KR101539345B1 - The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby - Google Patents

The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby Download PDF

Info

Publication number
KR101539345B1
KR101539345B1 KR1020140013693A KR20140013693A KR101539345B1 KR 101539345 B1 KR101539345 B1 KR 101539345B1 KR 1020140013693 A KR1020140013693 A KR 1020140013693A KR 20140013693 A KR20140013693 A KR 20140013693A KR 101539345 B1 KR101539345 B1 KR 101539345B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel rod
fuel
nuclear fuel
tubular
plate
Prior art date
Application number
KR1020140013693A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서철교
조대성
채희택
전병진
김대호
정환성
이윤상
송재승
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020140013693A priority Critical patent/KR101539345B1/en
Priority to FR1550931A priority patent/FR3017236B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101539345B1 publication Critical patent/KR101539345B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/16—Details of the construction within the casing
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • G21C21/02—Manufacture of fuel elements or breeder elements contained in non-active casings
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02—Fuel elements
    • G21C3/04—Constructional details
    • G21C3/06—Casings; Jackets
    • G21C3/08—Casings; Jackets provided with external means to promote heat-transfer, e.g. fins, baffles
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30—Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/36—Assemblies of plate-shaped fuel elements or coaxial tubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

The present invention provides a method for manufacturing a tubular nuclear fuel rod, which comprises: a first step for preparing a rectangular nuclear fuel plate with nuclear fuel inside a covering material; and a second step for forming a tube by twisting the nuclear fuel plate manufactured by the first step into a spiral shape. The method for manufacturing a tubular nuclear fuel rod according to the present invention can easily manufacture a tubular nuclear fuel rod by twisting a rectangular nuclear fuel plate with nuclear fuel inside a covering material into a spiral shape. In addition, the tubular nuclear fuel rod manufactured by the manufacturing method is made not to completely divide the inside and the outside, which eliminates those phenomena occurring because the inside is sealed. Or, the inside is completely sealed but a protruding part is formed on the outer circumferential surface and nuclear fuel rods are juxtaposed so integration is possible. Therefore, the heat generated inside can be more easily discharged. Further, the tubular nuclear fuel rod can obtain a high heat removing efficiency through double cooling of cooling water, leading to an improved performance for research and safety.

Description

관형 핵연료봉의 제조방법 및 이를 통해 제조된 관형 핵연료봉{The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tubular fuel rod and a method of manufacturing the tubular fuel rod,

본 발명은 관형 핵연료봉의 제조방법 및 이를 통해 제조된 관형 핵연료봉에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a tubular fuel rod and a tubular fuel rod manufactured by the method.

우라늄이 핵분열 하게 되면 방사선과 다량의 열이 나오게 되는데 이때, 열을 이용하는 것은 동력로라 하고 방사선을 이용하는 것은 연구로라고 한다. 일반적으로, 이와 같이 연구로(Research reactor)는 원자로에서 발생하는 방사선을 이용하는 것으로, 중성자선(中性子線)을 이용해서 물체 및 생물체에 대한 방사선의 조사(照射)효과를 조사하거나 동위원소를 생산하는 실험용 원자로를 칭하며, 넓은 뜻으로는 동력용 원자로 이외의 것, 예를 들면 동력로를 위한 시험용 원자로 또는 재료 시험용 원자로 등을 말하는 것이다.
When nuclear fission occurs in uranium, a large amount of heat comes out from the radiation. In this case, the use of heat is called power line, and the use of radiation is called research. In general, research reactors use radiation generated from a nuclear reactor to investigate the effects of radiation on objects and organisms using neutron beams, or to produce isotopes Refers to an experimental reactor, and broadly refers to a reactor other than a power reactor, for example, a test reactor for a power furnace or a material testing reactor.

상기와 같은 연구로에 사용되는 핵연료는 일반적으로, 원통형과 판상형의 두가지 타입을 사용하고 있으며 캐나다와 한국에서는 원통형(Cylinder type)이 사용되고 미국 등 그 밖의 나라에서는 판상형이 사용되고 있다.
The nuclear fuel used in the above-mentioned researches generally uses two types of cylinders and plates. In Canada and Korea, cylinder type is used. In the United States and other countries, a plate type is used.

종래의 연구로에 사용되는 원통형 핵연료봉은 효율적인 발전을 위한 높은 출력밀도를 얻는데 한계를 가지고 있다. 이에 따라, 안정성을 향상시키고 동시에 출력 증강이 가능하도록 기존의 원통형 핵연료봉과는 다른 설계 개념을 갖는 관형(Tubular) 또는 환형(Annular) 핵연료봉의 개발이 활발히 진행되고 있다.
Cylindrical fuel rods used in conventional research have a limitation in obtaining a high output density for efficient power generation. Accordingly, tubular or annular fuel rods having different design concepts from conventional cylindrical fuel rods have been actively developed so as to improve stability and increase output at the same time.

