많은 기술 및 국민 수용의 장애가 있다. 새로운 유형의 핵 연료가 또한 요구될 수 있다.
특정 고속로 기반 발전소는 20년의 연료 교체 간격을 가질 수 있으며, 이는 고온야금 재활용 기술에 기반한 폐쇄 연료 사이클로 지탱된다. 초기 노심 장전을 위해 농축 U/Zr 조성물 또는 우라늄(U)/플루토늄(Pu)/지르코늄(Zr) 조성물의 금속 합금 연료 형태가 사용될 수 있다. 원격 사출 주조 공정이 연료 핀 제작에 사용될 수 있다. 연료 정상 상태, 과도 및 안전 성능에 대한 매우 방대한 조사 데이터베이스가 존재한다. 삼원 합금 재순환 핀은 고방사성일 수 있으며, 1,500 내지 1,600 ℃의 온도에서 차폐물 아래 원격 조작을 이용한 그의 제조 기술은 잘 확립되어 있다.
바람직한 구체예의 상세한 설명
본 발명의 구체예는 세라믹 입자를 도입한 금속 핵연료의 제조 방법을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 세라믹 입자는 분쇄 경수로 (LWR) 사용후 핵연료 (SNF)를 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 세라믹 입자는 산화토륨 및/또는 산화아메리슘을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 사용후 핵연료에서의 물질이 합금 혼합물에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 경수로 사용후 핵연료와 같은 세라믹 입자는 분쇄되어 금속 합금 매트릭스에 분산될 수 있다.
미국 특허 제8,571,167호, 미국 공개 제2011/0194666호 및 미국 공개 제2011/0206173호는 각각 그 전체가 본원에 참조로 인용된다.
특정 구체예에서, 세라믹 산화물 LWR-SNF 입자는 다음과 같은 세 가지 방법 중 어느 한 방법에 의해 금속 고속로 연료와 결합될 수 있다:
1. 연료 슬러그의 바닥 주입식 주조. SNR 연료 입자는 환형 (또는 원통형) 연료 슬러그의 바닥 주입식 주조 전에 용융된 금속 연료 장전물에 첨가될 수 있다. 장전물은 주파수 변화가 용융물 내 SNF 입자의 혼합을 제공할 수 있도록 이중 주파수로 유도 가열될 수 있다.
2. 고체 연료 슬러그의 사출 주조. SNF 연료 입자는 고체-원통형 연료 슬러그의 사출 주조 전에 용융된 금속 연료 장전물에 첨가될 수 있다. 장전물은 1.에 기술된 바와 같이 가열될 수 있다.
3. 분말 야금법. SNF 연료 입자는 분말 야금법으로 제조된 금속 연료 입자와 결합 (블렌드)될 수 있다.
금속 연료에 첨가될 수 있는 SNF 연료 입자의 최대량은 금속 연료의 연속 매트릭스를 산출해야 한다.
짧은 조사 기간 후, 연료의 마이크로구조는 사용된 제조 공법에 관계없이, 파쇄된 세라믹 입자가 없는 사출 주조 연료의 것과 동일하고/하거나, 실질적으로 동일하고/하거나, 기능적으로 동일할 수 있다. 따라서, SNF 입자가 없는 사출 주조 연료에 대한 기존의 방대한 데이터베이스가 조사 성능을 예측하는데 우수한 지표가 될 수 있다.
이하, 연료봉 제조를 위한 공정 및 각 공정의 속성에 대한 세부적인 사항을 설명한다. 각 공정들은 다수 재순환을 거쳐 초우라늄 원소를 소각함으로써 SNF 문제를 해결할 수 있고, 이것은 모두 그 과정에서 Pu239를 변성시킬 수 있다. 특정 구체예에서, 연료봉은 재처리된 금속 연료를 사용하여 제조될 수 있다.
바닥 주입식 주조
특정 시스템에서, 바닥 주입식 주조 기술이 강철을 입힌 연료핀에 삽입하기 위한 슬러그를 제조하는데 사용될 수 있다. 슬러그는 환형 지르코늄(Zr)-피복 슬러그일 수 있다. 조사 시, 제조된 핀은 원 사출 주조 제조 공법에 의해 제조된 전통적인 형태로 신속히 재구성될 수 있기 때문에, 연료 핀에 대한 기존의 방대한 성능 데이터베이스가 계속 응용될 수 있다.
