KR20090019938A - Method for manufacturing isotropic u3o8 powder using uranium oxide scraps and manufacturing sintered uo2 using the u3o8 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 등방형 U3O8 분말의 제조방법 및 이 분말을 이용한 UO2 핵연료 소결체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 종류의 우라늄 산화물 스크랩(scrap)으로부터 입자 크기 분포와 형상이 균일하고 비표면적이 일정한 등방형 U3O8 분말을 제조하는 방법과, 이 등방형 U3O8 분말을 활용하여 기공 조직이 안정하고 밀도가 높으며 결정립 크기가 큰 UO2 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing an isotropic U 3 O 8 powder and a method for producing a UO 2 fuel sintered body using the powder, and more particularly, uniform particle size distribution and shape from different kinds of uranium oxide scraps. And a method for producing an isotropic U 3 O 8 powder having a constant specific surface area and a method for producing a UO 2 sintered body having stable pore structure, high density and large grain size using the isotropic U 3 O 8 powder. will be.
원자력 발전은 우라늄의 핵분열에 의해 발생되는 열을 이용하는데, 이러한 원자력 발전에 사용되는 핵연료로 통상 UO2 소결체를 사용한다. UO2 소결체는 우라늄 산화물 분말을 압축성형하여 얻은 성형체를 환원성 분위기에서 소결함으로써 제조될 수 있다. Nuclear power generation uses heat generated by nuclear fission of uranium, and UO 2 sintered body is commonly used as nuclear fuel used in nuclear power generation. The UO 2 sintered compact can be produced by sintering a molded article obtained by compression molding uranium oxide powder in a reducing atmosphere.
예를 들어, UO2 소결체를 제조하기 위해, 우라늄 산화물 분말로서 UO2와 U3O8의 혼합 분말을 사용할 수 있다. 이 혼합 분말에 윤활제를 첨가ㆍ혼합한 후 약 1 ton/cm2의 압력으로 예비성형하여 슬러그(slug)를 제조한다. 이 슬러그를 파쇄하여 과립(granule)을 얻고 그 과립에 윤활제를 첨가ㆍ혼합하고 압축 성형하여 약 50%의 TD(이론밀도)를 갖는 성형체를 만든다. 이 성형체를 수소함유 기체 분위기에서 약 1700 내지 1800℃ 온도로 2 내지 8 시간 동안 소결하여 UO2 소결체를 얻는다. 이와 같이 제조된 UO2 소결체의 밀도는 약 94 내지 96.% TD이고, 결정립 크기는 8 내지 10 ㎛이다. For example, a mixed powder of UO 2 and U 3 O 8 can be used as the uranium oxide powder to produce the UO 2 sintered body. A lubricant is added to and mixed with the mixed powder, followed by preforming at a pressure of about 1 ton / cm 2 to prepare a slug. The slug is crushed to obtain granules, and the granules are added, mixed with lubricant, and compression molded to form a molded article having a TD (theoretical density) of about 50%. The molded body is sintered at a temperature of about 1700 to 1800 ° C. for 2 to 8 hours in a hydrogen-containing gas atmosphere to obtain a UO 2 sintered body. The prepared UO 2 sintered body has a density of about 94 to 96% TD and a grain size of 8 to 10 μm.
상기 UO2와 U3O8의 혼합 분말 중 U3O8 분말로는, 핵연료 소결체 제조 과정에서 통상적으로 발생하는 불량품을 산화해서 얻은 것을 사용한다. 전술한 소결 공정으로 제조된 UO2 소결체는 기설정된 스펙의 치수에 맞도록 그 표면이 연삭되며, 그 연삭과정 중 연삭 찌꺼기가 발생한다. 또한 UO2 소결체 제조 공정 중 소결체에 결함이 존재하여 정해진 스펙을 만족하지 못하는 불량 UO2 소결체가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 재변환 과정이나 분말 저장 과정에서도 소결 특성이 열화된 불량 UO2 분말들이 발생하게 된다. The UO 2 and U 3 O 8 mixture powder of U 3 O 8 powder, the oxidation to the defective product as typically occurs in a nuclear fuel sintered body production process was used as obtained. The surface of the UO 2 sintered body manufactured by the above-described sintering process is ground to meet the dimensions of the predetermined specifications, and grinding residues are generated during the grinding process. It can also cause bad UO 2 sintered body does not meet the specifications defined by the presence of defects in manufacturing sintered UO 2 sintered body. In addition, defective UO 2 powders are generated during the reconversion process or during the powder storage process due to deterioration of the sintering properties.
상술한 바와 같이 UO2 소결체 제조 공정 중에 발생하는 불량 UO2 소결체, 연삭 찌꺼기, 불량 UO2 분말 등은 공기 중에서 380 내지 550℃에서 산화시켜서 U3O8 분말로 변환시킨 후, 이 U3O8 분말을 UO2 분말과 혼합하여 재활용한다. 불량 UO2 소결체를 산화하여 얻어진 U3O8 분말은 UO2 분말을 포함한 전체 분말(UO2 + U3O8) 중 약 7 내지 12 중량% 정도를 차지하며, 연삭 찌꺼기와 불량 UO2 분말로부터 얻어진 U3O8 분말은 전체 분말 중 약 2 내지 4 중량% 정도를 차지한다. The oxidized at 380 to 550 ℃ from UO 2 sintered defective UO 2 sintered body that occurs during the process, the grinding debris, defects UO 2 powder or the like is air, as was converted to U 3 O 8 powder, described later, the U 3 O 8 The powder is mixed with UO 2 powder and recycled. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the defective UO 2 sintered body accounts for about 7 to 12% by weight of the total powder (UO 2 + U 3 O 8 ) including the UO 2 powder, and is obtained from the grinding residue and the defective UO 2 powder. The obtained U 3 O 8 powder comprises about 2 to 4 wt% of the total powder.