기존 원통형 핵연료봉은 1개 지르코늄(Zr) 합금 피복관에 원통형 UO2 소결체를 장입하고 피복관의 양단을 원통형 마개로 용접 밀봉한 형태로서, 핵연료봉에서 발생하는 열이 피복관 바깥의 냉각수로 전달되는 구조였다. 반면, 관형 또는 환형 핵연료봉은 형태가 관형 또는 환형이고 또한 온도를 낮추기 위하여 하나의 핵연료봉을 내측과 외측에서 동시에 냉각하는 개념으로 이중냉각이 이루어지는 구조이다.
The conventional cylindrical fuel rod is a structure in which a cylinder type UO 2 sintered body is charged into a zirconium (Zr) alloy cladding tube and both ends of the cladding tube are welded and sealed with a cylindrical stopper, and the heat generated from the fuel rod is transferred to the cooling water outside the cladding tube. On the other hand, the tubular or annular fuel rod is a structure in which the shape of the fuel rod is a tubular or annular shape, and a single fuel rod is simultaneously cooled inside and outside in order to lower the temperature.

기존의 원통형 핵연료봉은 온도와 열유속(Heat flux) 관점에서 성능 및 안전성에 제한을 받는 문제점이 있었다. 구체적으로, UO2 소결체가 산화물 재료로서 열전도도가 낮기 때문에 핵분열에 의해서 생산된 열이 냉각수까지 빨리 전달되지 못하게 되고, 결국, 소결체가 냉각수보다 매우 높은 온도를 갖게 되며, 소결체가 높은 온도 상태에 있으면 여러 가상 원자로사고에서 안전성에 대한 여유도(Margin)를 잠식하는 문제점을 야기하게 된다. 또한, 핵연료봉의 표면에서 열유속이 커지면 열적 여유도가 감소하여 핵연료봉 성능 및 안전성을 제한하는 문제점이 있다. 따라서, 핵연료봉의 안정성을 향상시키기 위하여 열유속을 낮추고, 이를 통해 핵연료봉의 온도를 낮추고자 하는 연구가 수행되고 있다.
Conventional cylindrical fuel rods have problems in terms of performance and safety in terms of temperature and heat flux. Specifically, since the UO 2 sintered body has a low thermal conductivity as an oxide material, the heat generated by the fission can not be transferred to the cooling water quickly, resulting in the sintered body having a much higher temperature than the cooling water. When the sintered body is in a high temperature state This creates the problem of eroding margins for safety in many virtual reactor accidents. Also, when the heat flux increases at the surface of the fuel rod, the thermal margin decreases, thereby limiting the performance and safety of the fuel rod. Accordingly, studies have been conducted to lower the heat flux through the fuel rod to lower the temperature of the fuel rod to improve the stability of the fuel rod.

핵연료봉의 온도를 낮추고 열유속을 낮춤으로써 핵연료봉의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
By lowering the temperature of the fuel rod and lowering the heat flux, the safety of the fuel rod can be greatly improved.

상기 원통형 핵연료봉이 갖는 온도 및 열유속 한계를 극복하기 위해서 미국특허 3928132호(RokoBujas, Annular fuel element for high temperature reactor, 1975)에는 핵연료봉의 구조를 환형(Annular type)으로 하여 냉각수를 연료봉 외부와 연료봉 내부로 동시에 흐르게 하는 환형 핵연료봉이 개시되어 있다.In order to overcome the limitation of the temperature and the heat flux of the cylindrical fuel rod, US Pat. No. 3,928,132 (RokoBujas, Annular fuel element for high temperature reactor, 1975) uses annular type fuel rod, There is disclosed an annular fuel rod which flows at the same time.

또한, 상기 환형 핵연료봉을 경수로에 사용할 목적으로 종래 원통형 핵연료봉의 소결체 및 피복관 재료를 그대로 적용하면서 설계를 환형 핵연료봉 구조로 변경한 연구결과가 알려져 있다(M.S. Kazimi et al. High performance fuel design for next generation PWRs: final report, MIT-NFC-PR-002, January 2006).
Further, research results have been known in which the design of the annular fuel rod is changed to an annular fuel rod structure while applying the sintered body and cladding material of the conventional cylindrical fuel rod as it is for the purpose of using the annular fuel rod in the light water reactor (MS Kazimi et al. generation PWRs: final report, MIT-NFC-PR-002, January 2006).

그러나, 상기 환형 핵연료는 제조하기 어려우며, 내외부가 완전히 분리되어 열수력적 환경이 달라 생기는 문제가 발생할 수 있고, 핵연료봉을 서로 완전히 밀착시킬 수 없는 문제 등이 있다.
However, it is difficult to produce the annular fuel, and the internal and external parts may be completely separated, resulting in a problem that the thermal hydraulic environment may be different, and the fuel rod can not be brought into close contact with each other.