다음의 논의는 환형 연료 핀을 생성하기 위한 예시적인 구체예에 관련되지만, 바닥 주입식 주조가 원통형이나 다른 형태의 연료 핀을 비롯한 임의의 각종 연료 핀을 생성하는데 사용될 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
환형 연료 핀의 원료는 바닥 주입식 도가니에 장전되어 유도로에서 용융될 수 있다. 용융 시간, 온도, 압력 및 다른 조작 조건은 투입 원료에 기초하여 선택될 수 있다. 원료는 금속 우라늄(U) 및 초우라늄 원소 + 몰리브덴(Mo) 및/또는 지르코늄(Zr)의 원하는 조성이 수득되도록 선택될 수 있다. 특정 구체예에서, 원료는 예를 들어 우라늄, 지르코늄, 초우라늄 원소, 재처리 금속 연료, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 구체예에서, 예비형성된 박벽 지르코늄 튜브가 그래파이트 몰드(graphite mold) 안의 단단히 맞춰져 있는 홀에 잘 삽입될 수 있다. 봉은 그래파이트 몰드의 홀 내 중앙에 위치할 수 있다. 금속 합금 용융물이 금형으로 유입되어 고화되는 경우 도가니 바닥에 있는 플러그가 융기될 수 있다.
이러한 방식에 의해, 특정 구체예에서, Zr 피복체에 방사상으로 봉입된 환형 연료 핀 슬러그가 제조될 수 있다. 환형 연료 핀 슬러그를 몰드로부터 제거하고 꽉 끼는 강 클래드 내로 삽입할 수 있다. 엔드 캡은 용접될 수 있다. 이러한 핀 다발을 다중-핀 연료 집합체로 조립할 수 있다.
특정 구체예에서, 금속 용융물이 용융된 후 분쇄 세라믹 입자의 장전물을 용융물에 첨가할 수 있다. 용융 금속의 격류 (roiling flow) 양식이 만들어지도록 유도로의 주파수를 조정할 수 있다. 격류 양식은 용융 금속 상에서 균일하게 세라믹 입자를 혼합하는 역할을 할 수 있다. 주파수의 조정에 의한 격류 양식의 구축 능력과 같이 우라늄(U)/플루토늄(Pu)/지르코늄(Zr) 및 우라늄(U)/지르코늄(Zr)의 유도 가열이 전류 사출 주조법에서 공지되어 있다.
일정 시간 후에, 격류가 정지될 수 있다. 격류 시간은 혼합물의 균일 또는 거의 균일한 혼합이 달성되도록 선택될 수 있다. 바닥 주입은 상술한 바와 같이 수행될 수 있다.
믹스의 동결, 바람직하게는 급속 동결이 금속 상으로부터 저밀도 세라믹의 재분리를 방지할 수 있다. 동결 시간 및 온도는 재분리를 방지하도록 선택될 수 있다.
생성된 연료 슬러그는 핵분열성 베어링 금속 합금이 연속 매트릭스를 형성하고, 핵분열 매스의 대부분이 금속상에 있는 서멧 조성물의 Zr-피복 환형 슬러그일 수 있다. 금속 연료 대 세라믹 비율은 조사 시에, 연료 핀이 충분한 열 전도성을 보장하기 위한 금속 연료의 연속 매트릭스를 생성하도록 선택될 수 있다. 특정 구체예에서, 분산된 세라믹 입자는 약 1.5%의 초우라늄 원소 및 약 6%의 핵분열 생성물과 함께 약 90% 이상의 산화우라늄을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 일반적으로 경수로 사용후 핵연료로 작업할 때 요구되는 바와 같이, 이러한 주조 조작은 원격으로 수행될 수 있다.
환형 연료 형태에 다수의 잠재적인 운영상 이익이 있고, 사용후 핵연료를 관리하는 기능을 추가하는 것은 부가적인 이점일 수 있다.
