KR20200123656A - Apparatus for Coating Nuclear Fuel Cladding - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an apparatus for forming a film which can homogeneously and effectively form a film with high resistance to high-temperature oxidation on a long nuclear fuel cladding pipe simply by a one-time film forming process. The apparatus for forming a film on a nuclear fuel cladding pipe base material of a long tube shape comprises a chamber, a carrier, a heater, a cathode, an arc generation source, and a pump. The chamber provides a prescribed space to form the film on the nuclear fuel cladding pipe base material in a vacuum atmosphere. The carrier can be inserted into the chamber or withdrawn from the inside of the chamber by loading a plurality of nuclear fuel cladding pipe base materials. A negative bias is applied to the chamber while the carrier is inserted into the chamber, and the carrier can rotate the plurality of base materials at the same speed. The heater heats the plurality of nuclear fuel cladding pipe base materials and the atmosphere inside the chamber. A chrome target to be deposited on the base materials is loaded on the cathode. The arc generation source generates arc discharge to the cathode to cause evaporation and ionization of the chrome target in the cathode to create chrome ions. The pump discharges gas inside the chamber to the outside. The chrome ions created in the cathode by the arc generation source are guided to the carrier to simultaneously form a film on the plurality of nuclear fuel cladding pipe base materials loaded on the carrier.

Description

핵연료피복관의 피막 형성 장치{Apparatus for Coating Nuclear Fuel Cladding}Apparatus for Coating Nuclear Fuel Cladding {Apparatus for Coating Nuclear Fuel Cladding}

본 발명은 기계부품의 피막 형성 장치에 관한 것으로서, 특히 아크 이온 플레이팅 방식으로 코팅을 행하는 피막 형성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for forming a film for a mechanical component, and more particularly, to an apparatus for forming a film for coating by an arc ion plating method.

경수형 원자로(LWR)에 사용되는 연료는 우라늄 산화물 또는 혼합 우라늄/플루토늄 산화물로 구성되는 산화물 소결체 내지 팰릿으로 되어있다. 이 팰릿들은 연료피복관(Cladding Tube)이라 불리우는 긴 튜브 내에 넣어져서 연료봉을 형성하게 된다. 연료피복관은 핵반응시에 연료 팰릿에서 방출되는 방사성 핵분열 생성물에 대한 장벽을 형성한다 (특허문헌 1, 2 참조). 연료피복관 재료로는 경제적인 연료 사이클을 확보할 수 있으면서도 안전한 원자로 동작에 필요한 특성을 갖는 것을 선택해야 한다.The fuel used in the light water reactor (LWR) is composed of oxide sintered bodies or pellets composed of uranium oxide or mixed uranium/plutonium oxide. These pallets are placed in a long tube called a cladding tube to form a fuel rod. The fuel clad tube forms a barrier against radioactive fission products released from the fuel pallet during a nuclear reaction (see Patent Documents 1 and 2). As the fuel clad tube material, it is necessary to select a material that can secure an economical fuel cycle and has the characteristics necessary for safe reactor operation.

구체적으로, 연료피복관은 내부의 에너지를 효율적으로 전달할 수 있도록 높은 열전도도가 요구될 뿐만 아니라, 중성자 흡수 단면적(Neutron cross-section)이 작아서 중성자를 효율적으로 이용할 수 있어야만 한다. 또한, 연료피복관은 약 15MPa 압력과 약 320℃ 온도의 냉각수에 노출되어 있게 되는데, 이러한 고온·고압의 부식환경과 중성자 조사로 인한 취화현상을 견딜 수 있도록 높은 내부식성을 가지는 것이 바람직하다.Specifically, the fuel-clad pipe is required not only to have high thermal conductivity so as to efficiently transmit internal energy, but also to have a small neutron absorption cross-section so that neutrons must be used efficiently. In addition, the fuel-clad pipe is exposed to cooling water at a pressure of about 15 MPa and a temperature of about 320°C, and it is desirable to have high corrosion resistance to withstand such high-temperature and high-pressure corrosive environments and embrittlement due to neutron irradiation.

