KR20180059267A - Sintered nuclear fuel pellet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 핵연료 복합 소결체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nuclear fuel composite sintered body and a method of manufacturing the same.
원자력 발전에 사용되는 핵연료 복합 소결체는 대부분 UO2 단일 물질로 구성된 소결체를 사용하고 있다. 이 경우 핵연료가 연소된 후 새 핵연료와 교체할 때 노심 내에서 U-235와 같은 핵물질의 농도가 급격히 증가하므로 반응도가 높아지게 되어 이를 조절하기 위한 방안이 필요하다. The nuclear fuel sintered body used for nuclear power generation mostly uses sintered body composed of UO 2 single material. In this case, when the nuclear fuel is burned and replaced with new fuel, the concentration of nuclear material such as U-235 increases rapidly in the core, and the reactivity becomes higher.
현재는 새 핵연료와 함께 중성자 흡수체를 함유한 핵연료를 동시에 삽입하여 높아진 반응도를 제어할 수 있도록 하고 있으며 이때 사용되는 중성자 흡수체는 Gd2O3와 같이 중성자를 흡수하면서 점차 연소되어 그 효과가 자연스럽게 감소될 수 있는 가연성흡수체를 사용하고 있다.At present, neutron absorbers containing neutron absorbers are injected together with new fuel to control the increased reactivity. The neutron absorber used in this case is gradually burned while absorbing neutrons like Gd 2 O 3, and the effect is naturally reduced A combustible absorber is used.
가연성흡수체를 함유한 핵연료는, 가연성흡수체 입자를 제조한 후 UO2 분말과 혼합하여 소결하고 있으나, 고온 소결에 의해 가연성흡수체 물질이 UO2 내에 고용되어 분자단위로 혼합된 상태로 사용되므로 쉽게 연소되어 효과가 급작히 감소되거나, 핵연료의 연소도가 불균일해지고, 열팽창 차이 또는 상변태에 의한 균열 등을 유발하는 문제점이 있다. The fuel containing the combustible absorber is mixed and sintered with UO 2 powder after the combustible absorber particles are produced. However, because the combustible absorber material is mixed in the UO 2 by the high-temperature sintering and mixed in the molecular unit, There is a problem that the effect is suddenly reduced, the degree of combustion of the fuel is uneven, and cracks due to the difference in thermal expansion or phase transformation are caused.
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중성자 이용 효율을 높이고, 자기 차폐성을 부여한 가연성흡수체를 포함하는, 핵연료 복합 소결체를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the problems described above, it is an object of the present invention to provide a nuclear fuel composite sintered body including a combustible absorber having high neutron utilization efficiency and magnetic shielding property.
또한, 본 발명은, 소결 및 사용 시 열팽창 차이, 상변태 등에 의한 균열 발생을 방지하고, 핵연료의 연소도의 불균일을 해결할 수 있는, 핵연료 복합 소결체의 제조방법에 관한 것이다. The present invention also relates to a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body capable of preventing occurrence of cracks due to difference in thermal expansion, phase transformation, etc. during sintering and use, and to solve unevenness in the degree of combustion of nuclear fuel.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 하나의 양상은, 핵연료 복합 소결체 전체 부피에 대해 2 부피% 내지 20 부피%로 삽입된 가연성흡수체의 성형체를 포함하는, 핵연료 복합 소결체에 관한 것이다. One aspect of the present invention relates to a fuel composite sintered body including a molded body of a combustible absorber inserted at 2 volume% to 20 volume% with respect to the total volume of the nuclear fuel composite sintered body.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 상기 핵연료 복합 소결체의 중심 영역, 표면 영역 또는 이 둘에 삽입될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the molded article of the combustible absorber may be inserted into the central region, the surface region, or both of the nuclear fuel composite sintered body.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 부정형, 실린더, 디스크, 구형, 로드, 필름 및 다각기둥 형태로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the molded article of the combustible absorber may include at least one member selected from the group consisting of a pseudo cylinder, a cylinder, a disk, a sphere, a rod, a film and a polygonal column.
본 발명의 다른 양상은, 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체 및 핵연료 물질을 혼합하여 핵연료 물질 내에 성형체를 삽입하는 단계; 상기 핵연료 물질 및 성형체를 가압성형하여 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 핵연료 복합 성형체를 소결하여 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계; 를 포함하는, 핵연료 복합 소결체의 제조방법에 관한 것이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a molded article of a combustible absorber; Mixing the molded body and the fuel material to form a molded body in the fuel material; Forming the fuel composite molding by press molding the fuel material and the molded body; And sintering the fuel composite molding to form a nuclear fuel composite sintered body; And a method of producing the nuclear fuel composite sintered body.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계; 및 상기 혼합된 가연성흡수체 분말을 가압성형하는 단계; 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the molded article of the combustible absorber comprises homogenizing and mixing the combustible absorber powder; And press-molding the mixed combustible absorber powder; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가압성형하는 단계는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of pressure-molding is first press-molded at a pressure of 30 MPa to 100 MPa and subjected to secondary pressure-molding by a hydrostatic press (CIP) at a pressure of 200 MPa to 500 MPa .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가압성형하는 단계는, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 가압성형할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of press-molding may be performed at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계; 상기 가연성흡수체 분말을 중공형 성형체의 홀 내에 주입하고, 홀 내를 가압하는 단계; 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the molded article of the combustible absorber comprises homogenizing and mixing the combustible absorber powder; Injecting the combustible absorber powder into a hole of a hollow formed body and pressing in the hole; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 중공형 성형체는, CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the hollow molded article, CeO 2, In 2 O 3 , Y 2 O 3, UO 2, ThO 2, TiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3 And Y 2 O 3 -ZrO 2 .