사출 주조
특정 시스템들에서, 공지된 사출 주조 기술은 강 클래드 연료 핀에 삽입하기 위한 고체 (즉, 비환형) 슬러그를 제조하는데 사용되어 왔다. 슬러그는 슬러그와 클래드 사이에 양호한 열 전도성을 달성하기 위해 결합된 느슨하게 고정된 강 클래드와 나트륨에 삽입되는 고체 연료 슬러그일 수 있다. 조사 시, 제조된 핀은 사출 주조 제조 공법에 의해 제조된 전통적인 핵분열 생성 가스가 채워진 다공성 형태로 신속히 재구성될 수 있으며, 이에 의해 기존의 방대한 성능 데이터베이스가 응용된다.
특정 구체예에서, 사출 주조법은 금속 연료 핀에, 파쇄된 경수로 사용후 핵 연료와 같은 세라믹 미립자를 도입하도록 변형될 수 있다. 연료 핀의 원료를 도가니에 장전하고, 유도로에서 용융시킬 수 있다. 원료는 금속 우라늄(U), 초우라늄 원소 및/또는 지르코늄(Zr)의 바람직한 조성을 산출하도록 선택될 수 있다.
특정 구체예에서, 금속 용융물이 용융된 후 분쇄 세라믹 입자의 장전물을 용융물에 첨가할 수 있다. 용융 금속의 격류 (roiling flow) 양식이 만들어지도록 유도로의 주파수를 조정할 수 있다. 격류 양식은 용융 금속 상에서 균일하게 세라믹 입자를 혼합하는 역할을 할 수 있다.
일정 시간 후에, 격류가 정지될 수 있다. 격류 시간은 혼합물의 균일 또는 거의 균일한 혼합이 달성되도록 선택될 수 있다. 사출 성형 공정은 용융물을 몰드로 강제하도록 수행될 수 있다.
몰드 내에서 믹스의 동결, 바람직하게는 급속 동결이 금속 상으로부터 저밀도 세라믹의 재분리를 방지할 수 있다. 동결 시간 및 온도는 재분리를 방지하도록 선택될 수 있다.
생성된 연료 슬러그는 핵분열성 베어링 금속 매트릭스가 대략 50 vol%를 초과하고, 핵분열 매스의 대부분이 금속상에 있는 서멧 조성물의 고체 연료 핀일 수 있다. 금속 연료 대 세라믹 비율은 조사 시에, 연료 핀이 충분한 열 전도성을 보장하기 위한 금속 연료의 연속 핵분열 생성 가스 함침 매트릭스를 생성하도록 선택될 수 있다. 특정 구체예에서, 분산된 세라믹 입자는 약 1.5%의 초우라늄 원소 및 약 6%의 핵분열 생성물과 함께 약 90% 이상의 산화우라늄을 갖는 조성물을 포함할 수 있다. 일반적으로 경수로 사용후 핵연료로 작업할 때 요구되는 바와 같이, 이러한 사출 주조 조작은 원격으로 수행될 수 있다.
분말 연료 야금
분말 야금은 세라믹 입자가 금속 상 매트릭스에 매립될 수 있는 서멧 연료 조성물의 제조를 용이하게 할 수 있다. 이 기능은 단지 바닥 주입식 및 사출 주조 서멧 연료 핀의 제조 방법과 같이, 세라믹 연료, 예컨대 경수로 사용후 핵연료의 분쇄 및 폐쇄된 연료 사이클에 파쇄된 세라믹 연료의 도입을 위한 옵션을 허용하여 고속 반응기 기반 발전소를 지원할 수 있다. 이것은 어려운 경수로 사용후 핵연료 처리 문제를 관리하기에 효과적인 방법을 제공할 수 있다. 세라믹상의 부피 분율을 제한함으로써, 이전의 연료 성능 데이터베이스의 응용성을 유지하는 것이 가능할 수 있다.