이에, 본 발명자들은 관형 핵연료봉의 제조방법에 대하여 연구하던 중, 피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 손쉽게 관형 핵연료봉을 제조할 수 있으며, 상기 관형 핵연료봉을 만들 때 내부와 외부를 완전히 분리하지 않게 만들어 내부가 밀폐되어 생기는 현상을 해결하거나, 내부를 완전히 밀폐시키되 외주면에 돌출부를 형성시켜 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하고 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있도록 함으로써, 높은 열 제거 효율을 얻을 수 있고 이에 따라 연구로의 성능이 향상되며 냉각수의 이중 냉각으로 안정성 또한 확보할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have been studying a method of manufacturing a tubular fuel rod, and a tubular fuel rod can be easily manufactured by spirally twisting a rectangular fuel plate having a nuclear fuel inside a cover material. In the tubular fuel rod, And the inside is closed completely, and the protruding portion is formed on the outer circumferential surface by completely sealing the inside, and the fuel rod can be closely adhered to each other and the heat generated inside can be easily released The present inventors have found that a high heat removal efficiency can be obtained, thereby improving the performance of a research reactor and securing stability by double cooling of cooling water. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 목적은 관형 핵연료봉의 제조방법 및 이를 통해 제조된 관형 핵연료봉을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a tubular fuel rod and a tubular fuel rod manufactured by the method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 준비하는 단계(단계 1); 및Preparing a rectangular fuel plate having a nuclear fuel inside the covering material (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 관을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 관형 핵연료봉의 제조방법을 제공한다.
And a step (step 2) of spirally twisting the fuel plate produced in step 1 to form a tube (step 2).

또한, 본 발명은In addition,

상기의 제조방법으로 제조된 관형 핵연료봉을 제공한다.
A tubular fuel rod produced by the above-described method is provided.

나아가, 본 발명은Further,

상기의 관형 핵연료봉을 포함하는 핵연료봉 집합체를 제공한다.
A fuel rod assembly comprising the tubular fuel rod is provided.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉의 제조방법은 피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 손쉽게 관형 핵연료봉을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기의 제조방법으로 제조되는 관형 핵연료봉은 내부와 외부를 완전히 분리하지 않게 만들어 내부가 밀폐되어 생기는 현상을 해결하거나, 내부를 완전히 밀폐시키되 외주면에 돌출부를 형성시켜 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하도록 하여 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있도록 할 수 있다. 나아가, 상기 관형 핵연료봉은 냉각수의 이중 냉각을 통해 높은 열 제거 효율을 얻을 수 있고 이에 따라 연구로의 성능을 향상시키고 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
The method of manufacturing a tubular fuel rod according to the present invention has an effect of easily manufacturing a tubular fuel rod by spirally twisting a rectangular fuel plate having a nuclear fuel therein. In addition, the tubular fuel rod produced by the above-described manufacturing method can prevent the inner and outer parts from being completely separated from each other, thereby solving the problem of sealing the inside of the tubular fuel rod, or completely sealing the inside of the tubular fuel rod and forming protrusions on the outer circumferential surface, So that the heat generated inside can be released more easily. Furthermore, the tubular fuel rod can achieve high heat removal efficiency through double cooling of the cooling water, thereby improving the performance of the reactor and securing stability.

도 1 내지 6은 본 발명에 따른 관형 핵연료봉을 나타낸 모식도이다.1 to 6 are schematic views showing a tubular fuel rod according to the present invention.

본 발명은The present invention

피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 준비하는 단계(단계 1); 및Preparing a rectangular fuel plate having a nuclear fuel inside the covering material (step 1); And

상기 단계 1에서 제조된 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 관을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하는 관형 핵연료봉의 제조방법을 제공한다.
And a step (step 2) of spirally twisting the fuel plate produced in step 1 to form a tube (step 2).

이하, 본 발명에 따른 관형 핵연료봉의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing the tubular fuel rod according to the present invention will be described in detail for each step.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉의 제조방법에 있어서, 단계 1은 피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 준비하는 단계이다.In the method of manufacturing a tubular fuel rod according to the present invention, step 1 is a step of preparing a rectangular fuel plate having a nuclear fuel therein.

종래 원자로에서 사용되는 원통형 핵연료봉은 온도와 열유속 관점에서 성능 및 안전성에 제한을 받는 문제점이 있다. 또한, 원통형 핵연료는 효율적인 발전을 위한 높은 출력밀도를 얻는데 한계가 있는 문제점이 있다.Conventional cylindrical fuel rods used in nuclear reactors are limited in performance and safety in terms of temperature and heat flux. In addition, the cylindrical fuel has a problem of obtaining a high output density for efficient power generation.