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가압하는 단계는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 홀 내를 일축 가압(Uniaxial press)할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the pressing step may uniaxial press in the hole at a pressure of 30 MPa to 100 MPa.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 중공형 성형체는, 링 또는 튜브형이고, 상기 중공형 성형체의 전체 부피에 대해 2 부피% 내지 20 부피%로 포함되고, 1 mm 내지 3 mm 직경의 중공을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the hollow formed body is ring or tubular, and is contained in an amount of 2% by volume to 20% by volume based on the total volume of the hollow molded body, and includes a hollow having a diameter of 1 mm to 3 mm can do.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체는, Gd2O3; Er2O3; 및 CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia)로 안정화된 Gd2O3, Er2O3; 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the molded article of the combustible absorber comprises Gd 2 O 3 ; Er 2 O 3 ; And CeO 2, In 2 O 3, Y 2 O 3, UO 2, ThO 2, TiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3 And Gd 2 O 3 , Er 2 O 3 stabilized with yttria-stabilized zirconia (Y 2 O 3 -ZrO 2 ); And at least one selected from the group consisting of
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia)는, Gd2O3 및 Er2O3에 대해 3 중량% 내지 30 중량%로 안정화될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the CeO 2 , In 2 O 3 , Y 2 O 3 , UO 2 , ThO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Y 2 O 3 -ZrO 2 (yttria- stabilized zirconia), Gd 2 O 3 And Er 2 O 3 By weight to 3% by weight to 30% by weight.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는, 가연성흡수체의 성형체를 공기, 불활성 기체 분위기 또는 환원성 기체 분위기에서 100 ℃ 내지 400 ℃ 온도에서 열처리하는 단계; 를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the step of forming the molded article of the combustible absorber comprises the steps of: heat treating the molded article of the combustible absorber in air, an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere at a temperature of 100 ° C to 400 ° C; As shown in FIG.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계는, 가연성흡수체의 성형체와 핵연료의 혼합물을 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the fuel composite formed article is a step of first pressing a mixture of the molded article of the combustible absorber and the fuel at a pressure of 30 MPa to 100 MPa and pressurizing the mixture at a pressure of 200 MPa to 500 MPa It can be subjected to secondary pressure molding by an hydrostatic press (CIP).
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계는, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 가압성형할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step of forming the fuel composite molded body may be pressure-molded at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계는, 마이크로웨이브 소결을 이용하여 1000 ℃ 내지 1800 ℃에서 소결할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of forming the fuel composite sintered body may be sintered at 1000 ° C to 1800 ° C using microwave sintering.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 물질 내에 성형체를 삽입하는 단계는, 상기 핵연료 물질 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 10 중량%의 가연성흡수체의 성형체가 혼합될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step of inserting the molded body into the fuel material may include mixing the molded body of the combustible absorber in an amount of 1% by weight to 10% by weight based on the total weight of the nuclear fuel material.
본 발명은, 핵연료 복합 소결체의 소결 및 사용 시 열팽창의 차이 및 상변태에 의한 균열 등의 발생을 방지하고, 핵연료 효율성을 최대화하기 위해서 가연성흡수체의 성형체의 위치를 제어할 수 있다. The present invention can control the position of the molded article of the combustible absorber in order to prevent the occurrence of cracks due to the difference in thermal expansion and phase difference during sintering and use of the nuclear fuel composite sintered body and to maximize the fuel efficiency.
본 발명은, 자기 차폐성을 부여한 가연성흡수체 성형체를 삽입하여, 가연성흡수체의 소모 속도를 조절하여, 중성자 이용 효율성을 높일 수 있다.According to the present invention, the consumption rate of the combustible absorber can be adjusted by inserting the combustible absorber molded body to which the magnetic shielding property is imparted, thereby increasing the neutron utilization efficiency.
본 발명은, 핵연료의 수명과 출력에 따라 가연성흡수체 성형체의 형태, 크기 및 부피분율을 가변적으로 조절하여, 핵연료의 수명 및 출력을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, the shape, size, and volume fraction of the combustible absorber molded body can be variably controlled according to the life and power of the fuel, thereby improving the life and output of the nuclear fuel.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 핵연료 복합 소결체를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 핵연료 복합 소결체의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1에 따라, 제조된 가연성흡수체의 소결체에 대한 XRD 결과를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 2에 따라, 제조된 핵연료 복합 소결체에 대한 SEM 이미지이다. FIG. 1 illustrates an example of a nuclear fuel composite sintered body according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 shows XRD results of the sintered body of the combustible absorber produced according to Example 1 of the present invention. Fig.
4 is an SEM image of the nuclear fuel composite sintered body manufactured according to Example 2 of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Also, terminologies used herein are terms used to properly represent preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
본 발명은, 핵연료 복합 소결체에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 소결체는, 가연성흡수체의 성형체를 적용하므로, 핵연료의 성능을 최대화시키기 위해서 가연성흡수체의 부피분율, 형태, 삽입위치, 크기, 개수 등을 가변적으로 조절할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, since the molded body of the combustible absorber is applied to the nuclear fuel composite sintered body, the volume fraction, shape, and insertion amount of the combustible absorber in order to maximize the performance of the nuclear fuel, Position, size, number, etc. can be variably controlled.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 소결체는, 핵연료 소결체 내에 가연성흡수체의 성형체가 삽입된 것일 수 있다. 상기 가연성흡수체의 성형체는, 가연성흡수체가 벌크화된 성형체이며, 자기 차폐성을 나타내고, 핵연료의 사용 시 가연성흡수체의 소모 속도를 조절하여, 중성자 이용 효율성을 높일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nuclear fuel composite sintered body may be a molded body of a combustible absorber inserted into a nuclear fuel sintered body. The molded article of the combustible absorber is a molded article in which the combustible absorber is bulk-formed, exhibits magnetic shielding property, and can control the consumption rate of the combustible absorber when the nuclear fuel is used, thereby increasing the neutron utilization efficiency.