이러한 이유로 연료피복관으로는 지르코늄 합금이 주로 사용되고 있다. 지르코늄은 천연 금속 중에서는 중성자를 흡수하는 정도가 가장 낮아서 중성자를 거의 흡수하지 않으며, 내열 및 내부식성이 우수하다. 특히, 연료피복관을 위시해서 원자로에서는, 지르코늄에 주석, 나이오늄, 철, 크롬, 니켈을 2% 이내의 중량비로 첨가하여 만든 합금인 지르칼로이(Zircaloy)가 널리 사용된다. 이러한 지르코늄 합금은 고온에서 기계적 강도, 크립 저항성, 내부식성 및 열전도성이 우수하고 중성자 흡수성이 적은 특성을 갖는다.For this reason, zirconium alloys are mainly used as fuel clad pipes. Zirconium has the lowest degree of absorbing neutrons among natural metals, so it hardly absorbs neutrons, and has excellent heat resistance and corrosion resistance. In particular, in nuclear reactors, including fuel-clad pipes, zircaloy, an alloy made by adding tin, nionium, iron, chromium, and nickel to zirconium in a weight ratio of less than 2%, is widely used. This zirconium alloy has excellent mechanical strength, creep resistance, corrosion resistance, and thermal conductivity at high temperatures, and has low neutron absorption properties.

그렇지만, 극한의 환경조건으로 인하여, 지르코늄 합금으로 된 연료피복관도 마모와 부식으로 인해 신뢰성이 저하될 수 있으며, 특히 1,000℃ 이상의 고온에서 강도가 약해진다. 만약 원자로 운전 중에 지진과 같은 예기치 못한 자연재해나 냉각펌프의 고장과 같은 사태가 발생되어 핵연료봉의 온도가 상승하게 된다면, 지르코늄은 원자로 내의 냉각수나 수증기와 반응하여 지르코늄 산화물과 수소가스를 발생할 수 있는데, 생성된 수소가스는 반응기를 급격히 가압할 수 있고 궁극적으로 폭발을 야기할 수 있기 때문에 대재앙으로 이어질 수 있다. 이러한 이유로, 지르코늄 합금으로 된 연료피복관의 외주면은 통상적으로 금속 크롬 또는 그 합금으로 코팅이 되며, 이 코팅은 내부식성이 뛰어나서 연료피복관의 수명을 3~4배 증가시킬 뿐만 아니라, 고온산화 저항성이 우수해서 연료피복관의 표면이 산화되지 않게 보호하게 되는 것으로 알려져 있다.However, due to extreme environmental conditions, even fuel-clad pipes made of zirconium alloys may deteriorate reliability due to abrasion and corrosion, particularly at high temperatures of 1,000°C or higher. If an unexpected natural disaster such as an earthquake or an event such as a failure of the cooling pump occurs during operation of the reactor, the temperature of the nuclear fuel rod rises, then zirconium reacts with the cooling water or steam in the reactor to generate zirconium oxide and hydrogen gas. The generated hydrogen gas can rapidly pressurize the reactor and ultimately cause an explosion, which can lead to catastrophe. For this reason, the outer circumferential surface of a zirconium alloy fuel-clad pipe is usually coated with metallic chromium or its alloy, and this coating not only increases the life of the fuel-clad pipe by 3 to 4 times, but also has excellent resistance to high temperature oxidation due to excellent corrosion resistance Thus, it is known that the surface of the fuel-clad pipe is protected from oxidation.

그런데, 연료피복관은 직경이 약 1 센티미터(cm)에 길이가 약 4 미터(m)에 이르는 가늘고 긴 형태로 되어 있기 때문에, 코팅을 하기가 매우 어렵다. 특허문헌 3 내지 5는 지르코늄 합금으로 된 모재에 크롬 등 코팅 재료를 분무 코팅하는 방식을 제시하고 있다. 그렇지만, 분무 코팅은 코팅 과정에서 모재를 거치하기가 어려울 뿐만 아니라, 균질한 코팅면을 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 코팅면을 균질하게 하기 위해서는 과도한 시간이 소요되거나, 샌드블래스팅과 같은 전처리 및/또는 열처리 등 후처리가 필요하게 되어 코팅 공정이 복잡해질 수 있다.However, since the fuel-clad pipe is in a thin and long shape with a diameter of about 1 centimeter (cm) and a length of about 4 meters (m), it is very difficult to coat. Patent Documents 3 to 5 propose a method of spray coating a coating material such as chromium on a base material made of a zirconium alloy. However, spray coating has a problem in that it is difficult to pass the base material in the coating process, and it is difficult to obtain a homogeneous coating surface. In order to make the coated surface homogeneous, excessive time may be required, or a pretreatment such as sandblasting and/or a post-treatment such as heat treatment may be required, thereby complicating the coating process.

4 m에 이르는 긴 연료피복관을 둘 이상으로 분할하여 제작하고 코팅한 후 결합하는 방식도 생각해볼 수 있지만, 이러한 연료피복관은 기계적 안정성이나 내구성이 약해진다는 문제점을 가질 수 있다.It is also possible to consider a method of dividing a long fuel-clad pipe up to 4 m into two or more and combining it after coating, but such a fuel-clad pipe may have a problem that mechanical stability or durability is weakened.