이때, 상기 문제를 해결하기 위해 제시된 새로운 관형 핵연료봉 및 십자모양 나선형 핵연료봉은 제조하기 어려운 문제점이 있으며, 종래에 사용되는 판형 핵연료는 기하학적인 모양의 한계로 노심 구성에 불리한 문제점을 가지고 있다.In order to solve the above problems, there is a problem that it is difficult to manufacture the new tubular fuel rod and the cross-shaped spiral fuel rod, and the conventional plate fuel has a disadvantage in terms of the geometry configuration due to the limit of the geometric shape.

이를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 손쉽게 관형 핵연료봉을 제조할 수 있는 관형 핵연료봉의 제조방법을 제공한다.
In order to solve this problem, the present invention provides a method of manufacturing a tubular fuel rod capable of easily manufacturing a tubular fuel rod by spirally twisting a rectangular fuel plate having nuclear fuel therein.

이때, 상기 단계 1의 핵연료판은 일례로써,At this time, the fuel plate of the step 1 is, for example,

핵연료가 피복관 내부에 장입된 핵연료봉을 제조하는 단계(단계 a); 및A step (a) of manufacturing a fuel rod into which the nuclear fuel is charged in the cladding tube; And

상기 단계 a에서 제조된 핵연료봉을 압착하여 핵연료판을 제조하는 단계(단계 b);를 수행하여 준비할 수 있다.
(B) pressing the fuel rod produced in step (a) to produce a nuclear fuel plate.

먼저, 단계 a는 핵연료가 피복관 내부에 장입된 핵연료봉을 제조하는 단계이다.First, step a is a step of manufacturing a fuel rod in which a nuclear fuel is charged into a cladding tube.

상기 단계 a에서는 종래의 원통형 핵연료봉을 제조하여 핵연료판을 제조하기 위한 재료로 사용할 수 있다.
In the step a, a conventional cylindrical fuel rod can be manufactured and used as a material for manufacturing a fuel plate.

이때, 상기 단계 a에서 제조되는 핵연료봉의 직경 및 길이는 차후에 제조될 관형 핵연료봉의 직경 및 길이에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 단계 a에서 제조되는 핵연료봉의 직경은 5 내지 20 mm이고, 길이는 60 내지 150 cm일 수 있으나, 상기 핵연료봉의 직경 및 길이가 이에 제한되는 것은 아니다.
At this time, the diameter and length of the fuel rod produced in step a may be adjusted according to the diameter and length of the tubular fuel rod to be manufactured at a later time. For example, the diameter of the fuel rod produced in step a may be 5 to 20 mm and the length may be 60 to 150 cm, but the diameter and length of the fuel rod are not limited thereto.

다음으로, 단계 b는 상기 단계 a에서 제조된 핵연료봉을 압착하여 핵연료판을 제조하는 단계이다.
Next, step (b) is a step of pressing the fuel rod manufactured in step (a) to manufacture a fuel plate.

구체적으로, 상기 단계 b는 상기 단계 a에서 제조된 핵연료봉을 사용하여 적절한 압력을 통해 일정한 두께의 핵연료판을 제조한다. Specifically, step (b) uses a fuel rod prepared in step (a) to produce a fuel plate of uniform thickness through appropriate pressure.

이때, 상기 핵연료판의 두께는 0.30 내지 0.61 mm일 수 있으나, 피복재 및 핵연료의 두께가 너무 얇거나 두꺼워 추후 관형 핵연료봉의 제조에 어려움이 있지 않으면, 이에 제한되지 않는다.At this time, the thickness of the fuel plate may be 0.30 to 0.61 mm, but is not limited thereto, so long as the thickness of the cover material and the fuel is too thin or too thick to make it difficult to manufacture the tubular fuel rod.

또한, 상기 핵연료판의 길이는 100 내지 300 cm인 것이 바람직하며, 상기 핵연료판의 너비는 1.0 내지 7.0 cm인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다. 추후에 제조되는 관형 핵연료봉의 직경 및 길이에 따라 적절한 길이 및 너비를 가지는 핵연료판을 제조하여 사용할 수 있다.
In addition, the length of the fuel plate is preferably 100 to 300 cm, and the width of the fuel plate is preferably 1.0 to 7.0 cm, but is not limited thereto. A fuel plate having an appropriate length and width may be manufactured and used depending on the diameter and length of the tubular fuel rod to be manufactured later.

나아가, 상기 단계 1의 피복재는 알루미늄계 합금 또는 강 및 지르코늄계 합금 또는 강인 것이 바람직하다. 이때, 지르코늄계 합금은 니오븀과 주석 중 1종 또는 2종 각각 0.05 ~ 2.5 중량%; 철, 크롬, 구리, 니켈 및 바나듐으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 각각 0.01 ~ 0.5 중량%; 및 지르코늄 잔부로 구성되는 지르코늄 합금 조성물인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.Furthermore, it is preferable that the coating material of step 1 is an aluminum-based alloy or a steel and a zirconium-based alloy or steel. In this case, the zirconium-based alloy may contain 0.05 to 2.5% by weight of one or both of niobium and tin; 0.01 to 0.5% by weight of at least one element selected from the group consisting of iron, chromium, copper, nickel and vanadium; And the rest of the zirconium, but is not limited thereto.