본 발명의 일 예로, 상기 핵연료 복합 소결체에 대한 상기 가연성흡수체의 성형체의 부피분율은, 핵연료의 수명 및 출력을 최적화하기 위해서 적절하게 조절할 수 있으며, 바람직하게는 상기 핵연료 복합 소결체 전체 부피에 대해 20 부피% 이하; 2 부피% 내지 20 부피%; 2 부피% 내지 10 부피%; 또는 2 부피% 내지 5 부피%의 부피분율로 삽입될 수 있다. 상기 부피분율의 범위 내에 포함되면, 상기 가연성흡수체의 소모 속도의 조절이 가능하고, 열팽창 및 상변태 특성을 조절하여 제조 시 균열 등의 발생을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the volume fraction of the molded article of the combustible absorber to the nuclear fuel composite sintered body can be appropriately adjusted in order to optimize the life and the output of the nuclear fuel, and preferably 20 volume % Below; 2% by volume to 20% by volume; 2 vol% to 10 vol%; Or at a volume fraction of 2% to 5% by volume. When the volume fraction is within the above range, the consumption rate of the combustible absorber can be controlled, and thermal expansion and phase transformation characteristics can be controlled to prevent occurrence of cracks during manufacture.
본 발명의 일 예로, 상기 가연성흡수체의 성형체의 형태, 개수, 삽입위치 및/또는 크기에 따라 가연성흡수체의 연소 속도 등의 제어가 가능하고, 이는 핵연료의 출력 및 성능 등에 따라 조절될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to control the burning rate of the combustible absorber according to the shape, the number, the insertion position and / or the size of the molded article of the combustible absorber, and this can be controlled according to the output and performance of the fuel.
예를 들어, 상기 가연성흡수체의 성형체의 형태는, 부정형, 실린더, 디스크, 구형, 로드, 필름 및 다각기둥 형태로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 구형 및 실린더일 수 있다. 예를 들어, 구형의 가연성흡수체의 성형체를 적용할 경우에 가연성흡수체의 연소 속도를 늦추어, 자기 차폐 현상을 최소화할 수 있다. For example, the form of the molded article of the combustible absorber may include at least one member selected from the group consisting of a pseudo cylinder, a cylinder, a disk, a sphere, a rod, a film and a polygonal column, have. For example, when a molded body of a spherical combustible absorber is applied, the burning rate of the combustible absorber is slowed down, thereby minimizing the magnetic shielding phenomenon.
예를 들어, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 단일 또는 복수개로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 복수개로 삽입될 경우에, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 동일하거나 또는 상이한 형태 및 크기로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 복수개로 삽입될 경우에, 가연성흡수체의 표면적을 증가시켜, 가연성흡수체의 연소를 증가시킬 수 있다. For example, the molded article of the combustible absorber may be inserted singly or in plurality. For example, when inserted in a plurality, the molded body of the combustible absorber can be inserted with the same or different shape and size. For example, when inserted in a plurality, the surface area of the combustible absorber can be increased to increase the combustion of the combustible absorber.
예를 들어, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 상기 핵연료 소결체의 전체에 걸쳐 삽입되거나 또는 중심 영역, 표면 영역, 또는 이 둘에 삽입될 수 있다. 이는, 가연성흡수체의 성형체의 삽입 위치에 따라, 핵연료 성능의 최적화를 달성할 수 있다. For example, the molded body of the combustible absorber may be inserted all over the nuclear fuel sintered body or inserted into the central region, the surface region, or both. This can achieve optimization of fuel performance depending on the position of insertion of the molded article of the combustible absorber.
예를 들어, 도 1을 참조하면, 도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 핵연료 복합 소결체를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 1의 (A)는 실린더 형태의 가연성흡수체의 성형체(Gd2O3)가 핵연료(UO2) 내에 삽입된 것으로, 도 1의 (A)는 1개의 가연성흡수체의 성형체, 2개의 가연성흡수체의 성형체 및 3개의 가연성흡수체의 성형체가 삽입되고, 이들은, 가연성흡수체의 성형체의 개수 및 크기가 달라 각각 상이한 자기 차폐 현상을 제공하고, 가연성흡수체의 연소 속도가 상이할 수 있다. 도 1의 (B)는 구형의 가연성흡수체의 성형체(Gd2O3)가 핵연료(UO2) 내에 삽입된 것으로, 도 1의 (B)는 1개의 가연성흡수체의 성형체, 2개의 가연성흡수체의 성형체 및 4개의 가연성흡수체의 성형체가 삽입되고, 이들은, 가연성흡수체의 성형체의 개수 및 크기가 달라 각각 상이한 자기 차폐 현상을 제공하고, 가연성흡수체의 연소 속도가 상이할 수 있다. For example, referring to FIG. 1, FIG. 1 exemplarily shows a nuclear fuel composite sintered body according to an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1 (A) (Gd 2 O 3 ) is inserted into the fuel (UO 2 ). In FIG. 1 (A), a molded article of one combustible absorber, a molded article of two combustible absorbers and three molded articles of combustible absorbers are inserted, The number and the size of the molded bodies of the combustible absorber are different and provide different magnetic shielding phenomena, and the burning rate of the combustible absorber may be different. 1 (B) shows a spherical molded article of a combustible absorber (Gd 2 O 3 ) inserted in a fuel UO 2. FIG. 1 (B) shows a molded article of one combustible absorber, And four molded bodies of combustible absorbers are inserted, and the number and the sizes of the molded bodies of the combustible absorber are different from each other to provide different magnetic shielding phenomena, and the burning rate of the combustible absorber may be different.