US 5,319,690 A (Combustion Engineering Inc.) 1994. 6. 7.US 5,319,690 A (Combustion Engineering Inc.) June 7, 1994 US 5,227,129 A (Combustion Engineering Inc.) 1993. 6. 13.US 5,227,129 A (Combustion Engineering Inc.) June 13, 1993 WO 2018/017146 A1 (Westinghouse Electric Co LLC) 2018. 1. 25.WO 2018/017146 A1 (Westinghouse Electric Co LLC) January 25, 2018 등록특허공보 10-1393327호 (한국수력원자력(주), 한국원자력연구원) 2013. 5. 1.Registered Patent Publication No. 10-1393327 (Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd., Korea Atomic Energy Research Institute) 2013. 5. 1. 등록특허공보 10-1843308호 ((주)신화금속), 2018. 3. 22.Registered Patent Publication No. 10-1843308 (Shinhwa Metal Co., Ltd.), 2018. 3. 22.

본 발명은 길이가 긴 핵연료피복관에 한차례의 피막 형성 공정만으로 고온산화 저항성이 높은 피막을 균질하고 효과적으로 형성할 수 있는 피막 형성 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of homogeneously and effectively forming a film having high resistance to high temperature oxidation in a single film forming process on a long nuclear fuel coated tube.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 피막 형성 장치는 길이가 긴 튜브 형상의 핵연료피복관 모재에 피막을 형성하기 위한 것으로서, 챔버, 캐리어, 히터, 음극, 아크 발생원, 펌프, 및 제어부를 구비한다. 상기 챔버는 진공 분위기에서 상기 핵연료피복관 모재에 상기 피막을 형성하기 위한 소정 공간을 제공한다. 상기 캐리어는 복수의 핵연료피복관 모재를 적재한 상태로 슬라이딩하여 상기 챔버 내부로 장입되거나 상기 챔버 내부로부터 인출될 수 있으며, 상기 챔버 내부로 장입된 상태에서 상기 챔버에 대하여 음의 바이어스가 인가되고 상기 복수의 모재를 동일한 속도로 회전시킬 수 있다. 상기 히터는 상기 챔버의 내부 분위기와 상기 복수의 핵연료피복관 모재를 가열한다. 상기 음극에는 상기 모재에 증착할 크롬 타겟이 적재된다. 상기 크롬 타겟에 사용되는 크롬은 순수 크롬, 크롬 합금 내지 크롬-계 합금, 또는 크롬-함유 합금 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 아크 발생원은 상기 음극에 아크 방전을 발생시켜서 상기 음극에서 상기 크롬 타겟의 증발과 이온화를 유발하여 크롬 이온이 생성되도록 한다. 상기 펌프는 상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출한다. 상기 제어부는 상기 캐리어, 상기 히터, 상기 아크 발생원, 및 상기 펌프의 동작을 제어한다. 이에 따라 상기 제어부의 제어 하에, 상기 아크 발생원에 의해 상기 음극에서 발생된 크롬 이온이 상기 캐리어로 유도되어 상기 캐리어에 적재된 상기 복수의 핵연료피복관 모재에 동시에 피막을 형성하게 된다. 여기서, 상기 음극 및 상기 아크 발생원과 상기 모재간의 거리는 50~200 mm의 범위에서 정해지거나, 이 범위 내에서 조정이 가능하도록 구성된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a film forming apparatus is for forming a film on a long tube-shaped nuclear fuel-coated tube base material, a chamber, a carrier, a heater, a cathode, an arc generator, a pump, and It has a control unit. The chamber provides a predetermined space for forming the film on the base material of the nuclear fuel coated tube in a vacuum atmosphere. The carrier may be loaded into the chamber by sliding in a state loaded with a plurality of nuclear fuel-coated tube base materials, or may be withdrawn from the chamber, and a negative bias is applied to the chamber while being loaded into the chamber. The base material of can be rotated at the same speed. The heater heats the internal atmosphere of the chamber and the plurality of nuclear fuel coated tube base materials. The cathode is loaded with a chromium target to be deposited on the base material. The chromium used for the chromium target may be pure chromium, a chromium alloy, a chromium-based alloy, or a chromium-containing alloy, or a combination thereof. The arc generating source generates an arc discharge at the cathode to cause evaporation and ionization of the chromium target at the cathode to generate chromium ions. The pump discharges the gas inside the chamber to the outside. The control unit controls operations of the carrier, the heater, the arc generator, and the pump. Accordingly, under the control of the control unit, chromium ions generated at the cathode by the arc generator are guided to the carrier to simultaneously form a film on the plurality of nuclear fuel clad tube base materials loaded on the carrier. Here, the distance between the cathode and the arc generating source and the base material is determined in a range of 50 to 200 mm, or is configured to be adjustable within this range.