불량 UO2 소결체, 연삭 찌꺼기, 불량 UO2 분말 등의 우라늄 산화물 스크랩(scrap)을 산화하여 제조된 U3O8 분말은 스크랩 종류에 따라 입자 형상, 입자 크기, 비표면적 등이 서로 크게 다르다. 불량 UO2 소결체를 산화하여 얻어진 U3O8 분말은 분말 입자가 크고 비표면적이 매우 낮다. UO2 소결체의 연삭 찌꺼기를 산화하여 얻은 U3O8 분말은 분말 입자 크기가 다양하고 그 분말 내에는 입자들이 서로 엉켜서 형성된 큰 덩어리들이 존재한다. 과립의 불량 UO2 분말을 산화하여 얻은 U3O8 분말은 분말 입자가 매우 작고 비표면적이 매우 커서 UO2 분말과의 혼합성이 현저히 떨어진다. U 3 O 8 powders prepared by oxidizing uranium oxide scraps, such as poor UO 2 sintered bodies, grinding waste, and poor UO 2 powders, vary greatly in particle shape, particle size, and specific surface area depending on the type of scrap. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the defective UO 2 sintered body has large powder particles and a very low specific surface area. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the grinding residue of the UO 2 sintered body has various powder particle sizes and there are large lumps formed by entangled particles with each other in the powder. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the granular poor UO 2 powder has a very small powder particle and a very large specific surface area, which leads to remarkably poor compatibility with the UO 2 powder.
도 1은 UO2 스크랩 종류에 따른 U3O8 분말들의 형상을 나타낸 주사 전자현미경 사진으로, 도 1을 참조하면, UO2 스크랩의 종류에 따라서 산화후의 U3O8 분말 입자의 형상이 매우 상이한 것을 확인할 수 있다. 불량 UO2 소결체를 산화하여 얻은 U3O8 분말은 높은 밀도를 가진 원추형 입자들 모여 형성된 팝콘 형상을 갖는다(도 1(a) 참조). 연삭 찌꺼기를 산화하여 얻은 U3O8 분말은 다양한 입자 크기와 모양을 갖고 입자들이 서로 엉켜서 형성된 큰 덩어리들도 관찰된다(도 1(b) 참조). 불량 UO2 분말을 산화하여 얻은 U3O8 분말은 매우 작은 크기의 입자들이 서로 엉켜 비표면적인 매우 큰 솜사탕 모양의 분말 형상을 갖는다(도 1(c) 참조). FIG. 1 is a scanning electron micrograph showing the shape of U 3 O 8 powders according to the type of UO 2 scrap. Referring to FIG. 1, the shape of U 3 O 8 powder particles after oxidation is very different according to the type of UO 2 scrap. You can see that. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the defective UO 2 sintered body has a popcorn shape formed by conical particles having a high density (see FIG. 1 (a)). The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the grinding residue has various particle sizes and shapes, and large lumps formed by entanglement of the particles are also observed (see FIG. 1 (b)). The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the poor UO 2 powder has a very large cotton candy-like powder shape in which particles of very small sizes are entangled with each other (see FIG. 1 (c)).
분말 특성이 다른 다양한 U3O8 분말을 UO2와 혼합하여 UO2 소결체를 제조하는 경우, 그 소결체 내에 미세조직이 불균일해지고 많은 결함이 생성되는 경향이 있다. 예컨대, 불량 UO2 소결체를 산화시켜 얻은 U3O8 분말은 소결성이 나빠서 결정립 계면 부분에 포도 송이 형태의 기공들이 형성되어 소결체의 밀도와 결정립 크기가 저하된다. 불량 UO2 분말을 산화하여 얻은 U3O8 분말은 소결체 내에서 반지 모양의 기공을 형성하여 밀도를 감소시킬뿐만 아니라 소결체의 치수 건전성에도 나쁜 영향을 미친다. 연삭찌꺼기의 산화로부터 얻은 U3O8 분말은 소결체의 밀도와 조직 균질 도를 저하시킨다. When powder properties are prepared for a variety of different sintered UO 2 U 3 O 8 powder are mixed with UO 2, there is a tendency that the microstructure becomes non-uniform generating a lot of defects in the sintered body. For example, the U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the defective UO 2 sintered body has poor sintering property, so that pores in the form of grape clusters are formed in the grain boundary part, thereby decreasing the density and grain size of the sintered body. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing the defective UO 2 powder not only reduces the density by forming ring-shaped pores in the sintered body, but also adversely affects the dimensional integrity of the sintered body. The U 3 O 8 powder obtained from the oxidation of the grinding residue reduces the density and the homogeneity of the structure of the sintered body.
전술한 재활용 U3O8 분말의 단점을 보완하기 위해 각각의 U3O8 분말을 처리하는 기술이 알려져 있다. 일본특개 2000-314790와 한국특허등록 제0424331호에는, 불량 UO2 소결체를 산화시켜 얻은 U3O8 분말의 소결 특성을 개선하기 위해, 산화후 얻어진 U3O8 분말을 특정 크기 이하로 분쇄하여 재활용하는 기술이 기재되어 있다. 기계적인 분쇄는 산화 공정 이후 추가 공정에 따른 경제성 감소와 분진 등에 의한 환경 오염과 같은 또다른 문제를 야기시킨다. 일본특개 2000-314791은, 산화 분말의 크기가 일정 크기 이하가 되도록 반복하여 산화/환원하는 공정을 기술하고 있다. 그러나, 이 기술은 전체 공정에 큰 부담을 주고 경제성을 떨어뜨린다. 한국 특허등록 제0441563호에는, 연삭 찌꺼기나 불량 UO2 분말을 산화하여 얻은 U3O8 분말의 혼합성을 개선하기 스크랩 분말들을 환원성 분위기에서 열처리한 후 다시 산화하여 혼합성이 개선된 U3O8 분말을 제조하고 이를 재활용하는 기술이 기재되어 있다. Techniques for treating each U 3 O 8 powder are known to compensate for the drawbacks of the recycled U 3 O 8 powder described above. In Japanese Patent Laid-Open 2000-314790, and South Korea Patent No. 0424331 No., to improve the sintering property of the U 3 O 8 powder obtained by oxidizing a defective UO 2 sintered body, followed by shattering of the U 3 O 8 powder obtained after oxidation under a certain size Recycling techniques are described. Mechanical pulverization causes other problems such as economical reduction due to further processes after the oxidation process and environmental pollution by dust and the like. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-314791 describes a step of repeatedly oxidizing / reducing so that the size of an oxidized powder is below a certain size. However, this technique places a heavy burden on the overall process and reduces economics. In Korean Patent Registration No. 0441563, U 3 O 8 powder to improve the mixing properties of oxidized grinding waste or poor UO 2 powder Scrap powders are heat treated in a reducing atmosphere and then oxidized again to improve U 3 O 8 A technique for preparing a powder and recycling it is described.