본 발명의 일 예로, 상기 가연성흡수체는, 핵연료에 적용 가능한 자기 차폐 현상을 제공하는 물질이라면, 제한 없이 적용될 수 있으며, 예를 들어, Gd2O3; Er2O3; 및 CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia) 중 적어도 하나에 의해서 안정화된 Gd2O3 및 Er2O3; 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 Gd2O3; 및 ZrO2 또는 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia)로 안정화된 Gd2O3일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the combustible absorber can be applied without restriction as long as it provides a magnetic shielding phenomenon applicable to nuclear fuel, for example, Gd 2 O 3 ; Er 2 O 3 ; And at least one of CeO 2 , In 2 O 3 , Y 2 O 3 , UO 2 , ThO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Y 2 O 3 -ZrO 2 Gd 2 O 3 and Er 2 O 3 ; And at least one selected from the group consisting of Preferably Gd 2 O 3 ; And Gd 2 O 3 stabilized with ZrO 2 or Y 2 O 3 -ZrO 2 (yttria-stabilized zirconia).
예를 들어, CeO2, In2O3, Y2O3, UO2 ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia) 중 적어도 하나는, Gd2O3 및/또는 Er2O3 에 대해 1 내지 70 중량%; 3 내지 60 중량%; 1 내지 50 중량%; 또는 3 내지 30 중량%; 로 첨가될 수 있다. 상기 함량 범위 내에 포함되면, 상변화가 안정화되어 소결체의 건전성이 향상될 수 있다. 예를 들어, 도 1를 참조하면, 도 1의 (C) Gd2O3 입자를 포함하는 ZrO2 소결체가 중공형 UO2 내에 삽입된 복합 소결체일 수 있다.For example, CeO 2, In 2 O 3 , Y 2 O 3, UO 2 ThO 2, TiO 2, ZrO 2, at least one of Al 2 O 3 and Y 2 O 3 -ZrO 2 (yttria -stabilized zirconia) is , Gd 2 O 3 and / or 1 to 70% by weight based on Er 2 O 3 ; 3 to 60 wt%; 1 to 50% by weight; Or 3 to 30% by weight; Lt; / RTI > When the content is within the above range, the phase change is stabilized and the integrity of the sintered body can be improved. For example, referring to FIG. 1, a ZrO 2 sintered body containing (C) Gd 2 O 3 particles of FIG. 1 may be a composite sintered body inserted into hollow UO 2 .
본 발명의 일 예로, 상기 가연성흡수체의 성형체는, 코어 및 쉘로 이루어진 구조체일 수 있으며, 예를 들어, Gd2O3, Er2O3 또는 이둘을 포함하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸고, CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2 (yttria-stabilized zirconia) 중 1종 이상을 포함하는 쉘; 을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쉘은, Gd2O3, Er2O3, 또는 이 둘을 더 포함할 수 있다.As an example of the present invention, the molded article of the combustible absorber may be a structure composed of a core and a shell, and may be a structure made of, for example, Gd 2 O 3 , Er 2 O 3 Or core; And at least one of CeO 2 , In 2 O 3 , Y 2 O 3 , UO 2 , ThO 2 , A shell comprising at least one of TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 and Y 2 O 3 -ZrO 2 (yttria-stabilized zirconia); . ≪ / RTI > For example, the shell may further comprise Gd 2 O 3 , Er 2 O 3 , or both.
예를 들어, 상기 UO2는, 핵연료 물질이며, 상기 핵연료 복합 소결체의 소결 시 열팽창 불일치에 따른 균열을 억제할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 도 1의 (D) Gd2O3 입자를 포함하는 UO2 소결체가 중공형 UO2 내에 삽입된 복합 소결체일 수 있다.For example, the UO 2 is a nuclear fuel material, and cracks due to thermal mismatch during sintering of the fuel composite sintered body can be suppressed. For example, referring to FIG. 1, (D) Gd 2 O 3 The UO 2 sintered body containing the particles may be a composite sintered body inserted into the hollow UO 2 .
본 발명은, 핵연료 복합 소결체의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 핵연료 복합 소격체의 제조방법은, 가연성흡수체의 성형체를 이용하여 소결 시 열팽창 및 상변태 특성이 조절이 잘 이루어지고, 가연성흡수체의 성형체의 삽입위치, 크기, 형태 등의 조절이 용이하여 핵연료의 효율을 최적화할 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body, and a method of manufacturing the nuclear fuel complex body according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body using a molded body of a combustible absorber, And the insertion position, size, shape and the like of the molded article of the combustible absorber can be easily controlled, thereby optimizing the efficiency of the nuclear fuel.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2를 참조하면, 도 2는, 상기 핵연료 복합 소결체의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것으로, 도 2에서 핵연료 복합 소결체의 제조방법은, 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계(S100); 핵연료 물질 내에 성형체를 삽입하는 단계(S200); 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계(S300); 및 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계(S400); 를 포함할 수 있다.2, a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. In the method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body, (S100); Inserting a molded body into the nuclear fuel material (S200); Forming a nuclear fuel composite body (S300); And forming a nuclear fuel composite sintered body (S400); . ≪ / RTI >
본 발명의 일 실시예에 따라, 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계(S100)는, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계(S110); 및 가압성형하는 단계(S120); 를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (SlOO) of forming the molded article of the combustible absorber comprises: (S110) homogenizing and mixing the combustible absorber powder; And press molding (S120); . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계(S110)는, 가연성흡수체 분말을 파쇄 및 체거름(sieving)한 이후 혼합하는 단계이다. 예를 들어, 가연성흡수체 분말은, 100 ㎛ 이하; 50 ㎛; 또는 100 nm 내지 1 ㎛의 입자 크기를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step (S110) of homogenizing and mixing the combustible absorber powder is a step of crushing and sieving the combustible absorber powder, followed by mixing. For example, the combustible absorber powder has a particle size of 100 mu m or less; 50 탆; Or a particle size of 100 nm to 1 占 퐉.
본 발명의 일 예로, 가압성형하는 단계(S120)는, 혼합하는 단계(S110)에서 획득한 혼합된 가연성흡수체 분말을 몰드 내에 주입한 이후, 가압성형하는 단계이다.In one embodiment of the present invention, the step of press molding (S120) is a step of injecting the mixed combustible absorber powder obtained in the mixing step (S110) into a mold, followed by press molding.