일 실시예에 있어서, 상기 캐리어는 상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 배치되고, 각각의 사이에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 적재될 수 있게 해주는 다수의 회전지지봉; 상기 다수의 회전지지봉의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 다수의 회전지지봉을 회전시키는 회전지지봉 구동부; 및 상기 다수의 회전지지봉을 하방에서 지지하는 지지 부재;를 구비할 수 있다.In one embodiment, the carrier is disposed to extend in the transfer direction to the inside and outside the chamber, a plurality of rotation support rods that allow any one of the plurality of base materials to be stacked between each; A rotation support rod driving unit provided at at least one end of the plurality of rotation support rods to rotate the plurality of rotation support rods; And a support member for supporting the plurality of rotational support rods from below.

다른 실시예에 있어서는, 상기 캐리어가 각각에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 적재될 수 있게 해주는 다수의 하방지지 부재; 및 상기 복수의 모재의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 복수의 모재를 회전시키는 모재 회전구동부;를 구비할 수 있다.In another embodiment, a plurality of lower barrier members allowing the carrier to be loaded so that any one of the plurality of base materials extends in the transfer direction into and out of the chamber; And a base material rotation drive unit provided at at least one end of the plurality of base materials to rotate the plurality of base materials.

상기 펌프는 상기 챔버 내부를 고진공 상태로 만들기 위한 제1 펌프와; 상기 챔버 내부를 중진공 또는 저진공 상태로 만들기 위한 제2 펌프;를 구비할 수 있다.The pump includes a first pump for making the inside of the chamber a high vacuum state; And a second pump for making the inside of the chamber into a medium vacuum or low vacuum state.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 피막 형성 장치는 길이가 긴 튜브 형상의 모재에 피막을 형성하기 위한 것으로서, 챔버, 캐리어, 히터, 음극, 아크 발생원, 및 펌프를 구비한다. 상기 챔버는 진공 분위기에서 상기 모재에 상기 피막을 형성하기 위한 소정 공간을 제공한다. 상기 캐리어는 복수의 모재를 적재한 상태로 슬라이딩하여 상기 챔버 내부로 장입되거나 상기 챔버 내부로부터 인출될 수 있으며, 상기 챔버 내부로 장입된 상태에서 상기 챔버에 대하여 음의 바이어스가 인가되고 상기 복수의 모재를 동일한 속도로 회전시킬 수 있다. 상기 히터는 상기 챔버의 내부 분위기와 상기 복수의 모재를 가열한다. 상기 음극에는 상기 모재에 증착할 타겟물질이 적재된다. 상기 아크 발생원은 상기 음극에 아크 방전을 발생시켜서 상기 음극에서 타겟물질의 증발과 이온화를 유발하여 타겟물질 이온이 생성되도록 한다. 상기 펌프는 상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출한다. 상기 제어부는 상기 캐리어, 상기 히터, 상기 아크 발생원, 및 상기 펌프의 동작을 제어한다. 이에 따라 상기 제어부의 제어 하에 상기 아크 발생원에 의해 상기 음극에서 발생된 상기 타겟물질 이온은 상기 캐리어로 유도되어 상기 캐리어에 적재된 상기 복수의 모재에 동시에 피막을 형성하게 된다.According to another aspect of the present invention, a film forming apparatus is for forming a film on a long tube-shaped base material, and includes a chamber, a carrier, a heater, a cathode, an arc generator, and a pump. The chamber provides a predetermined space for forming the film on the base material in a vacuum atmosphere. The carrier may be loaded into the chamber by sliding in a state loaded with a plurality of base materials, or may be withdrawn from the chamber, and a negative bias is applied to the chamber while being loaded into the chamber, and the plurality of base materials Can be rotated at the same speed. The heater heats the internal atmosphere of the chamber and the plurality of base materials. A target material to be deposited on the base material is loaded on the cathode. The arc generating source generates an arc discharge in the negative electrode, causing evaporation and ionization of the target material at the negative electrode to generate target material ions. The pump discharges the gas inside the chamber to the outside. The control unit controls the operation of the carrier, the heater, the arc generator, and the pump. Accordingly, the target material ions generated in the cathode by the arc generating source under the control of the controller are guided to the carrier to simultaneously form a film on the plurality of base materials loaded on the carrier.