재활용되는 U3O8 분말들의 특성을 개선시키는 기존의 기술들은 특정한 스크랩에 대해서 U3O8 분말의 품질을 개선시킬 목적으로 제한적으로 적용될 수 있으나, 다른 스크랩의 U3O8 분말에는 적용할 수 없는 단점을 가지고 있다. 또한 서로 다른 스크랩으로부터 얻은 각각의 U3O8 분말은 그 특성이 달라서 UO2 소결체의 균질도가 떨어지는 단점이 있다. 따라서 우라늄 산화물 스크랩의 종류에 무관하게 모든 U3O8 분말에 적용할 수 있는 분말 특성 개선 기술을 개발하여 균질한 특성의 U3O8 분말을 제조하고 이것을 UO2 소결체 제조에 재활용하는 것이 필요하다. Existing techniques for improving the properties of recycled U 3 O 8 powders may be limited to improve the quality of U 3 O 8 powders for certain scraps, but may be applied to other scraps of U 3 O 8 powders. Has no drawbacks. In addition, each U 3 O 8 powder obtained from different scraps have a disadvantage in that the homogeneity of the UO 2 sintered compact is different. Therefore, it is necessary to develop a powder characteristic improvement technique applicable to all U 3 O 8 powders regardless of the type of uranium oxide scrap, to produce a homogeneous U 3 O 8 powder and to recycle it for the production of UO 2 sintered body. .
또한 종래의 방법에 따르면 UO2 소결체 제조과정에 있어서 생산 시기에 따라 소결체 품질이 변화되는 문제가 있다. UO2 생산 공정 중 발생하는 각각의 스크랩의 양은 생산 공정 상태에 따라서 시기적으로 변한다. 예컨대, 과립의 불량 UO2 분말은 혼합 성형 공정에서 다량 발생하고, 불량 UO2 소결체는 소결 공정 또는 연삭 공정 후에, 연삭 찌꺼기는 연삭 공정 후에 다량 발생한다. UO2 소결체의 품질을 일정하게 유지하기 위해서는 혼합되는 다양한 종류의 U3O8 분말들의 혼합비율이 일정하게 유지되는 것이 좋다. In addition, according to the conventional method, there is a problem that the quality of the sintered body is changed according to the production time in the UO 2 sintered body manufacturing process. The amount of each scrap generated during the UO 2 production process varies over time depending on the production process conditions. For example, the defective UO 2 powder of granules is generated in a large amount in the mixing molding process, and the defective UO 2 sintered body is generated in a large amount after the sintering process or the grinding process, and the grinding residue after the grinding process. In order to maintain a constant quality of the UO 2 sintered body, it is preferable that the mixing ratio of various kinds of U 3 O 8 powders to be mixed is kept constant.
각 U3O8 분말의 혼합 비율을 일정하게 유지하기 위해 먼저 발생한 U3O8 분말들을 일정 기간 보관하거나 혼합비율을 약간씩 바꾸어 사용하기도 한다. U3O8 분말의 보관 기간이나 혼합비율의 변화에 의해 소결체의 품질도 제조 시점에 따라 변화 하게 된다. UO2 소결체 특성이 품질기준을 만족하더라도, U3O8 분말 특성의 변화에 기인한, 생산시기에 따른 UO2 소결체의 품질 변화는, 원자로 내 연소시 핵연료의 안정성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 스크랩의 종류, 혼합 비율에 무관하게 균질한 특성을 갖는 U3O8 분말을 제조하고 이 분말을 재활용하여 UO2 소결체를 제조함으로써, 생산 시기에 관계없이 균일하고 안정적인 품질의 UO2 소결체를 제공하는 기술이 개발될 필요가 있다. In order to maintain a constant mixing ratio of each U 3 O 8 powder, the first U 3 O 8 powders may be stored for a certain period of time, or the mixing ratio may be changed slightly. The quality of the sintered body is also changed according to the production time due to the change of storage period or mixing ratio of U 3 O 8 powder. Even if the characteristics of the UO 2 sintered body satisfy the quality standards, the quality change of the UO 2 sintered body depending on the production time due to the change of the U 3 O 8 powder characteristics acts as a factor that lowers the stability of the nuclear fuel during combustion in the reactor. Thus, the type of scrap, to prepare a U 3 O 8 powder having independent homogeneous characteristics in the mixing ratio and recycled to the powder by preparing a UO 2 sintered, the UO 2 sintered body uniform and stable quality regardless of the production time The technology to provide needs to be developed.
본 발명은, 우라늄 산화물 스크랩의 종류에 상관없이 서로 다른 특성의 U3O8 분말들을 처리하여 하나의 균질한 특성을 갖는 U3O8 분말을 제조하는 방법을 제공한다. 또한 본 발명은, 상기 균질한 특성의 U3O8 분말을 재활용함으로써, 소결체 품질을 생산 시기에 관계없이 일정하게 유지시킬 수 있는 UO2 소결체 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing U 3 O 8 powder having one homogeneous property by treating U 3 O 8 powders of different properties regardless of the type of uranium oxide scrap. In another aspect, the present invention provides a method for producing a UO 2 sintered body that can maintain the sintered body quality regardless of the production time by recycling the U 3 O 8 powder of the homogeneous properties.
본 발명의 일 양태에 따른 등방형 U3O8 분말 제조 방법은, Isotropic U 3 O 8 powder production method according to one aspect of the present invention,
복수 종류의 UO2 스크랩들을 산화하여 복수 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 형성하는 단계; Oxidizing the plurality of UO 2 scraps to form a mixture of the plurality of U 3 O 8 powders;
상기 복수 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 단계;Preparing a molded body by compression molding the mixture of the plurality of U 3 O 8 powders;
상기 성형체를 환원성 기체 분위기에서 소결하여 다공성 UO2 소결체를 형성하는 단계; 및Sintering the molded body in a reducing gas atmosphere to form a porous UO 2 sintered body; And
상기 다공성 UO2 소결체를 산화하여 등방형 U3O8 분말을 얻는 단계를 포함한다. Oxidizing the porous UO 2 sintered body to obtain an isotropic U 3 O 8 powder.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 복수 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 형성하는 단계는, 복수 종류의 UO2 스크랩들을 각각 산화하여 얻은 서로 다른 종류의 U3O8 분말들을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 상기 복수 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 형성하는 단계는, 복수 종류의 UO2 스크랩을 함께 산화하여 얻은 U3O8 분말을 균질화하여 서로 다른 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to an aspect of the invention, the method comprises the steps of mixing the two different types of U 3 O 8 powder obtained by each oxide of plural kinds of UO 2 scrap to form a mixture of said plurality of types of U 3 O 8 powder It may include. According to another embodiment, the plurality of types of U 3 O to form a mixture of 8 powder, and homogenizing the U 3 O 8 powder obtained by oxidation with a plurality of kinds of UO 2 scrap different types of U 3 O 8 Forming a mixture of powders.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 복수 종류의 스크랩들은 불량 UO2 소결체, 연삭 찌꺼기, 불량 UO2 분말 중에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the plurality of kinds of scraps may include at least one selected from a bad UO 2 sintered body, grinding dregs, and bad UO 2 powder.