지르코늄 합금은 중성자 흡수 단면적이 작고, 경수로 및 중수로의 사용조건에서 기계적 성질과 내식성이 우수하므로 핵연료 피복관 및 압력관 재료 등으로 사용될 수 있다.
The zirconium alloy has a small neutron absorption cross section and is excellent in mechanical properties and corrosion resistance in the use conditions of light water reactor and heavy water reactor, so it can be used as a fuel cladding tube and a pressure tube material.

또한, 상기 단계 1에서 피복재에 구비되는 핵연료는 U-Mo 핵연료인 것이 바람직하다.
In addition, in step 1, the nuclear fuel to be provided in the covering material is preferably a U-Mo fuel.

다음으로, 본 발명에 따른 관형 핵연료봉의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 관을 형성하는 단계이다.Next, in the method of manufacturing a tubular fuel rod according to the present invention, step 2 is a step of spirally twisting the fuel plate prepared in step 1 to form a tube.

상기 단계 2는 피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 손쉽게 관형 핵연료봉을 제조하는 단계이다.
Step 2 is a step of easily manufacturing a tubular fuel rod by spirally twisting a rectangular fuel plate having a nuclear fuel therein.

이때, 상기 단계 2의 수행 후, 형성된 관형 핵연료봉의 외주면에 나선형의 돌출부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
At this time, after step 2, the method may further include forming a spiral protrusion on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod.

상기 단계 2의 수행 후, 관형 핵연료봉의 외주면에 나선형의 돌출부를 형성함으로써, 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하며, 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있는 장점이 있다.
By forming a spiral protrusion on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod after performing the step 2, the fuel rods can be closely contacted to each other and the heat generated therein can be released more easily.

이때, 상기 나선형의 돌출부는 핵연료판의 일측단부와 인접하는 타측단부를 용접하여 형성하거나, 보강물을 부착하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
At this time, the spiral protrusion may be formed by welding one end of the fuel plate adjacent to the other end, or by attaching a reinforcement, but the present invention is not limited thereto.

또한, 상기 관형 핵연료봉의 외주면에 나선형의 돌출부를 형성하지 않고, 빈 공간을 형성함으로써, 상기 관형 핵연료봉의 내부와 외부를 분리시키지 않고 관형 핵연료봉을 제조할 수 있다. 상기와 같이 내부와 외부를 완전히 분리하지 않게 만들 경우에는 내부가 밀폐되어 생기는 현상을 해결할 수 있다.
Further, the tubular fuel rod can be manufactured without separating the inside and the outside of the tubular fuel rod by forming a hollow space without forming a spiral protrusion on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod. When the inside and the outside are not completely separated as described above, it is possible to solve the phenomenon that the inside is sealed.

또한, 본 발명은In addition,

상기의 제조방법으로 제조된 관형 핵연료봉을 제공한다.
A tubular fuel rod produced by the above-described method is provided.

이하, 도 1 내지 6을 참조하여, 본 발명에 따른 관형 핵연료봉에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the tubular fuel rod according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.

종래 원자로에서 사용되는 원통형 핵연료봉은 온도와 열유속 관점에서 성능 및 안전성에 제한을 받는 문제점이 있다. 또한, 원통형 핵연료는 효율적인 발전을 위한 높은 출력밀도를 얻는데 한계가 있는 문제점이 있다.Conventional cylindrical fuel rods used in nuclear reactors are limited in performance and safety in terms of temperature and heat flux. In addition, the cylindrical fuel has a problem of obtaining a high output density for efficient power generation.

이때, 상기 문제를 해결하기 위해 제시된 새로운 관형 핵연료봉 및 십자모양 나선형 핵연료봉은 제조하기 어려운 문제점이 있으며, 종래에 사용되는 판형 핵연료는 기하학적인 모양의 한계로 노심 구성에 불리한 문제점을 가지고 있다.In order to solve the above problems, there is a problem that it is difficult to manufacture the new tubular fuel rod and the cross-shaped spiral fuel rod, and the conventional plate fuel has a disadvantage in terms of the geometry configuration due to the limit of the geometrical shape.

이에, 본 발명에 따라 제조되는 관형 핵연료봉(10)은 피복재(1) 내부에 핵연료(2)가 구비된 장방형의 핵연료판을 나선형으로 꼬아 손쉽게 관형 핵연료봉을 제조할 수 있는 장점이 있다.
Accordingly, the tubular fuel rod 10 manufactured in accordance with the present invention is advantageous in that it can easily produce a tubular fuel rod by spirally twisting a rectangular fuel plate having the fuel 2 therein.