예를 들어, 가압성형하는 단계(S120)는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형할 수 있다.For example, the pressing step (S120) may be first press-molded at a pressure of 30 MPa to 100 MPa, and then subjected to secondary pressure molding by a hydrostatic press (CIP) at a pressure of 200 MPa to 500 MPa.
예를 들어, 가압성형하는 단계(S120)는, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 일축 가압성형할 수 있다.For example, the step of press forming (S120) may be uniaxial press forming at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
예를 들어, 상기 가압성형은, 0 ℃ 내지 200 ℃; 0 ℃ 내지 상온; 또는 80 내지 150 ℃의 온도에서 이루어질 수 있다. For example, the press molding may be performed at a temperature of from 0 DEG C to 200 DEG C; 0 C to room temperature; Or at a temperature of 80 to 150 < 0 > C.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계(S100)는, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계(S110'); 가압하는 단계(S120'); 를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the step (SlOO) of forming the molded article of the combustible absorber comprises: (S110 ') homogenizing and mixing the combustible absorber powder; Pressing step S120 '; . ≪ / RTI >
본 발명의 일 예로, 가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계(S110')는, 단계(S110)와 동일하게 진행될 수 있다.As an example of the present invention, the step S110 'of homogenizing and mixing the combustible absorber powder may proceed in the same manner as in the step S110.
본 발명의 일 예로, 가압하는 단계(S120')는, 상기 가연성흡수체 분말을 중공형 성형체의 홀 내에 주입하고, 홀 내를 가압하여, 예를 들어, 코어/쉘 구조를 갖는 가연성흡수체의 성형체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 가압하는 단계(S120')는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 홀 내를 일축 가압(Uniaxial press)할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the pressing step S120 'includes a step of injecting the combustible absorber powder into the hole of the hollow molded body and pressing the inside of the hole to form a molded body of a combustible absorber having a core / Can be manufactured. For example, the pressing step S120 'may be uniaxial pressing in the hole at a pressure of 30 MPa to 100 MPa.
예를 들어, 상기 중공형 성형체는, 고융점 및 중성자 투명성을 갖는 세라믹일 수 있다.For example, the hollow formed body may be a ceramic having a high melting point and neutron transparency.
예를 들어, 상기 중공형 성형체는, CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3, 및 Y2O3-ZrO2 (yttria-stabilized zirconia) 및 UO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 ZrO2 및 ZrO2와 동일한 고융점을 갖는 물질일 수 있다.For example, the hollow molded article, CeO 2, In 2 O 3 , Y 2 O 3, UO 2, ThO 2, TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , and yttria-stabilized zirconia (Y 2 O 3 -ZrO 2 ) and UO 2 , preferably ZrO 2 and ZrO 2 And the like.
예를 들어, 코어를 구성하는 가연성흡수체 분말은, 핵연료 복합 소결체에서 언급한 가연성흡수체를 포함할 수 있다. For example, the combustible absorber powder constituting the core may include the combustible absorber mentioned in the fuel composite sintered body.
예를 들어, 상기 코어 및 쉘은, 서로 상이한 가연성흡수체를 포함할 수 있으며, 동일한 성분이 포함될 경우에는, 상이한 혼합비로 구성될 수 있다.For example, the core and shell may comprise different combustible absorbers and, if the same components are included, may be composed of different mixing ratios.
예를 들어, 상기 중공형 성형체는, 링 또는 튜브형이고, 상기 중공형 성형체의 전체 부피에 대해 2 부피% 내지 20 부피%로 포함되고, 1 mm 내지 3 mm 직경의 중공을 포함할 수 있다. 상기 부피분율 및 중공의 직경 등에 따라 가연성흡수체의 성형체의 반응도 등을 적절하게 조절할 수 있다.For example, the hollow formed body may be ring or tubular, and may be comprised of 2 volume% to 20 volume% of the total volume of the hollow molded body, and may include hollows of 1 mm to 3 mm in diameter. The reactivity of the molded article of the combustible absorber can be appropriately controlled according to the volume fraction and the diameter of the hollow.
본 발명의 일 예로, 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계(S100)는, 가연성흡수체의 성형체를 열처리하는 단계(S130); 를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 성형체를 열처리하는 단계(S130)는, 공기, 환원성 기체 분위기 또는 불활성 기체 분위기에서 100 ℃ 내지 400 ℃ 온도; 200 ℃ 내지 300 ℃에서 1분 내지 5시간; 5분 내지 1시간; 또는 10분 내지 30분 동안 열처리될 수 있다. 예를 들어, 성형체를 열처리하는 단계(S130)는, 소결로 또는 마이크로웨이브 소결장치에 의해서 열처리될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (S100) of forming the molded article of the combustible absorbent comprises: (S130) heat treating the molded article of the combustible absorbent; As shown in FIG. For example, the step of heat-treating the formed body (S130) may be performed at a temperature of 100 to 400 DEG C in air, a reducing gas atmosphere, or an inert gas atmosphere; 200 DEG C to 300 DEG C for 1 minute to 5 hours; 5 minutes to 1 hour; Or may be heat treated for 10 minutes to 30 minutes. For example, the step of heat-treating the formed body (S130) may be heat-treated by a sintering furnace or a microwave sintering apparatus.
본 발명의 일 예로, 핵연료 물질 내에 가연성흡수체의 성형체를 삽입하는 단계(200)는, 몰드 내에서 핵연료 물질과 가연성흡수체의 성형체를 혼합하여, 핵연료 물질 내에 가연성흡수체의 성형체를 삽입하는 단계이다. 삽입하는 단계(200)는, 가연성흡수체의 성형체의 삽입 위치, 삽입 개수 등을 조절할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a step 200 of inserting a molded article of a combustible absorber into a nuclear fuel material is a step of mixing a nuclear fuel material and a molded article of a combustible absorber in a mold and inserting a molded article of a combustible absorber into the nuclear fuel material. In the inserting step 200, the insertion position, the number of inserts, etc. of the molded article of the combustible absorber can be adjusted.