본 발명의 다른 양태에 따른 UO2 소결체 제조방법은, UO 2 sintered body manufacturing method according to another aspect of the present invention,
상기 제조방법에 의해 제조된 등방형 U3O8 분말을 UO2 분말에 첨가하고 혼합하여 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물을 형성하는 단계;Adding the isotropic U 3 O 8 powder prepared by the method to the UO 2 powder and mixing to form a mixture of UO 2 and isotropic U 3 O 8 powder;
상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조하는 단계; 및Preparing a molded body by compression molding the mixture of UO 2 and isotropic U 3 O 8 powder; And
상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물 성형체를 환원성 기체 분위기 하에서 소결하는 단계를 포함한다.Sintering the mixture compact of said UO 2 and isotropic U 3 O 8 powder under a reducing gas atmosphere.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물을 형성하는 단계에서, 상기 등방형 U3O8 분말은 UO2 분말에 2~15 중량%로 첨가되어 혼합될 수 있다. 상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물 성형체의 소결 단계에서, 상기 성형체는 1600~1800℃에서 소결될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the step of forming a mixture of the UO 2 and isotropic U 3 O 8 powder, the isotropic U 3 O 8 powder is added to the UO 2 powder by 2 to 15% by weight to be mixed Can be. In the sintering step of the mixture molded body of the UO 2 and isotropic U 3 O 8 powder, the molded body may be sintered at 1600 ~ 1800 ℃.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물을 형성하는 단계는, Al/U의 비가 1~50㎍/g로 되도록 상기 UO2 및 등방형 U3O8 분말의 혼합물에 Al을 추가로 제공하는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the invention, the UO 2 and isotropic U 3 O 8 to form a mixture of powders, of the Al / U ratio is such that 1 ~ 50㎍ / g UO 2 and isotropic U 3 O 8 It may further comprise providing Al to the mixture of powders.
본 발명에 따르면, 서로 다른 산화물 스크랩으로부터 나온 혼합 전의 U3O8 분말들의 형상, 비표면적, 크기 등의 분말 특성에 관계 없이, 일정한 분말 특성을 갖는 등방형 U3O8 분말을 얻을 수 있게 된다. 이에 따라 우라늄 산화물 스크랩의 종류에 상관없이, 항상 일정한 U3O8 분말 품질을 유지할 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to obtain isotropic U 3 O 8 powders having constant powder characteristics, regardless of the powder properties such as shape, specific surface area, and size of U 3 O 8 powders before mixing from different oxide scraps. . This makes it possible to maintain a constant U 3 O 8 powder quality regardless of the type of uranium oxide scrap.
이러한 등방형 U3O8 분말을 재활용하여 UO2 소결체 제조 공정에 활용할 경우 균질하게 제어된 분말 특성이 얻어지고, 이에 따라 기공 조직이 안정하고 밀도가 높으며 결정립 크기가 큰 핵연료용 UO2 소결체를 제조할 수 있다. 또한, 생산 공정 시기에 관계없이 항상 일정한 품질의 U3O8 분말을 제공할 수 있어서, 결정립 크기, 밀도, 기공 조직 등의 소결체 품질이 항상 일정하게 제어되고 유지될 수 있다. When the isotropic U 3 O 8 powder is recycled and used in the UO 2 sintered body manufacturing process, homogeneously controlled powder characteristics are obtained, thereby producing UO 2 sintered body for nuclear fuel with stable pore structure, high density and large grain size. can do. In addition, it is possible to always provide a constant quality U 3 O 8 powder regardless of the production process time, so that the sintered body quality such as grain size, density, pore structure and the like can be constantly controlled and maintained at all times.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 등방형 U3O8 분말의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 먼저 다양한 종류의 우라늄 산화물 스크랩을 산화하여 얻어진 서로 다른 종류의 U3O8 분말들의 혼합물을 형성한다(단계 S10 및 S20 참조). 예를 들어, 불량 UO2 소결체로부터 산화된 U3O8 분말, 연삭 찌꺼기로부터 산화된 U3O8 분말, 불량 UO2 분말로부터 산화된 U3O8 분말 등의 서로 다른 U3O8 분말들의 혼합물을 형성할 수 있다. 이러한 혼합물 내의 각 U3O8 분말은 서로 다른 입자 크기, 비표면적, 입자 모양을 가질 수 있다. 2 is a process flowchart for explaining a method for producing an isotropic U 3 O 8 powder according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, first, a mixture of different kinds of U 3 O 8 powders obtained by oxidizing various kinds of uranium oxide scraps is formed (see steps S10 and S20). For example, of the U 3 O 8 powder, the oxidation from the grinding debris U 3 O 8 powder, the U 3 O 8 powder, such as different U 3 O 8 powder of the oxide from the defective UO 2 oxide powder from poor UO 2 sintered body Mixtures may be formed. Each U 3 O 8 powder in such a mixture may have different particle sizes, specific surface areas, and particle shapes.
서로 다른 종류의 U3O8 분말들의 혼합물은, 각각의 우라늄 산화물(UO2) 스크랩들을 개별적으로 산화한 후(S10), 그 산화된 서로 다른 종류의 U3O8 분말들을 혼합함(S20)으로써 얻어질 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 서로 다른 종류의 U3O8 분말들의 혼합물은, 여러 종류의 우라늄 산화물을 함께 산화하여 얻은 U3O8 분말을 교반기 등의 혼합 장치를 이용하여 균질화함으로써 얻어질 수도 있다. The mixture of different types of U 3 O 8 powders is oxidized each of the uranium oxide (UO 2 ) scraps individually (S10), and then mixed the oxidized different types of U 3 O 8 powders (S20). Can be obtained. In another embodiment, the each other mixtures of different types of U 3 O 8 powder, the U 3 O 8 powder obtained by oxidation with a variety of uranium oxide by homogenization using a mixing apparatus such as a stirrer may be obtained.