또한, 본 발명에 따른 관형 핵연료봉(10)은 내부와 외부를 완전히 분리하지 않게 만들어 내부가 밀폐되어 생기는 현상을 해결하거나(도 5 및 도 6 참조), 외주면에 돌출부(3)를 형성시켜 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하고 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있어, 높은 발전 효율을 얻을 수 있고 이에 따라 연구로의 성능이 향상되는 장점이 있다(도 1 내지 4 참조). 나아가, 상기 관형 핵연료봉은 냉각수의 이중 냉각을 통해 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the tubular fuel rod 10 according to the present invention does not completely separate the inside and the outside, thereby solving the problem of sealing the inside (see FIGS. 5 and 6), or by forming the protruding portion 3 on the outer circumferential surface, The rods can be closely adhered to each other, and the heat generated from the inside can be released more easily, thereby achieving high power generation efficiency and thus improving the performance of the research (see FIGS. 1 to 4). Further, the tubular fuel rod has the advantage of securing stability through double cooling of cooling water.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉에 있어서, 상기 관형 핵연료봉(10)은 피복재(1) 및 핵연료(2)로 구성된다.
In the tubular fuel rod according to the present invention, the tubular fuel rod 10 is composed of a covering material 1 and a nuclear fuel 2.

이때, 상기 피복재(1)는 알루미늄계 합금 또는 강 및 지르코늄계 합금 또는 강인 것이 바람직하다. 이때, 지르코늄계 합금은 니오븀과 주석 중 1종 또는 2종 각각 0.05 ~ 2.5 중량%; 철, 크롬, 구리, 니켈 및 바나듐으로 구성되는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소 각각 0.01 ~ 0.5 중량%; 및 지르코늄 잔부로 구성되는 지르코늄 합금 조성물인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the covering material (1) is preferably an aluminum-based alloy or a steel and a zirconium-based alloy or steel. In this case, the zirconium-based alloy may contain 0.05 to 2.5% by weight of one or both of niobium and tin; 0.01 to 0.5% by weight of at least one element selected from the group consisting of iron, chromium, copper, nickel and vanadium; And the rest of the zirconium, but is not limited thereto.

지르코늄 합금은 중성자 흡수 단면적이 작고, 경수로 및 중수로의 사용조건에서 기계적 성질과 내식성이 우수하므로 핵연료 피복관 및 압력관 재료 등으로 사용될 수 있는 특징이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
Zirconium alloys are characterized in that they can be used in nuclear fuel cladding tubes and pressure tube materials because of their small neutron absorption cross section and excellent mechanical properties and corrosion resistance under the conditions of use in light water reactors and heavy water reactors.

또한, 상기 핵연료(2)는 U-Mo 핵연료인 것이 바람직하다.
Further, the fuel (2) is preferably a U-Mo fuel.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉에 있어서, 상기 관형 핵연료봉(10)의 외주면에는 나선형의 돌출부(3)가 존재할 수 있다.In the tubular fuel rod according to the present invention, a helical protrusion 3 may be present on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod 10.

상기 관형 핵연료봉(10)의 외주면에 나선형의 돌출부(3)가 존재함으로써, 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하며, 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있는 장점이 있다.
The presence of the helical protrusions 3 on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod 10 enables the fuel rods to be closely contacted to each other and the heat generated therein can be more easily discharged.

이때, 상기 나선형의 돌출부(3)는 핵연료판의 일측단부와 인접하는 타측단부를 용접하여 형성하거나, 보강물을 부착하여 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
At this time, the spiral protrusion 3 may be formed by welding one end of the fuel plate adjacent to the other end, or by attaching a reinforcement, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉에 있어서, 상기 관형 핵연료봉(10)은 내부와 외부가 완전히 분리되지 않을 수 있다. 상기 관형 핵연료봉의 외주면에 나선형의 틈이 존재하여 내부와 외부가 완전히 분리되지 않게 형성함으로써 내부가 밀폐되어 생기는 현상을 해결할 수 있다.
In the tubular fuel rod according to the present invention, the tubular fuel rod 10 may not be completely separated from the inside and the outside. A spiral gap exists on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod so that the inside and the outside are not completely separated from each other.

나아가, 본 발명은Further,

상기의 관형 핵연료봉을 포함하는 핵연료봉 집합체를 제공한다.
A fuel rod assembly comprising the tubular fuel rod is provided.