본 발명에 따르면, 길이가 긴 핵 연료피복관에 고온산화 저항성이 높은 피막을 한차례의 피막 형성 공정만으로 형성할 수 있다. 본 발명에 의해 피막이 형성된 연료피복관에 따르면, 원자로 운전 중에 지진과 같은 예기치 못한 자연재해나 냉각펌프의 고장과 같은 사태가 발생되어 핵연료봉의 온도가 상승하게 되더라도, 연료피복관의 표면 산화가 억제되기 때문에, 수소 발생이나 수소 폭발로 인한 재앙을 방지할 수 있다. 특히 피막이 균질하게 형성되기 때문에, 피막은 물론 연료피복관의 내부식성과 고온산화 저항성이 향상되어, 이러한 재앙 방지 효과가 증대된다는 효과가 있다.According to the present invention, a film having high resistance to high temperature oxidation can be formed on a long nuclear fuel clad tube by only one film forming step. According to the fuel-clad pipe formed with a film according to the present invention, even if an unexpected natural disaster such as an earthquake or a failure of the cooling pump occurs during operation of the nuclear reactor and the temperature of the nuclear fuel rod increases, the surface oxidation of the fuel-clad pipe is suppressed. Disasters caused by hydrogen generation or hydrogen explosion can be prevented. In particular, since the film is formed homogeneously, corrosion resistance and high temperature oxidation resistance of the fuel-clad pipe as well as the film are improved, thereby increasing the disaster prevention effect.

또한, 다수의 연료피복관을 회전시키면서 다수의 연료피복관에 동시에 피막 형성을 수행할 수 있기 때문에, 작업 효율성과 생산성이 크게 향상되는 장점이 있다.In addition, since it is possible to simultaneously form a film on a plurality of fuel-clad pipes while rotating a plurality of fuel-clad pipes, there is an advantage in that work efficiency and productivity are greatly improved.

아울러, 피막이 아크 이온 플레이팅에 의해 형성되기 때문에, 연료피복관에 대한 피막의 밀착성과 증착 속도가 매우 높다는 이점이 있다.In addition, since the film is formed by arc ion plating, there is an advantage that the adhesion of the film to the fuel-coated tube and the deposition rate are very high.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피막 형성 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 피막 형성 장치의 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 1의 피막 형성 장치의 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피복관 캐리어의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 피복관 캐리어에 연료피복관 모재가 장착된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 발생원의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 따른 피막 형성 과정을 보여주는 순서도이다.1 is a schematic plan view of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic front view of the film forming apparatus of FIG. 1.
3 is a schematic side view of the film forming apparatus of FIG. 1.
4 is a schematic plan view of a cladding carrier according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a state in which a fuel clad tube base material is mounted on the cladding tube carrier of FIG. 4.
6 is a schematic cross-sectional view of an arc generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a flow chart showing a film formation process according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피막 형성 장치의 개략적인 평면도이고, 도 2는 피막 형성 장치의 개략적인 정면도이며, 도 3은 피막 형성 장치의 개략적인 측면도이다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 3에는 장치 외관에 그치치 않고 장치 내부에 마련된 구성을 함께 도시하였다. 도시된 피막 형성 장치는 다수의 연료피복관 모재를 장입하고, 아크 증발원을 이용한 아크 이온 플레이팅(Arc ion plating) 방식으로 순수 크롬, 크롬 합금 내지 크롬-계 합금, 또는 크롬-함유 합금으로 된 피막을 다수의 연료피목관 모재에 동시에 형성한다.1 is a schematic plan view of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic front view of a film forming apparatus, and FIG. 3 is a schematic side view of a film forming apparatus. For convenience of explanation, Figs. 1 to 3 illustrate not only the external appearance of the device, but also a configuration provided inside the device. In the illustrated film forming apparatus, a plurality of fuel clad tube base materials are charged, and a film made of pure chromium, a chromium alloy or a chromium-based alloy, or a chromium-containing alloy is formed by an arc ion plating method using an arc evaporation source. It is formed simultaneously on the base material of a plurality of fuel crusts