다음으로, 상기 U3O8 분말들의 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조한다(S30). 성형체 제조 후에는, 이 성형체를 환원성 기체 분위기에서 소결함(S40)으로써, 다공성 UO2 소결체를 제조한다(S50). 소결 단계(S40)에서 U3O8은 환원되어 UO2로 되며, 상기 성형체는 그 밀도가 높아지면서 소결체로 변한다. 소결 단계(S40)에서 사용되는 환원성 기체는 예컨대, 수소 기체를 함유한 기체이다. Next, by molding the mixture of the U 3 O 8 powder to prepare a molded body (S30). After the molded product is produced, the porous UO 2 sintered body is manufactured by sintering the molded product in a reducing gas atmosphere (S40) (S50). In the sintering step (S40), U 3 O 8 is reduced to UO 2 , and the molded body turns into a sintered body as its density increases. The reducing gas used in the sintering step S40 is, for example, a gas containing hydrogen gas.
통상적인 우라늄 핵연료 제조 공정 중에 발생하는 스크랩들 중에서 불량 UO2 소결체의 양이 가장 많으며, 통상적으로 전체 우라늄 산화물 스크랩 중 50중량% 이 상을 차지한다. 이러한 불량 UO2 소결체를 380 내지 450℃의 온도에서 산화하여 얻어진 U3O8 분말은 도 1(a)에 도시된 바와 같이 표면에 균열이 많고 비표면적이 매우 작다(팝콘형). 이러한 분말(불량 UO2 소결체의 산화에 의해 얻어진 U3O8 분말)의 일 특성은 소결성이 매우 떨어진다는 점이다. 따라서, 불량 UO2 소결체의 산화에 의해 얻어진 U3O8 분말의 양이 전체 U3O8 분말 혼합물의 50중량% 이상을 차지할 경우, U3O8 분말 혼합물의 소결성도 나쁘게 된다. Among the scraps generated during the conventional uranium fuel manufacturing process, the amount of the defective UO 2 sintered body is the highest, and typically accounts for more than 50% by weight of the total uranium oxide scrap. The U 3 O 8 powder obtained by oxidizing such a poor UO 2 sintered body at a temperature of 380 to 450 ° C. has many cracks on the surface and a very small specific surface area (popcorn type) as shown in FIG. One characteristic of such powders (U 3 O 8 powders obtained by oxidation of poor UO 2 sintered bodies) is that the sinterability is very poor. Therefore, when the amount of U 3 O 8 powder obtained by oxidation of the defective UO 2 sintered body accounts for 50% by weight or more of the entire U 3 O 8 powder mixture, the sinterability of the U 3 O 8 powder mixture is also bad.
혼합 U3O8 분말의 성형체를 환원성 분위기에서 소결하면(S40), 그 혼합 U3O8 분말이 갖는 나쁜 소결성과 환원시(U3O8 상이 UO2 상으로 바뀜) 발생하는 수증기로 인해서, 조직 내의 치밀화가 억제되어 소결밀도가 비교적 낮은 다공성 UO2 소결체를 얻게 된다(S50). When the molded body of the mixed U 3 O 8 powder is sintered in a reducing atmosphere (S40), due to the bad sintering property of the mixed U 3 O 8 powder and water vapor generated upon reduction (the U 3 O 8 phase changes to the UO 2 phase), Densification in the structure is suppressed to obtain a porous UO 2 sintered body having a relatively low sintered density (S50).
도 3은 상술한 단계 S50에서 얻어지는 다공성 UO2 소결체의 조직을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, UO2 결정립 주변에는 많은 기공들(pores)이 존재하며 결정립들은 대부분 적은 숫자의 이웃 결정립들과 연결되어 있다. 소결은 이웃 결정립과의 물질 이동에 의해 비표면적을 줄이는 방향으로 진행하므로, 제한된 숫자의 이웃 결정립과 연결된 다공성 소결체의 경우, 비표면적을 줄이면서 연속적으로 연결되기 위해 많은 결정립들이 일 방향으로 늘어지며 아령 형태로 연결된다. 다공성 UO2 소결체는 밀도가 낮고 결정립 크기가 작은 특징을 가진다. 3 is a diagram schematically showing the structure of the porous UO 2 sintered body obtained in step S50 described above. As shown in FIG. 3, there are many pores around UO 2 grains and the grains are mostly connected to a small number of neighboring grains. Since the sintering proceeds in a direction of decreasing specific surface area by mass transfer with neighboring grains, in the case of porous sintered bodies connected with a limited number of neighboring grains, many grains are stretched in one direction in order to continuously connect while reducing specific surface area. Leads to. Porous UO 2 sintered bodies are characterized by low density and small grain size.