예를 들어, 상기 핵연료 물질 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 10 중량%; 또는 2 중량% 내지 4 중량%의 가연성흡수체의 성형체가 혼합될 수 있다. For example, 1% to 10% by weight, based on the total weight of the fuel material; Or 2% by weight to 4% by weight of the molded article of the combustible absorber may be mixed.
본 발명의 일 예로, 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계(S300)는, 성형체를 삽입하는 단계(200) 이후에 가연성흡수체의 성형체와 핵연료의 혼합물을 가압성형하여 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계이다. In an exemplary embodiment of the present invention, the step S300 of forming a nuclear fuel composite molding is a step of forming a fuel composite molding by press molding a mixture of a molded body of the combustible absorber and the fuel after the step 200 of inserting the molded body.
예를 들어, 상기 가압성형은, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형할 수 있다. For example, the above-mentioned pressure molding can be first pressure-molded at a pressure of 30 MPa to 100 MPa and subjected to secondary pressure molding at a pressure of 200 MPa to 500 MPa by an hydrostatic press (CIP).
예를 들어, 상기 가압성형은, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 가압성형할 수 있다.For example, the above press forming can be performed at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
예를 들어, 상기 가압성형은, 0 ℃ 내지 200 ℃; 0 ℃ 내지 상온; 또는 80 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 이루어질 수 있다.For example, the press molding may be performed at a temperature of from 0 DEG C to 200 DEG C; 0 C to room temperature; Or at a temperature of 80 [deg.] C to 150 [deg.] C.
본 발명의 일 실시예에 따라, 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계(S400)는, 상기 핵연료 복합 성형체를 소결하여 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계이다. According to an embodiment of the present invention, the step S400 of forming a nuclear fuel composite sinter is a step of sintering the nuclear fuel composite molding to form a nuclear fuel composite sintered body.
본 발명의 일 예로, 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계(S400)는, 공기, 비활성 기체 분위기 또는 환원성 기체 분위기에서 1000 ℃ 내지 1800 ℃; 또는 1300 ℃ 내지 1600 ℃의 온도에서 1분 내지 10시간; 5분 내지 1시간; 또는 10분 내지 30분 동안 소결될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (S400) of forming the nuclear fuel composite sintered body may be performed at a temperature of 1000 to 1800 DEG C in air, an inert gas atmosphere or a reducing gas atmosphere; Or from 1 minute to 10 hours at a temperature of from 1300 占 폚 to 1600 占 폚; 5 minutes to 1 hour; Or for 10 minutes to 30 minutes.
예를 들어, 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계(S400)는, 소결로 또는 마이크로웨이브 소결장치에 의해서 소결될 수 있고, 바람직하게는 마이크로웨이브 소결장치를 이용할 수 있다. For example, the step (S400) of forming the nuclear fuel composite sintered body can be sintered by a sintering furnace or a microwave sintering apparatus, and preferably a microwave sintering apparatus can be used.
본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있다.The present invention is not limited thereto but may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the present invention as set forth in the following claims, The present invention can be variously modified and changed.
실시예 1Example 1
(1) 성형체의 제조(1) Production of molded body
ZrO2-8 mol. % Y2O3(sigma Aldrich. 99.9%, 8YSZ) 및 Gd2O3(sigma Aldrich. 99.9%, < 10 ㎛)의 혼합분말을 각각 33.5 MPa에서 가압하고, 400 MPa에서 CIP한 이후 Gd2O3, Gd2O3-5 wt% 8YSZ, Gd2O3-10 wt% 8YSZ, Gd2O3-20wt% 8YSZ, Gd2O3-30wt% 8YSZ, 및 Gd2O3-40wt% 8YSZ의 펠릿을 획득하였다.ZrO 2 -8 mol. % Y 2 O 3 (sigma Aldrich . 99.9%, 8YSZ) and Gd 2 O 3 (sigma Aldrich. 99.9%, <10 ㎛) after pressurizing the mixed powder of each in 33.5 MPa, CIP at 400 MPa Gd 2 O 3, Gd 2 O 3 -5 wt % 8YSZ, Gd 2 O 3 -10 wt% 8YSZ, Gd 2 O 3 -20wt% 8YSZ, Gd 2 O 3 -30wt% 8YSZ, and Gd 2 O 3 -40wt% 8YSZ of The pellets were obtained.
(2) 소결체의 제조(2) Production of sintered body
상기 펠릿은, 마이크로웨이브 소결로에서 1400 ℃, 1500 ℃, 및 1600 ℃에서 각각 20 분 동안 소결하여, Gd2O3-5 wt% 8YSZ, Gd2O3-10 wt% 8YSZ, Gd2O3-20wt% 8YSZ, Gd2O3-30wt% 8YSZ, 및 Gd2O3-40wt% 8YSZ의 소결체를 제조하였다. 상기 소결체의 XRD 패턴을 측정하여 도 3에 나타내었다.The pellets were sintered at 1400 ° C, 1500 ° C, and 1600 ° C for 20 minutes in a microwave sintering furnace to obtain Gd 2 O 3 -5 wt% 8YSZ, Gd 2 O 3 -10 wt% 8YSZ, Gd 2 O 3 -20 wt% 8YSZ, Gd 2 O 3 -30 wt% 8YSZ, and Gd 2 O 3 -40 wt% 8YSZ. The XRD pattern of the sintered body was measured and shown in FIG.