연료 특성
모든 세 구체예는, 금속 연료와 관련된 종래 데이터베이스의 응용성을 유지하고 허용가능한 열전도율 범위를 유지하고 필요한 핵분열 밀도 수준을 달성하기 위해 적용되어야 하는 세라믹 부피 분율에 접할 수 있다. 농축 U/Zr의 초기 연료 장전을 위한 세라믹 부피 분율은 연속 금속 매트릭스가 존재하도록 하는 것일 수 있다. U/Pu/Zr의 리사이클 연료 장전을 위해, 세라믹 중량 분율은 약 10 중량% (소진된 중금속 중량 분율을 복원하기에 딱 충분한)일 수 있다.
경수로 사용후 핵연료를 분쇄하고, 방출된 가스상 핵분열 생성물을 포획하고, 입자 크기 분포를 조정하기 위한 방법은 이미 확립되어 공지되었다. 입자 크기는 평균 약 1 내지 약 100 미크론일 수 있다. 주조된 핀 내 세라믹 입자의 균일한 분포는 본 발명과 관련된 고려사항일 수 있다.
습윤과 관련하여, 불순물로 인한 소량의 세라믹 봉입물이 전통적으로 전류 사출 주조 제조 방법에 의해 제조된 연료 핀에서 발견된다. 습윤은 이러한 과정을 통해 달성될 수 있다.
입자 응집과 관련하여, 경수로 사용후 핵연료 입자의 농축은 약 1 내지 2%일 수 있는데 반해, 금속 매트릭스에서는 상기 농축이 약 10%를 초과할 수 있기 때문에, 연료에서 입자의 응집에 의한 높은 핵분열 밀도의 "열점" 생성은 일어날 수 없으므로, 제조시 세라믹 입자의 응집이 발생하더라도, 어느 정도의 응집은 노심 내 성능을 상당히 저하시키지 않을 수 있다. 응집은 성능 문제를 발생하지 않는 국소 "냉점"을 초래할 수 있다. 제조 공정이 완벽한 균질화에 못미쳐 일어나더라도, 열점 문제는 발생하지 않는다.
또한, 노심 내 팽창은 입자 응집으로 이어지지 않을 수 있다. 노심 내 연료 소비의 첫 약 1 내지 1.5% 동안, 핵분열 가스의 미세기포가 형성될 수 있고, 연성 금속상 매트릭스는 약 25% 자유 부피에 유입될 수 있다. 자유 부피는 환형 핀의 중앙 홀에 존재하고, 갭은 연료 슬러그와 사출 주조 핀의 클래드 사이에 존재하며, 개방 기공이 분말 야금 제조된 연료 내에 존재한다. 금속 매트릭스의 흐름은 그와 함께 포함된 세라믹 입자를 전달하여 입자 간 평균 이격 거리를 증가시킬 수 있다. 응집은 유도될 수 없다.
세라믹 입자는 주로 U238일 수 있다. U238은 상승 출력 과도현상에 음성 도플러 반응 피드백의 원인일 수 있다. 일부 반응기 설계에서는, 열전도율이 낮은 세라믹 입자의 열시간 상수가 음성 반응 피드백의 신속성을 지연시킬 수 있다. 그러나, 다른 종류의 고속로 과도 성능에 대한 효과는 여러 가지 이유로 무시할 수 있는 정도이다. 첫째, 도플러는 그러한 (소형) 고속로에서 지배적인 반응 피드백이 아닐 수 있다. 대신 방사형 열팽창이 지배할 수 있다. 둘째, 리사이클 장전시 U238의 약 80% 초과 (초기 연료 장전물에서 약 65% 초과)가 열적 가열이 즉각적이거나 거의 즉각적일 수 있는 서멧 연료의 금속 상 매트릭스에 있을 수 있다. 금속상으로부터의 신속한 피드백이 세라믹상으로부터 다소 지연된 피드백을 지배할 수 있다. 또한, 세라믹 입자는 약 1 내지 약 수백 미크론에 이르기까지 매우 작을 수 있으며, 또한 주변 금속상에 잘 결합될 수 있다. 따라서, 세라믹 입자의 열적 시간 지연은 아주 작을 수 있다.