다시 도 2를 참조하면, 상술한 바와 같은 다공성 UO2 소결체를 통상적인 조건에서 산화함(S60)으로써 입자 크기가 균일한 등방형 U3O8 분말을 얻게 된다(S70). 도 4는 단계 S60에 있어서 상기 다공성 UO2 소결체에서 일어나는 산화 거동을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 다공성 UO2 소결체의 내부 조직은 판형의 UO2 상이 3차원적으로 연결된 구조로 이해할 수 있다. 이러한 다공성 UO2 소결체를 산화시킬 경우, 산소가 다공성 UO2 소결체 내의 많은 기공들을 통해서 내부까지 용이하게 이동할 수 있다. 따라서, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, UO2 소결체의 결정립 전체 표면에서 고르게 U3O8 상이 핵생성될 수 있다. 산화가 진행함에 따라 핵생성된 U3O8 상이 성장할 때, 도 4에 도시된 바와 같이 결정립들이 긴 판형으로 연결되어 있어서, 바둑판 형태로 크기가 작은 등방형의 U3O8 산화상 분말이 얻어지게 된다. Referring back to FIG. 2, by oxidizing the porous UO 2 sintered body as described above under normal conditions (S60), an isotropic U 3 O 8 powder having a uniform particle size is obtained (S70). 4 is a schematic diagram schematically showing the oxidation behavior occurring in the porous UO 2 sintered body in step S60. The internal structure of the porous UO 2 sintered body can be understood as a structure in which the plate-shaped UO 2 phase is connected three-dimensionally. When the porous UO 2 sintered body is oxidized, oxygen can easily move to the inside through many pores in the porous UO 2 sintered body. Therefore, as shown schematically in FIG. 4, the U 3 O 8 phase can be nucleated evenly on the entire grain surface of the UO 2 sintered body. When the nucleated U 3 O 8 phase grows as the oxidation proceeds, the grains are connected in a long plate shape as shown in FIG. 4, so that a small isotropic U 3 O 8 oxide powder in the form of a checker board is obtained. You lose.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 등방형 U3O8 분말의 주사 전자현 미경 사진이다. 도 5에 나타난 등방형 U3O8 분말은, 불량 UO2 소결체를 산화하여 얻은 U3O8 분말, 연삭 찌꺼기를 산화하여 얻은 U3O8 분말, 과립의 불량 UO2 분말을 산화하여 얻은 U3O8 분말이 각각 70중량%, 20중량%, 10중량%의 비율로 혼합된 혼합 U3O8 분말을 1ton/cm2의 압력으로 성형한 후, 1730℃의 수소 분위기에서 소결하여 얻은 다공성 UO2 소결체를 450℃의 온도에서 재산화하여 얻어진 등방형 U3O8 분말이다. 5 is a scanning electron micrograph of the isotropic U 3 O 8 powder prepared according to an embodiment of the present invention. Isotropic U 3 O 8 powder shown in Figure 5, U is obtained by the oxidation of U 3 O 8 powder, rouge UO 2 powder of the granules obtained by the oxidation of U 3 O 8 powder, grinding debris is obtained by oxidizing a defective UO 2 sintered body 3 O 8 powder are each 70% by weight, 20% by weight, mixed in a proportion of 10% by weight of mixture U 3 O after forming the eight powder at a pressure of 1ton / cm 2, porosity obtained by sintering in a hydrogen atmosphere at 1730 ℃ It is an isotropic U 3 O 8 powder obtained by reoxidizing a UO 2 sintered body at a temperature of 450 ° C.
혼합 U3O8 분말로부터 제조된 다공성 UO2 소결체를 재산화하여 얻어진 U3O8 분말(도 5)은, 도 3의 모식도에 나타난 바와 마찬가지로, 입자 크기 분포가 좁고 등방의 형상을 가진다. 이러한 등방형 U3O8 분말의 균질한 형상은, 도 1에서 보인 다양한 U3O8 분말의 형상과는 매우 다른 모습을 갖는다. 특히 혼합 U3O8 분말의 대부분을 차지하는 불량 UO2 소결체로부터 얻어진 U3O8 분말과 비교하여 입자 크기가 작고 비표면적은 큰 특징을 가진다. 이것은 혼합 UO2 분말의 성형체가 단계 S40의 소결과정을 통해서 다공성 UO2 소결체로 변하면서 본래의 U3O8 분말의 특성을 잃어버리기 때문이다. The U 3 O 8 powder (FIG. 5) obtained by reoxidizing the porous UO 2 sintered compact prepared from the mixed U 3 O 8 powder has a narrow particle size distribution and has an isotropic shape, as shown in the schematic diagram of FIG. The homogeneous shape of this isotropic U 3 O 8 powder has a very different appearance from that of the various U 3 O 8 powders shown in FIG. 1. Particularly, the particle size is small and the specific surface area is large compared with the U 3 O 8 powder obtained from the poor UO 2 sintered body which occupies most of the mixed U 3 O 8 powder. This is because the molded body of the mixed UO 2 powder is converted into the porous UO 2 sintered body through the sintering process of step S40 and loses the characteristics of the original U 3 O 8 powder.
또한 본 발명은, 상기 등방형 U3O8 분말을 활용한 UO2 핵연료 소결체 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a UO 2 nuclear fuel sintered body using the isotropic U 3 O 8 powder.
핵연료용 UO2 소결체를 제조하기 위해, 상술한 바와 같이 혼합 U3O8 분말의 성형, 소결 및 재산화 과정을 통해 제조된 등방형 U3O8 분말(도 2 참조)을 UO2 분말에 혼합하여 UO2와 등방형 U3O8의 혼합물을 형성한다. 이 UO2 + 등방형 U3O8 혼합물을 압축 성형하여 성형체를 제조하고 그 성형체를 환원성 기체 분위기에서 1600 내지 1800℃로 소결함으로써 균질한 조직 특성을 갖는 UO2 소결체를 제조할 수 있다. In order to prepare the UO 2 sintered body for nuclear fuel, the isotropic U 3 O 8 powder (see FIG. 2) prepared through molding, sintering and reoxidation of the mixed U 3 O 8 powder as described above is mixed with the UO 2 powder. To form a mixture of UO 2 and isotropic U 3 O 8 . The UO 2 + isotropic U 3 O 8 mixture may be compression molded to produce a molded article, and the molded article is sintered at 1600 to 1800 ° C. in a reducing gas atmosphere to produce a UO 2 sintered body having homogeneous texture characteristics.
상술한 핵연료용 UO2 소결체 제조방법은, 균질한 특성(입자 크기, 형상 등)을 갖는 등방형 U3O8 분말을 이용함으로써, 핵연료의 내부 조직을 균질하게 하는 등 UO2 핵연료의 품질을 개선할 뿐만 아니라 생산 시기에 관계없이 항상 일정한 품질을 가진 UO2 소결체를 제공하는 장점을 갖는다. 특히 상술한 제조방법에 의해 제조된 핵연료용 UO2 소결체는 기공 조직이 안정하고 기공 분포가 균질하며 밀도가 높고 결정립 크기가 크다. 이러한 장점은 상기 UO2 + 등방형 U3O8 혼합물에 추가로 Al을 'UO2 + 등방형 U3O8 혼합물' 중에 존재하는 우라늄(U) 1g 대비 1~50㎍으로 첨가할 경우 더욱 큰 효과를 나타낸다. Al 원소의 첨가는 UO2 + 등방형 U3O8 혼합물 형성후 에 이루어질 수도 있고, 등방형 U3O8 분말에 Al을 첨가한 후 UO2 분말을 추가로 혼합할 수도 있다. 또한 UO2에 Al을 첨가한 후 등방형 U3O8 분말을 추가로 혼합할 수도 있다. The method for producing a UO 2 sintered body for nuclear fuel described above uses an isotropic U 3 O 8 powder having homogeneous properties (particle size, shape, etc.) to improve the quality of the UO 2 nuclear fuel by making the internal structure of the nuclear fuel homogeneous. In addition, it has the advantage of providing a UO 2 sintered body of a constant quality regardless of the production time. In particular, the UO 2 sintered body for nuclear fuel produced by the above-described manufacturing method is stable in pore structure, homogeneous pore distribution, high density and large grain size. This advantage is even greater if the addition of the UO 2 + isotropic U 3 O 8 mixture 1 ~ 50㎍ adding Al in the presence of uranium (U) 1g of the 'UO 2 + isotropic U 3 O 8 mixture, compared with the Effect. The addition of the Al element may be made after the formation of the UO 2 + isotropic U 3 O 8 mixture, or may be further mixed with the UO 2 powder after Al is added to the isotropic U 3 O 8 powder. It is also possible to further mix isotropic U 3 O 8 powders after Al is added to UO 2 .