본 발명에 따른 관형 핵연료봉으로 이루어진 핵연료봉 집합체는 외주면에 형성된 돌출부로 인해 핵연료봉을 서로 밀착시켜 집적이 가능하고 내부에서 발생하는 열을 더욱 용이하게 방출할 수 있어, 높은 발전 효율을 얻을 수 있고 이에 따라 연구로의 성능이 향상되는 장점이 있다. 나아가, 상기 관형 핵연료봉은 냉각수의 이중 냉각을 통해 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다.The fuel rod assembly composed of the tubular fuel rod according to the present invention can accumulate the fuel rods in close contact with each other due to the protrusions formed on the outer circumferential surface and can easily emit heat generated therein, Therefore, the performance of the research is improved. Further, the tubular fuel rod has the advantage of securing stability through double cooling of cooling water.

또한, 만약 핵연료봉 파손이 발생하게 되면 방사성 물질이 냉각수로 유입하기 때문에 원자로 운전에 악영향을 주고, 심한 경우 원자로 운전을 중지해야 하는 심각한 경제적 손실을 유발할 수 있는 문제점이 있지만, 본 발명의 관형 핵연료봉은 상기와 같은 문제점을 극복할 수 있어 원자로의 안정성과 경제성을 향상시키는 효과가 있다.
In addition, if the nuclear fuel rod breakage occurs, the radioactive material flows into the cooling water, which adversely affects the operation of the reactor, and in the worst case, there is a problem that serious economic loss to stop operation of the reactor may be caused. However, It is possible to overcome the above-mentioned problems and to improve the stability and economical efficiency of the nuclear reactor.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are intended to illustrate the contents of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples.

<실시예 1> 관형 핵연료봉의 제조 1Example 1 Production of tubular fuel rod 1

단계 1: 지르코늄 합금으로 이루어진 피복관에 U-Mo 핵연료를 장입하여 원통형 핵연료봉을 제조하였다.
Step 1: Cylindrical nuclear fuel rods were prepared by charging U-Mo nuclear fuel into cladding made of zirconium alloy.

단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 원통형 핵연료봉을 압착하여, 장방형의 핵연료판을 제조하였다.
Step 2: The cylindrical fuel rod produced in Step 1 was compressed to produce a rectangular fuel plate.

단계 3: 상기 단계 2에서 제조된 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 관의 형상으로 제조한 후, 상기 핵연료판의 일측단부와 인접하는 타측단부를 용접하여 관형 핵연료봉을 제조하였다.
Step 3: The fuel plate prepared in the step 2 was spirally twisted into a tube shape, and then one end of the fuel plate was adjacent to the other end thereof to manufacture a tubular fuel rod.

1 : 피복재
2 : 핵연료
3 : 돌출부1: Cover material
2: nuclear fuel
3:

Claims (11)

피복재 내부에 핵연료가 구비된 장방형의 핵연료판을 준비하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1의 핵연료판을 나선형으로 꼬아서 관을 형성하는 단계(단계 2);를 포함하며,
상기 단계 1의 핵연료판을 준비하는 단계는,
핵연료가 피복관 내부에 장입된 핵연료봉을 제조하는 단계(단계 a); 및
상기 단계 a에서 제조된 핵연료봉을 압착하여 핵연료판을 제조하는 단계(단계 b);를 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
Preparing a rectangular fuel plate having a nuclear fuel inside the covering material (step 1); And
(Step 2) spirally twisting the fuel plate of step 1 to form a tube,
The step of preparing the fuel plate of the step (1)
A step (a) of manufacturing a fuel rod into which the nuclear fuel is charged in the cladding tube; And
(B) pressing the fuel rod produced in the step (a) to produce a nuclear fuel sheet (step (b)).
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 단계 1의 핵연료판의 두께는 0.30 내지 0.61 mm인 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the fuel plate of step 1 is 0.30 to 0.61 mm.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 핵연료판의 길이는 100 내지 300 cm인 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the length of the fuel plate of step 1 is 100 to 300 cm.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 핵연료판의 너비는 1.0 내지 7.0 cm인 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the fuel plate of step 1 is 1.0 to 7.0 cm.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 핵연료는 U-Mo 핵연료인 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fuel of step 1 is a U-Mo fuel.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 피복재는 알루미늄계 합금 또는 강 및 지르코늄계 합금 또는 강인 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the coating material of step 1 is an aluminum-based alloy or a steel-zirconium-based alloy or steel.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 수행 후, 형성된 관형 핵연료봉의 외주면에 나선형의 돌출부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of forming a spiral protrusion on the outer circumferential surface of the tubular fuel rod after the step 2 is performed.
제8항에 있어서,
상기 나선형의 돌출부는 핵연료판의 일측단부와 인접하는 타측단부를 용접하여 형성하거나, 보강물을 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 핵연료봉의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the helical protrusion is formed by welding one end of the fuel plate adjacent to the other end of the fuel plate, or attaching a reinforcement to the spiral protrusion.
제1항의 제조방법으로 제조된 관형 핵연료봉.
A tubular fuel rod produced by the method of claim 1.
제10항의 관형 핵연료봉을 포함하는 핵연료봉 집합체.A nuclear fuel assembly comprising the tubular fuel rod of claim 10.
KR1020140013693A 2014-02-06 2014-02-06 The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby KR101539345B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140013693A KR101539345B1 (en) 2014-02-06 2014-02-06 The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby
FR1550931A FR3017236B1 (en) 2014-02-06 2015-02-06 PROCESS FOR PREPARING TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT AND TUBULAR NUCLEAR FUEL ELEMENT THUS OBTAINED