안전조치 및 확산방지 혜택
파쇄된 경수로 사용후 핵연료 입자를 금속 합금 연료 핀에 도입하는 것은 확산방지 혜택을 제공할 수 있다. 이같은 혜택은 초우라늄 원소 (자체로는 비방사성)를 갖지 않는 20% 미만 농축 우라늄의 제1 노심 장전에 특히 바람직할 수 있다. 초기 노심의 경우, 조사 후 생성된 연료 조성물은 Pu239가 풍부한 플루토늄을 포함할 수 있지만 Pu240 및 241로의 실질적인 오염이 부족한데 반해, 리사이클 노심은 무기 사용에 매력적이지 않은 플루토늄 동위 원소의 혼합을 나타낼 수 있다. 따라서 파쇄 LWR SNF를 초기 장전물에 가하는 것은 몇가지 확산방지 혜택을 제공할 수 있다.
첫째, 파쇄된 경수로 사용후 핵연료로부터의 산화물 입자는 초기 노심 장전물을 자체 보호하기 위한 방사선장을 제공하는 핵분열 생성물을 포함하는데, 상기 장전물은 반응기로 선적하는 동안 방사선장에 의해 보호되지 않는 새 연료인 초기 비방사성 금속 합금 농축 우라늄 U/Zr이다.
중요한 것은, 세라믹 입자가 Pu240 및 241 동위원소를 함유할 수 있다는 것이다. 노심 방사선 충격하에 상당한 동위원소의 이동이 모든 입자/매트릭스 인터페이스를 통해 이루어질 수 있을 정도로 입자 크기가 충분히 작을 수 있고, 연료 온도는 충분히 높을 수 있다. 따라서 Pu240 및 241 원자는 금속 매트릭스에 유입되어 금속 매트릭스에서 새로이 양생된 Pu239과 밀접하게 혼합될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. (금속상으로의 모든 산소 이동은 Zr에 의해 '제거(getter)'될 수 있다.) 따라서, 반응기에서 단지 짧은 노출 후, 새로이 양생된 Pu239가 Pu240 및 241로 오염되어 핵무기 사용에 매력적이지 않게 만들 수 있다.
초기 장전물에서 중금속 중량 분율이 약 35%이고 세라믹 부피 분율이 약 50%에 근접할 수 있기 때문에, 초기 내심 장전 시 Pu240 및 241로의 "변성"은 중요할 수 있다. 경수로 사용후 핵연료에서 플루토늄 중량 분율은 1.5%이고, Pu239의 플루토늄 중량 분율 및 (240+241)/(239+240+241) 동위 원소 오염은 약 40%일 수 있다. 반면, 다수의 리사이클 후 도달된 해당 고속로 점근 조성비는 약 25%일 수 있다.
약 8 원자%의 연소소비에 도달한 첫 20년 간의 조사 캠페인 이후에, 초기 연료 장전물은 핵분열 조성이 모든 U235에서 모든 Pu로 되는 것의 약 10% 진행될 수 있다. Pu239 조성물은 Pu239의 점근 (240 + 241) 오염을 나타내는 방향으로 239가 풍부해 짐으로써 나타날 수 있다.
첫 20년 간의 조사 캠페인 후, 금속상에서의 초기 연료 장전물은 예를 들어, 연료 내 Pu239 원자의 증식 장전에 (연료의 100-35 wt%) × (연료 내 13 wt% 핵분열성) × (핵분열성에서 1/10 Pu) = 0.00845를 제공할 수 있다.
세라믹은 예를 들어, 연료 내 Pu의 각 원자에 대해 (240 + 241) 원자의 장전물에 (연료의 35 wt%) × (연료 내 1.5% Pu) × (Pu 내 40% 240+241) = 0.0021을 제공할 수 있다.
따라서, 완전 혼합이 일어나는 경우, 방전 시 서멧 연료의 (240+241)/(239+240+241)의 비율은 예를 들어, 대략 (0.0021)/(0.00845+ 0.0021)= 0.199일 수 있다. 이것은 점근수 만큼 이미 변성된 것으로 간주될 수 있다. 동위 원소 혼합은 연료 핀의 온도 및 온도 구배, 강력한 방사선장 및 이들 조건에의 노출 기간을 고려해 이루어질 수 있다. 세라믹/금속 인터페이스를 통한 동위원소 이동은 증식 Pu239와 균일한 혼합을 만들 수 있다. 이와 같이, 첫 연료 장전에 대해서도 상당한 고유 변성이 이용가능할 수 있다. 세라믹 중량 분율이 약 8-10 wt%로 감소될 수 있기 때문에 그 효과는 리사이클 연료 장전에 대해 줄어들 수 있으나, Pu는 이미 변성되었을 수 있고 리사이클 연료는 리사이클 과정에서 보유된 방사능 핵분열 생성물과 함께 장전될 수 있다.