(실시예 1)(Example 1)
불량 UO2 소결체, 연삭 찌꺼기, 과립 UO2 분말을 각각 공기 중에서 450℃의 온도에서 산화하여 U3O8 분말들을 제조하였다. 상기 U3O8 분말들을 서로 혼합하여 혼합 U3O8 분말을 제조하였다. 혼합 U3O8 분말에 포함된 불량 UO2 소결체 산화 U3O8 분말, 연삭 찌꺼기 산화 U3O8 분말, 과립 UO2 분말 산화 U3O8 분말의 혼합비는 각각 70중량%, 20중량%, 10중량%의 비율이다. 상기 혼합 U3O8 분말을 1 ton/cm2의 압력으로 성형하여 U3O8 성형체를 제조한 후, 수소기체 분위기하에서 시간당 300℃ 가열 속도로 1730℃까지 가열하고 4시간 동안 유지하며 소결하여 다공성 UO2 소결체를 제조하였다. 아르키메데스법으로 측정한 다공성 UO2 소결체의 밀도는 7.2 g/cm3이다. The poor UO 2 sintered body, grinding residue, and granular UO 2 powder were each oxidized in air at a temperature of 450 ° C. to prepare U 3 O 8 powders. The U 3 O 8 powders were mixed with each other to prepare a mixed U 3 O 8 powder. Poor UO 2 sintered powder included in the mixed U 3 O 8 powder Oxidized U 3 O 8 powder, grinding residue Oxidized U 3 O 8 powder, granulated UO 2 powder The mixed ratio of U 3 O 8 powder is 70% by weight and 20% by weight, respectively. , 10% by weight. The mixed U 3 O 8 powder was molded at a pressure of 1 ton / cm 2 to prepare a U 3 O 8 molded body, and then heated to 1730 ° C. at a heating rate of 300 ° C. per hour in a hydrogen gas atmosphere, maintained for 4 hours, and sintered. A porous UO 2 sintered body was prepared. The density of the porous UO 2 sintered body measured by the Archimedes method is 7.2 g / cm 3 .
다공성 U3O8 소결체를 공기중에서 450℃의 온도에서 산화하여 등방형 U3O8 분말을 제조하였다. 도 5는 상기 과정으로 제조된 등방형 U3O8 분말의 주사 전자현미 경 사진을 나타낸다. 불량 UO2 소결체를 동일한 산화조건에서 산화하여 얻은 U3O8 분말의 주사 전자현미경 사진(도 1(a): 후술하는 비교예 1 참조)과 비교하면, 도 5에 나타난 등방형 U3O8 분말은, 입자 크기가 작고 입자 크기와 형상의 분포가 균질함을 확인할 수 있다. 도 5의 등방형 U3O8 분말의 비표면적은 약 1.8 cm2/g이다. 이는 도 1(a)의 U3O8 분말의 비표면적인 0.66 cm2/g에 비해 매우 높은 값이다. 또한 도 5의 U3O8 분말은 도 1(b)와 도 1(c)의 U3O8 분말들과도 그 형상이 매우 다른 것을 확인할 수 있다. The porous U 3 O 8 sintered body was oxidized at a temperature of 450 ° C. in air to prepare an isotropic U 3 O 8 powder. Figure 5 shows a scanning electron micrograph of the isotropic U 3 O 8 powder prepared in the above process. Compared with a scanning electron micrograph (FIG. 1 (a): refer to Comparative Example 1 described later) of a U 3 O 8 powder obtained by oxidizing a defective UO 2 sintered body under the same oxidation conditions, the isotropic U 3 O 8 shown in FIG. The powder can be confirmed that the particle size is small and the distribution of particle size and shape is homogeneous. The specific surface area of the isotropic U 3 O 8 powder of FIG. 5 is about 1.8 cm 2 / g. This is a very high value compared to the 0.66 cm 2 / g specific surface area of the U 3 O 8 powder of FIG. In addition, it can be seen that Figure 5 of the U 3 O 8 powder, Fig. 1 (b) and Figure 1 (c) of the U 3 O 8 powder, and also the shape is very different.