여기서, 연료피복관 모재는 예컨대 길이가 4 미터(m), 외경이 9.8 밀리미터(mm), 두께가 1 mm인 크기를 가질 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 연료피복관 모재는 금속 지르코늄 또는 지르칼로이-2나 지르칼로이-4와 같은 지르코늄 합금 재질로 되어 있을 수 있다. 여기서, 지르칼로이-2는 약 1.4중량%의 주석, 0.15중량%의 철, 0.1%wt의 크롬 및 0.06중량%의 니켈, 1,000ppm의 산소와, 나머지의 지르코늄을 함유한다. 지르칼로이-4는 약 1.4중량%의 주석, 0.21중량%의 철, 0.11중량%의 크롬, 30ppm의 니켈, 1200ppm의 산소와, 나머지의 지르코늄을 함유한다. 그렇지만, 연료피복관 모재의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 크롬과 알루미늄의 중량비가 대략 9:1인 크롬과 알루미늄 합금이 사용될 수도 있다.Here, the fuel-clad tube base material may have a size of, for example, a length of 4 meters (m), an outer diameter of 9.8 millimeters (mm), and a thickness of 1 mm, but the present invention is not limited thereto. The fuel clad tube base material may be made of a metal zirconium or a zirconium alloy material such as zircaloy-2 or zircaloy-4. Here, zircaloy-2 contains about 1.4% by weight of tin, 0.15% by weight of iron, 0.1% by weight of chromium and 0.06% by weight of nickel, 1,000 ppm of oxygen, and the remainder of zirconium. Zircaloy-4 contains about 1.4 wt% tin, 0.21 wt% iron, 0.11 wt% chromium, 30 ppm nickel, 1200 ppm oxygen, and the balance zirconium. However, the material of the base material of the fuel-clad tube is not limited thereto, and for example, a chromium-aluminum alloy having a weight ratio of chromium and aluminum of approximately 9:1 may be used.

피막 형성을 위한 재료를 공급하는 크롬 타겟은 순수한 크롬으로 되어있을 수도 있고, 크롬 합금 내지 크롬-계 합금이나, 크롬-함유 합금으로 되어있을 수도 있다. 여기서, "순수한 크롬"은 임의의 야금 기능에 기여하지 않는 미량의 불순물을 포함할 수 있는 100% 금속 크롬을 의미한다. 예를 들어, 순수한 크롬은 몇 ppm의 산소를 함유할 수 있다. "크롬 합금" 내지 크롬-계 합금"은, 지배적이거나 다수의 원소로서 크롬을을, 특정 기능에 기여하는 작지만 합당한 양의 다른 원소와 함께 함유하는 합금을 지칭한다. 크롬 합금은 80 내지 99 원자%의 크롬를 포함할 수 있다. 크롬 합금의 다른 원소는 규소, 이트륨, 알루미늄, 티타늄, 니오븀, 지르코늄 및 다른 전이 금속 원소로부터 선택된 하나 이상의 화학적 원소를 포함할 수 있다. 이러한 원소는 예를 들어 0.1 내지 20 원자%의 함량으로 존재할 수 있다. "크롬-함유 합금"은 다수의 원소보다 적은 양으로 크롬이 첨가된 것이다. 예를 들어, 크롬-함유 합금은 16 내지 18%의 크롬과 10 내지 14% 니켈을 함유할 수 있다. 청구범위를 포함하여 이하의 설명에서, "크롬"이란 용어는 이와 같은 순수 크롬, 크롬 합금 내지 크롬-계 합금, 및 크롬-함유 합금에서 선택된 어느 하나를 의미하는 것으로 사용된다. 본 발명에 따르면, 크롬 피막은 연료피복관 모재의 외주면의 적어도 일부에 예컨대 5 마이크론의 두께로 형성될 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The chromium target that supplies the material for film formation may be made of pure chromium, may be made of a chromium alloy, a chromium-based alloy, or a chromium-containing alloy. Here, "pure chromium" means 100% metallic chromium, which may contain trace amounts of impurities that do not contribute to any metallurgical function. For example, pure chromium can contain several ppm of oxygen. "Chrome alloys" to chromium-based alloys" refer to alloys containing chromium as the dominant or multiple element, together with small but reasonable amounts of other elements contributing to a particular function. Chromium alloys are 80 to 99 atomic percent. Other elements of the chromium alloy may include one or more chemical elements selected from silicon, yttrium, aluminum, titanium, niobium, zirconium and other transition metal elements, such as 0.1 to 20 elements. A "chromium-containing alloy" is one containing chromium in an amount less than that of many elements, for example, a chromium-containing alloy contains 16 to 18% chromium and 10 to 14% nickel. In the following description, including the claims, the term "chrome" is used to mean any one selected from such pure chromium, chromium alloys to chromium-based alloys, and chromium-containing alloys. According to the present invention, the chromium film may be formed on at least a part of the outer circumferential surface of the base material of the fuel-clad tube to a thickness of, for example, 5 microns, but the present invention is not limited thereto.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 피막 형성 장치는 테이블(10) 상에 설치되는 진공 챔버(100)와, 다수의 연료피복관 모재가 안착된 상태에서 진공 챔버(100) 내부로 장입되고 진공 챔버(100)로부터 외부로 인출될 수 있는 피복관 캐리어(200)를 구비한다.1 to 3, the film forming apparatus is charged into the vacuum chamber 100 in a state in which a vacuum chamber 100 installed on the table 10 and a plurality of fuel-coated tube base materials are seated, and the vacuum chamber ( It is provided with a cladding carrier 200 that can be drawn out from 100.