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140013693A KR101539345B1 (en) 2014-02-06 2014-02-06 The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101539345B1 true KR101539345B1 (en) 2015-07-27

Family

ID=53674397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140013693A KR101539345B1 (en) 2014-02-06 2014-02-06 The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101539345B1 (en)
FR (1) FR3017236B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025399A (en) * 2007-09-06 2009-03-11 한국원자력연구원 An annular nuclear fuel rod comprising annular-structure fuel pellets with axial incisions
KR101183237B1 (en) * 2011-03-23 2012-09-14 한국원자력연구원 A nuclear fuel plate
WO2013066467A1 (en) * 2011-09-19 2013-05-10 Westinghouse Electric Company Llc Grooved nuclear fuel assembly component insert
KR101286033B1 (en) * 2013-02-08 2013-07-19 한국과학기술원 Nuclear fuel assembly of research reactor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2968601A (en) * 1957-12-10 1961-01-17 Thomas C Evans Fuel element for neutronic reactors
GB1067158A (en) * 1963-11-07 1967-05-03 Atomic Energy Authority Uk Nuclear reactor fuel elements
WO2007059851A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-31 Technische Universität München Method for producing a fuel element for a nuclear reactor
US9972408B2 (en) * 2011-10-21 2018-05-15 Compagnie Pour L'etude Et La Realisation De Combustibles Atomiques Method for producing nuclear fuel products with a high loading of LEU and corresponding nuclear fuel product

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025399A (en) * 2007-09-06 2009-03-11 한국원자력연구원 An annular nuclear fuel rod comprising annular-structure fuel pellets with axial incisions
KR101183237B1 (en) * 2011-03-23 2012-09-14 한국원자력연구원 A nuclear fuel plate
WO2013066467A1 (en) * 2011-09-19 2013-05-10 Westinghouse Electric Company Llc Grooved nuclear fuel assembly component insert
KR101286033B1 (en) * 2013-02-08 2013-07-19 한국과학기술원 Nuclear fuel assembly of research reactor

Also Published As

Publication number Publication date
FR3017236B1 (en) 2019-10-04
FR3017236A1 (en) 2015-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8537962B1 (en) Advanced gray rod control assembly
KR101763450B1 (en) Triuranium disilicide nuclear fuel composition for use in light water reactors
JP2021507234A (en) Cyclic metal nuclear fuel and its manufacturing method
CN102568618A (en) Uranium zirconium hydride nuclear fuel rod for power reactor
RU2691628C1 (en) Nuclear fuel element of nuclear reactor
DE1204345B (en) Nuclear reactor fuel element
KR101539345B1 (en) The preparing method of tubular nuclear fuel rod and the tubular nuclear fuel rod thereby
US8293151B2 (en) Triuranium disilicide nuclear fuel composition for use in light water reactors
US3012951A (en) Nuclear fuel element and method of manufacture of same
US2910177A (en) Reactor component
JP2012058003A (en) Fuel assembly for nuclear reactor
CN110867259A (en) Fuel rod with weak PCI effect for liquid lead bismuth cooling ADS reactor
Choi et al. A small modular reactor core design with annular UO2 and FCM fuel rods
JP6691000B2 (en) Fuel rods and fuel assemblies
JP2016008890A (en) Fast reactor fuel assembly and fast reactor core
RU2621908C1 (en) Method for assembling absorber element of nuclear reactors
KR20120043938A (en) A dual-cooled annular nuclear fuel rod and the fabrication method thereof
Cheon et al. U-Zr SFR fuel irradiation test in HANARO
JP6382685B2 (en) Fast reactor fuel elements, fast reactor fuel assemblies, and fast reactor cores
JP5355201B2 (en) Reactor control rod
Horhoianu et al. Irradiation Behaviour of PHWR Type Fuel Elements Containing UO2 and (Th, U) O2 Pellets
JPH08209305A (en) End plug for fuel rod of nuclear reactor
AT206076B (en) Atomic nuclear reactor with fissile elements
JP2021096080A (en) Fast reactor fuel assembly, fast reactor core and method for manufacturing nuclear fuel element
Park Development of Advanced Claddings for Suppressing the Hydrogen Emission in the Accident Condition

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180702

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190626

Year of fee payment: 5