도 3을 살펴보면, 가돌리니아에 5 wt% 내지 40 wt%까지 이트리아 안정화 지르코니아를 첨가할 경우에, 10 wt% 이상의 함량에서부터 가돌리니아는 cubic상으로 안정화된 것을 확인할 수 있다. 이는, 소결 시 cubic 상에서 monoclinic 상으로 상변화가 일어나지 않으므로, 소결체의 건전성을 개선시킬 수 있다. 3, when 5 to 40 wt% of yttria-stabilized zirconia is added to gadolinia, it can be confirmed that the gadolinia is stabilized in cubic phase from 10 wt% or more. This can improve the integrity of the sintered body since no phase change occurs on the cubic phase in the monoclinic phase during sintering.
실시예 2Example 2
Gd2O3(sigma Aldrich. 99.9%, < 10 ㎛) 분말을 30 MPa 내지 50 MPa의 낮은 압력으로 일축 가압 성형한 후 큰 덩어리 형태로 파쇄하고 볼 밀에서 회전하여 조립화 공정을 거친 부정형의 입자를 제조하였다. 조립화된 Gd2O3 입자의 크기는 수백 ㎛에서 수 mm의 크기 범위를 가진다. 조립화된 Gd2O3 입자와 ZrO2-8 mol. % Y2O3(sigma Aldrich. 99.9%, 8YSZ)의 혼합분말을 각각 33.5 MPa에서 가압하고, 400 MPa에서 CIP한 이후 Gd2O3, 30wt%Gd2O3-70wt% 8YSZ, 및 50wt%Gd2O3-50wt% 8YSZ의 펠릿을 획득하였다.The powder of Gd 2 O 3 (sigma Aldrich, 99.9%, <10 μm) was uniaxially compacted at a low pressure of 30 MPa to 50 MPa, crushed into a large lump, rotated in a ball mill, . The size of the assembled Gd 2 O 3 particles ranges in size from several hundred micrometers to several millimeters. The assembled Gd 2 O 3 particles and ZrO 2 -8 mol. % Y 2 O 3 (Sigma Aldrich. 99.9%, 8YSZ) were pressurized at 33.5 MPa and CIP at 400 MPa, respectively. Then, Gd 2 O 3 , 30 wt% Gd 2 O 3 -70 wt% 8YSZ, and 50 wt% Gd 2 O 3 -50 wt% 8YSZ.
몰드 내에 상기 펠릿과 ZrO2-8 mol. % Y2O3(sigma Aldrich. 99.9%, 8YSZ)를 몰드 내에 넣고, 각각 33.5 MPa에서 가압하고, 400 MPa에서 CIP하여, Gd2O3, 30wt%Gd2O3-70wt% 8YSZ, 및 50wt%Gd2O3-50wt% 8YSZ의 펠릿이 코어에 삽입된 핵연료 복합 성형체를 제조하였다. 상기 핵연료 복합 성형체를 마이크로웨이브 소결로에서 1600 ℃에서 20 분 동안 소결하여, 핵연료 복합 소결체를 제조하였다. 제조된 소결체의 SEM 이미지를 도 4에 나타내었다. The pellets and ZrO 2 -8 mol. % Y 2 O 3 (Sigma Aldrich, 99.9%, 8YSZ) were placed in a mold and pressurized at 33.5 MPa and CIP at 400 MPa to obtain Gd 2 O 3 , 30 wt% Gd 2 O 3 -70 wt% 8YSZ, and 50 wt of% Gd 2 O 3 -50wt% 8YSZ pellet was prepared in the nuclear fuel complex molded article inserted into the core. The nuclear fuel composite compact was sintered in a microwave sintering furnace at 1600 ° C for 20 minutes to prepare a nuclear fuel composite sintered body. An SEM image of the manufactured sintered body is shown in Fig.
도 4를 살펴보면, 코어로 Gd2O3, 30wt%Gd2O3-70wt% 8YSZ, 및 50wt%Gd2O3-50wt% 8YSZ의 펠릿이 삽입된 핵연료 복합 소결체가 형성된 것을 확인할 수 있다.4, it can be seen that a nuclear fuel composite sintered body in which pellets of Gd 2 O 3 , 30 wt% Gd 2 O 3 -70 wt% 8YSZ, and 50 wt% Gd 2 O 3 -50 wt% 8YSZ were inserted into the core was formed.
본 발명은, 가연성흡수체의 성형체를 적용하여, 핵연료 복합 소결체를 제조하므로, 핵연료 내에 가연성흡수체의 불균일성을 해소하고, 소결 시 발생하는 열팽창 차이 및 상변태에 따른 균열 등의 발생을 방지하여, 핵연료의 효율성을 향상시킬 수 있는 핵연료 복합 소결체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은, 핵연료의 수명 및 출력 등의 최적화시키기 위해서, 상기 가연성흡수체의 성형체의 삽입 위치, 크기, 형태 등을 가변적으로 조절할 수 있다. The present invention relates to a method of manufacturing a nuclear fuel composite sintered body by applying a molded body of a combustible absorber to eliminate the non-uniformity of the combustible absorber in the nuclear fuel, to prevent the occurrence of cracks and the like due to the difference in thermal expansion and phase transformation occurring during sintering, Can be improved. Further, in order to optimize the life and output of the nuclear fuel, the insertion position, size, shape and the like of the molded article of the combustible absorber can be variably controlled.
Claims (17)
를 포함하는,
핵연료 복합 소결체.
A molded article of a combustible absorber inserted at 2% by volume to 20% by volume with respect to the total volume of the nuclear fuel composite sintered body
/ RTI >
Nuclear fuel sintered body.
상기 가연성흡수체의 성형체는, 부정형, 실린더, 디스크, 구형, 로드, 필름 및 다각기둥 형태로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체.
The method according to claim 1,
Wherein the molded article of the combustible absorber comprises at least one member selected from the group consisting of a pseudo cylinder, a cylinder, a disk, a sphere, a rod, a film and a polygonal column.