진공 챔버(100)는 대략 직육면체 형상으로 되어 있으며, 진공 분위기에서 연료피복관 모재에 아크 이온 플레이팅에 의해 피막을 형성할 수 있도록 소정 공간을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 진공 챔버(100)는 912㎜ x 4,652㎜ x 500 ㎜의 크기를 갖는다. 진공 챔버(100)는 전방으로 개폐될 수 있는 복수의 도어(102a~102d)가 전면에 설치되고, 일 측면에도 측방향으로 개폐될 수 있는 도어(104)가 설치되며, 이에 대향하는 타 측면에도 도어(106)가 설치된다. 또한, 진공 챔버(100)의 상부면에도 상방으로 개폐될 수 있는 복수의 도어(108a)가 설치된다.The vacuum chamber 100 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and provides a predetermined space to form a film by arc ion plating on the base material of the fuel-clad tube in a vacuum atmosphere. In one embodiment, the vacuum chamber 100 has a size of 912 mm x 4,652 mm x 500 mm. In the vacuum chamber 100, a plurality of doors 102a to 102d that can be opened and closed in front are installed on the front side, and a door 104 that can be opened and closed in a lateral direction is also installed on one side, and the other side opposite to the door 104 is also installed. A door 106 is installed. In addition, a plurality of doors 108a that can be opened and closed upward are also installed on the upper surface of the vacuum chamber 100.

진공 챔버(100)에는 복수의 히터(110)와, 복수의 아크 발생원(120)과, 터보 펌프(160)와, 로터리/부스터 펌프(170)가 설치된다. 그밖에, 진공 챔버(100)에는 후술하는 바와 같이 필요한 분압을 형성시킬 수 있도록 반응 가스 혹은 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 기체를 유입시키는 가스 주입관이 설치된다. 아울러, 진공 챔버(100)에는 상기 아크 발생원(120)과, 히터(110), 피복관 캐리어(200)에 바이어스를 인가하기 위한 피드쓰루가 형성된다.A plurality of heaters 110, a plurality of arc generators 120, a turbo pump 160, and a rotary/booster pump 170 are installed in the vacuum chamber 100. In addition, a gas injection pipe for introducing a reactive gas or an inert gas such as argon (Ar) is installed in the vacuum chamber 100 so as to form a required partial pressure as described later. In addition, a feed through for applying a bias to the arc generating source 120, the heater 110, and the cladding tube carrier 200 is formed in the vacuum chamber 100.

본 실시예에서 복수의 히터(110) 각각은 진공 챔버(100) 내에서 아크 발생원(120)의 주변에 연료피복관 모재를 향하도록 설치된다. 복수의 히터(110)는 피막 형성 공정에서 진공 챔버(100) 내부의 온도와 연료피복관 모재의 온도를 상승시킬 수 있다. 또한, 상기 히터(110)는 피막 형성 공정 초기에 연료피복관 모재에 붙어있는 불순물을 날려주는 기능도 수행한다. 일 실시예에 있어서, 히터(110)는 32개가 마련되며, 각 히터(100)는 1.5 킬로와트 카트리지 히터로 구현된다. 각 히터(110)와 피처리물인 연료피복관 모재까지의 거리는 50~250 mm의 범위에서 조정이 가능하다. 한편, 진공 챔버(100) 내부에 장입되는 피복관 캐리어(200)의 하측에는 보조 히터(112)가 설치된다.In this embodiment, each of the plurality of heaters 110 is installed in the vacuum chamber 100 so as to face the fuel-clad tube base material around the arc generating source 120. The plurality of heaters 110 may increase the temperature of the inside of the vacuum chamber 100 and the temperature of the base material of the fuel-coated tube in the film forming process. In addition, the heater 110 also performs a function of blowing impurities attached to the base material of the fuel-coated tube at the beginning of the film forming process. In one embodiment, 32 heaters 110 are provided, and each heater 100 is implemented as a 1.5 kilowatt cartridge heater. The distance between each of the heaters 110 and the base material of the fuel-clad pipe that is the object to be treated can be adjusted in the range of 50 to 250 mm. On the other hand, an auxiliary heater 112 is installed under the covering tube carrier 200 charged into the vacuum chamber 100.