상기 설명은 본 발명의 바람직한 구체예에 관한 것이나, 당업자는 본 발명의 요지 또는 범위를 벗어나지 않고 기타 변형 및 수정이 가능하다는 점을 분명히 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 하나의 구체예와 관련되어 설명된 특성들은, 앞서 분명하게 언급되지 않았다고 하더라도 기타 구체예와 관련되어 이용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 하나 이상의 금속 핵연료 원료를 용융하여 용융된 금속 용융물을 생성하는 단계;
    상기 용융된 금속 용융물에 세라믹 입자를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계;
    혼합물을 격렬하게 교반하는 단계;
    혼합물을 몰드에 바닥 주입하는 단계; 및
    혼합물을 몰드에서 고화시켜 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 교반이 실질적으로 균질한 입자 분포가 달성되도록 혼합물을 휘젓는 것(roiling)을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 세라믹 입자가 파쇄된 경수로 사용후 핵연료, 산화토륨, 산화아메리슘 및 이들의 조합을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 세라믹 입자가 산화토륨, 산화아메리슘 및 이들의 조합을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 몰드가 거의 중심에 봉을 가지는 원통형 홀을 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 수득한 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀이 환형 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 몰드가 몰드 내 홀에 꼭 맞게 설치된 하나 이상의 지르코늄 튜브를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 수득한 연료 핀이 지르코늄 피복 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 혼합물을 급속 냉동하여 고화시킨 후, 서멧 금속 연료 매트릭스 내 세라믹 입자 분포가 균질하게 유지되는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄을 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 (i) 우라늄 및 (ii) 지르코늄 또는 몰리브덴을 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 및 초우라늄 원소의 혼합물을 포함하는 방법.
  13. 하나 이상의 금속 핵연료 원료를 용융하여 용융된 금속 용융물을 생성하는 단계;
    상기 용융된 금속 용융물에 세라믹 입자를 첨가하여 혼합물을 생성하는 단계;
    혼합물을 격렬하게 교반하는 단계;
    혼합물을 몰드에서 사출 주조하는 단계;
    혼합물을 몰드에서 고화시켜 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 서멧 금속 연료 매트릭스 핵연료 핀의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 교반이 용융된 금속 용융물에서 세라믹 입자의 균질한 혼합이 달성되도록 용융된 금속 용융물을 휘젓는 것(roiling)을 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 파쇄된 세라믹 입자가 경수로 사용후 핵연료를 포함하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 파쇄된 세라믹 입자가 산화토륨을 포함하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 혼합물을 고화시키는 것이 냉동에 의한 것인 방법.
  18. 제13항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄을 포함하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 및 지르코늄을 포함하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 및 초우라늄 원소의 혼합물을 포함하는 방법.
  21. 미립상 금속 핵연료 원료를 첨가하는 단계;
    미립상 금속 핵 연료 원료에 세라믹 입자를 첨가하는 단계;
    미립상 금속 핵연료 원료에 파쇄 세라믹 입자를 블렌딩하여 균질 혼합물을 생성하는 단계; 및
    혼합물을 강 클래드에서 압축하는 단계;
    를 포함하는, 금속 핵연료 핀의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서, 세라믹 입자가 경수로 사용후 핵연료를 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 파쇄된 세라믹 입자가 산화토륨, 산화아메리슘 및 이들의 조합을 포함하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 입자를 포함하는 방법.
  25. 제21항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 및 지르코늄의 입자를 포함하는 방법.
  26. 제21항에 있어서, 하나 이상의 금속 핵연료 원료가 우라늄 및 초우라늄 원소 입자의 혼합물을 포함하는 방법.
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