(실시예 2)(Example 2)
실시예 1으로부터 얻어진 등방형 U3O8 분말에 Al2O3 분말을 Al/U 기준으로 830㎍/g이 되도록 첨가하여 혼합하였다. 이 분말(등방형 U3O8 + Al2O3)을 다시 UO2 분말에 5중량%로 첨가하여 혼합하였다. 전체 혼합 분말(등방형 U3O8 + UO2 + Al2O3)중 Al의 함량은 Al/U 기준으로 40㎍/g이다. 상기 혼합 분말을 3ton/cm2의 압력으로 성형하여 성형체를 제조하였다. 상기 성형체를 수소 기체 분위기하에서 시간당 300℃ 가열 속도로 1730℃까지 가열하고 4시간 동안 유지하며 소결하여 UO2 소결체를 제조하였다. 제조된 최종 UO2 소결체는 소결체 단면을 경면 연마하여 기공 조직을 관찰하고, 열 에칭을 하여 결정립 조직을 관찰하였다. 소결체의 결정립 크기는 직선 교차법으로 측정하였다. The Al 2 O 3 powder was added to the isotropic U 3 O 8 powder obtained in Example 1 so as to be 830 µg / g based on Al / U and mixed. This powder (isotropic U 3 O 8 + Al 2 O 3 ) was added to the
도 6은 상기 최종 UO2 소결체의 결정립 조직을 보이는 광학 현미경 사진이다. 도 1(a)의 U3O8 분말을 사용하여 실시예 2에서와 같은 조건으로 혼합, 성형 및 소결하여 얻어진 UO2 소결체의 주사 전자현미경 사진(도 7: 후술하는 비교예 2 참조)과 비교하면, 도 6의 UO2 소결체는 소결 밀도가 높고, 기공 분포가 안정하며, 결정립 크기가 크다. 특히 결정립 크기는 16.5㎛로서 도 7의 소결체(비교예 2)에 비하여 약 50% 정도 증가하였다. 6 is an optical micrograph showing the grain structure of the final UO 2 sintered body. Comparison with scanning electron micrographs (see Comparative Example 2 to be described later) of the UO 2 sintered body obtained by mixing, molding and sintering under the same conditions as in Example 2 using the U 3 O 8 powder of FIG. If, UO 2 sintered body of Figure 6 has a high sintered density, they pore size distribution is stable, larger grain size. Particularly, the grain size was 16.5 μm, which was increased by about 50% compared to the sintered body (Comparative Example 2) of FIG. 7.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
UO2 분말을 3 ton/cm2의 압력으로 성형하여 성형체를 만들었다. 이 성형체를 수소 기체 분위기 하에서 시간당 300℃의 가열 속도로 1730℃까지 가열하고 4시간 동안 유지하며 소결하여 UO2 소결체를 제조하였다. 이 소결체의 밀도는 10.58g/cm3 으로서 통상적인 UO2 핵연료 소결체의 밀도에 해당한다. 상기 소결체를 공기 중에서 450℃에서 산화하여 U3O8 분말을 제조하였다. 도 1(a)는 비교예 1의 과정으로 제조된 통상적인 소결체 산화 U3O8 분말의 주사 전자현미경 사진을 나타낸다. 실시예 1 의 등방형 U3O8 분말의 주사 전자현미경 사진(도 5)과 비교하면, 입자 크기가 크고 비표면적은 작은 것을 확인할 수 있다. The UO 2 powder was molded at a pressure of 3 ton / cm 2 to form a molded body. The molded body was heated to 1730 ° C. under a hydrogen gas atmosphere at a heating rate of 300 ° C. per hour, and maintained for 4 hours to prepare a sintered UO 2 . The density of this sintered compact is 10.58 g / cm 3 , which corresponds to the density of a conventional UO 2 fuel sintered compact. The sintered body was oxidized at 450 ° C. in air to prepare a U 3 O 8 powder. Figure 1 (a) shows a scanning electron micrograph of a conventional sintered oxide U 3 O 8 powder prepared in the process of Comparative Example 1. Compared to the embodiment example 1 isotropic U 3 O 8, scanning electron micrographs of the powder (5), the large specific surface area with a particle size can be confirmed that small.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
비교예 1로부터 얻어진 U3O8 분말에 Al2O3 분말을 Al/U 기준으로 830㎍/g이 되도록 첨가하여 혼합하였다. 이 분말(U3O8 + Al2O3)을 다시 UO2 분말에 5중량% 첨가하여 혼합하였다. 전체 혼합 분말(U3O8 + UO2 + Al2O3)중 Al의 함량은 Al/U 기준으로 40㎍/g으로서 실시예 2와 같다. 상기 혼합 분말을 3 ton/cm2의 압력으로 성형하여 성형체를 제조하였다. 상기 성형체를 수소 기체 분위기하에서 시간당 300℃의 가열 속도로 1730℃까지 가열하고 4시간 동안 유지하며 소결하여 최종 UO2 소결체를 제조하였다. 제조된 최종 UO2 소결체는 소결체 단면을 경면 연마하여 기공 조직을 관찰하고, 열 에칭을 하여 결정립 조직을 관찰하였다. 소결체의 결정립 크기는 직선 교차법으로 측정하였다. 도 7은 비교예 2의 UO2 소결체의 결정립 조직을 보이는 광학 현미경 사진이다. 실시예2의 결정립 조직을 나타낸 도 6과 비교하여, 도 7의 결정립 크기는 10.7㎛로서 작고, 결정립계에 기공이 뭉쳐있는 영역들(A)이 있는 불안정한 조직을 가진다. Al 2 O 3 powder was added to the U 3 O 8 powder obtained in Comparative Example 1 to be 830 µg / g based on Al / U and mixed. This powder (U 3 O 8 + Al 2 O 3 ) was added to the UO 2 powder by 5% by weight and mixed. The content of Al in the total mixed powder (U 3 O 8 + UO 2 + Al 2 O 3 ) is 40 µg / g based on Al / U, which is the same as in Example 2. The mixed powder was molded at a pressure of 3 ton / cm 2 to prepare a molded body. The molded body was heated to 1730 ° C. at a heating rate of 300 ° C. per hour in a hydrogen gas atmosphere, and sintered for 4 hours to prepare a final UO 2 sintered body. The prepared final UO 2 sintered body was mirror polished on the sintered body cross section to observe the pore structure, and thermally etched to observe the grain structure. The grain size of the sintered compact was measured by the linear crossover method. 7 is an optical micrograph showing the grain structure of the UO 2 sintered body of Comparative Example 2. FIG. Compared with FIG. 6 showing the grain structure of Example 2, the grain size of FIG. 7 is small as 10.7 µm, and has an unstable structure with regions A having pores aggregated at grain boundaries.
도 1은 UO2 스크랩의 종류에 따른 U3O8 분말들의 주사 전자현미경 사진이다. 1 is a scanning electron micrograph of U 3 O 8 powder according to the type of UO 2 scrap.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 등방형 U3O8 분말의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.2 is a process flowchart for explaining a method for producing an isotropic U 3 O 8 powder according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2에 따른 등방형 U3O8 분말의 제조 공정 중에 형성된 다공성 UO2 소결체의 모식도이다.3 is a schematic view of a porous UO 2 sintered body formed during the manufacturing process of the isotropic U 3 O 8 powder according to FIG. 2.
도 4는 다공성 UO2 소결체의 산화 거동을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 4 is a schematic diagram schematically showing the oxidation behavior of a porous UO 2 sintered body.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 등방형 U3O8 분말의 주사 전자현미경 사진이다. 5 is a scanning electron micrograph of an isotropic U 3 O 8 powder prepared according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 UO2 소결체의 결정립 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 6 is an optical micrograph showing the grain structure of the sintered UO 2 prepared according to an embodiment of the present invention.
도 7은 비교예에 따라 제조된 UO2 소결체의 결정립 조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다. 7 is an optical micrograph showing the grain structure of the UO 2 sintered body prepared according to the comparative example.
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