상기 성형체 및 핵연료 물질을 혼합하여 핵연료 물질 내에 성형체를 삽입하는 단계;
상기 핵연료 물질 및 성형체를 가압성형하여 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계; 및
상기 핵연료 복합 성형체를 소결하여 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계;
를 포함하는,
핵연료 복합 소결체의 제조방법.
Forming a molded article of a combustible absorber;
Mixing the molded body and the fuel material to form a molded body in the fuel material;
Forming the fuel composite molding by press molding the fuel material and the molded body; And
Forming a nuclear fuel composite sintered body by sintering the nuclear fuel composite compact;
/ RTI >
(Method for manufacturing a nuclear fuel composite sintered body).
상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는,
가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계; 및
상기 혼합된 가연성흡수체 분말을 가압성형하는 단계; 를 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of forming the molded article of the combustible absorbent comprises:
Homogenizing and mixing the combustible absorber powder; And
Press-molding the mixed combustible absorber powder; Wherein the sintered body is formed of a composite material.
상기 가압성형하는 단계는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the step of press-molding is a step of primary compression molding at a pressure of 30 MPa to 100 MPa and a secondary compression molding by a hydrostatic press (CIP) at a pressure of 200 MPa to 500 MPa .
상기 가압성형하는 단계는, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 가압성형하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the step of press-molding is a press molding at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는,
가연성흡수체 분말을 균질화하고 혼합하는 단계;
상기 가연성흡수체 분말을 중공형 성형체의 홀 내에 주입하고, 홀 내를 가압하는 단계; 를 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of forming the molded article of the combustible absorbent comprises:
Homogenizing and mixing the combustible absorber powder;
Injecting the combustible absorber powder into a hole of a hollow formed body and pressing in the hole; Wherein the sintered body is formed of a composite material.
상기 중공형 성형체는, CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The hollow molded article, CeO 2, In 2 O 3 , Y 2 O 3, UO 2, ThO 2, TiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3 And Y 2 O 3 -ZrO 2 , in the total amount of the sintered body.
상기 가압하는 단계는, 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 홀 내를 일축 가압(Uniaxial press)하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pressing step uniaxial presses the inside of the hole at a pressure of 30 MPa to 100 MPa.
상기 중공형 성형체는, 링 또는 튜브형이고,
상기 중공형 성형체의 전체 부피에 대해 2 부피% 내지 20 부피%로 포함되고, 1 mm 내지 3 mm 직경의 중공을 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The hollow formed body may be a ring or a tube,
Wherein the hollow molded body is contained in an amount of 2 to 20 vol% based on the total volume of the hollow molded body, and comprises a hollow having a diameter of 1 mm to 3 mm.
상기 가연성흡수체의 성형체는, Gd2O3; Er2O3; 및 CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2(yttria-stabilized zirconia)로 안정화된 Gd2O3, Er2O3; 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
The molded article of the combustible absorber may include Gd 2 O 3 ; Er 2 O 3 ; And CeO 2, In 2 O 3, Y 2 O 3, UO 2, ThO 2, TiO 2, ZrO 2, Al 2 O 3 and Y 2 O 3 -ZrO stabilized with 2 (yttria-stabilized zirconia) Gd 2 O 3, Er 2 O 3; Wherein the sintered body comprises at least one member selected from the group consisting of silicon carbide and silicon carbide.
상기 CeO2, In2O3, Y2O3, UO2, ThO2, TiO2, ZrO2, Al2O3 및 Y2O3-ZrO2 (yttria-stabilized zirconia)는, Gd2O3 및 Er2O3에 대해 3 중량% 내지 30 중량%로 포함되는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
12. The method of claim 11,
The CeO 2 , In 2 O 3 , Y 2 O 3 , UO 2 , ThO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 And Y 2 O 3 -ZrO 2 (yttria-stabilized zirconia), Gd 2 O 3 And Er 2 O 3 To 3% by weight to 30% by weight, based on the total weight of the sintered body.
상기 가연성흡수체의 성형체를 형성하는 단계는,
가연성흡수체의 성형체를 환원성 기체 분위기 또는 불활성 기체 분위기에서 100 ℃ 내지 400 ℃ 온도에서 열처리하는 단계; 를 더 포함하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of forming the molded article of the combustible absorbent comprises:
Heat-treating the molded article of the combustible absorber in a reducing gas atmosphere or an inert gas atmosphere at a temperature of 100 ° C to 400 ° C; Further comprising the steps of:
상기 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계는,
가연성흡수체의 성형체와 핵연료의 혼합물을 30 MPa 내지 100 MPa의 압력에서 1차 가압성형하고, 200 MPa 내지 500 MPa의 압력에서 정수압 프레스(CIP)에 의해서 2차 가압성형하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
The step of forming the fuel composite molding may include:
Wherein the mixture of the molded article of the combustible absorber and the fuel is subjected to primary compression molding at a pressure of 30 MPa to 100 MPa and secondary compression molding is performed at a pressure of 200 MPa to 500 MPa by an hydrostatic press (CIP) Gt;
상기 핵연료 복합 성형체를 형성하는 단계는, 100 MPa 내지 500 MPa 압력에서 한번에 가압성형하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step of forming the nuclear fuel composite compact is a compression molding at a pressure of 100 MPa to 500 MPa at a time.
상기 핵연료 복합 소결체를 형성하는 단계는, 마이크로웨이브 소결을 이용하여 1000 ℃ 내지 1800 ℃에서 소결하는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the forming of the nuclear fuel composite sintered body is performed by microwave sintering at 1000 占 폚 to 1800 占 폚.
상기 핵연료 물질 내에 성형체를 삽입하는 단계는, 상기 핵연료 물질 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 10 중량%의 가연성흡수체의 성형체가 혼합되는 것인, 핵연료 복합 소결체의 제조방법. The method of claim 3,
Wherein the step of inserting the molded body into the fuel material comprises mixing a molded body of a combustible absorber in an amount of 1% by weight to 10% by weight based on the total weight of the nuclear fuel material.
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