복수의 아크 발생원(120)은 진공 챔버(100)의 상부면 내측에 설치된다. 도 1 내지 3에 도시된 실시예에서, 복수의 아크 발생원(120)은 진공 챔버(100)의 상측에 마련된 도어(108a) 저면에서, 피복관 캐리어(200)에 대향할 수 있도록 피복관 캐리어(200)를 따라 다수 개 설치된다. 도시된 실시예에서 아크 발생원(120)은 24개가 마련되어 있다. 다수의 아크 발생원(120) 각각은 아크 증발원인 크롬 타겟이 적재되는 음극을 구비하며, 아크 방전에 의해 상기 음극으로부터 용융 및 증발시킨다.A plurality of arc generating sources 120 are installed inside the upper surface of the vacuum chamber 100. In the embodiment shown in Figs. 1 to 3, the plurality of arc generating sources 120 are in the bottom of the door 108a provided on the upper side of the vacuum chamber 100, the cladding tube carrier 200 so as to be able to face the cladding tube carrier 200 Several are installed along the line. In the illustrated embodiment, 24 arc generating sources 120 are provided. Each of the plurality of arc generating sources 120 has a cathode loaded with a chromium target as an arc evaporation source, and melts and evaporates from the cathode by arc discharge.

아크 발생원(120)은 연료피복관 모재에 증착 및 도금되는 아크 증발원인 크롬 타겟이 적재되는 음극을 구비하고, 이를 지지 및 고정하며 상기 음극에 아크 스폿을 발생시켜서 음극에서 진공 아크 방전이 일어나도록 한다. 아크 방전을 위하여, 진공 챔버(100)에는 양(+) 전위가 인가되고 음극에는 음(-) 전위가 인가되어, 진공 챔버(100)와 음극 사이에 아크 방전이 일어날 수 있도록 한다. 아크 방전에 의해, 크롬은 용융 및 증발이 일어남과 동시에 이온화된다. 위에서 언급한 바와 같이, 크롬 타겟을 구성하는 크롬은 순수 크롬, 크롬 합금 내지 크롬-계 합금, 및 크롬-함유 합금에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The arc generating source 120 has a cathode loaded with a chromium target, which is an arc evaporation source deposited and plated on a fuel-clad tube base material, and supports and fixes it, and generates an arc spot at the cathode so that a vacuum arc discharge occurs at the cathode. For arc discharge, a positive (+) potential is applied to the vacuum chamber 100 and a negative (-) potential is applied to the cathode, so that an arc discharge can occur between the vacuum chamber 100 and the cathode. By arc discharge, chromium is ionized at the same time as melting and evaporation occur. As mentioned above, the chromium constituting the chromium target may be any one selected from pure chromium, a chromium alloy or a chromium-based alloy, and a chromium-containing alloy.

터보 펌프(160)는 진공 챔버(100) 내부에 있는 공기나 반응 가스 혹은 아르곤 가스를 외부로 배출하여 진공 챔버(100) 내부를 고진공 상태로 만들 수 있다. 로터리/부스터 펌프(170)는 로터리 베인 펌프와 부스터 펌프가 결합된 것으로서, 진공 챔버(100) 내부에 있는 공기나 반응 가스 혹은 아르곤 가스를 신속하게 외부로 배출할 수 있다.The turbo pump 160 may discharge air, a reaction gas, or argon gas in the vacuum chamber 100 to the outside to make the inside of the vacuum chamber 100 a high vacuum state. The rotary/booster pump 170 is a combination of a rotary vane pump and a booster pump, and can quickly discharge air, reactive gas, or argon gas in the vacuum chamber 100 to the outside.

한편, 피복관 캐리어(200)는 다수의 연료피복관 모재가 안착된 상태에서 레일(280) 상에서 슬라이딩하여 진공 챔버(100) 내부로 장입될 수 있고, 역으로 진공 챔버(100)로부터 외부로 인출될 수도 있다. 진공 챔버(100) 내부에 장입된 상태에서, 피복관 캐리어(200)는 그 상부에 적재되어 있는 다수의 연료피복관 모재를 하방에서 지지한다. 이때, 연료피복관 모재의 표면에 증착되는 크롬 피막의 밀착력을 높이기 위하여, 피복관 캐리어(200)는 연료피복관 모재를 회전시키기 위한 구성과, 진공 챔버(100)에 대하여 바이어스 전압을 인가하는 구성이 추가적으로 구비한다.On the other hand, the cladding tube carrier 200 may slide on the rail 280 in a state in which a plurality of fuel clad tube base materials are seated to be charged into the vacuum chamber 100, and conversely may be drawn out from the vacuum chamber 100 to the outside. have. In a state charged into the vacuum chamber 100, the cladding tube carrier 200 supports a plurality of fuel clad tube base materials loaded thereon from below. At this time, in order to increase the adhesion of the chromium film deposited on the surface of the fuel-coated tube base material, the cover tube carrier 200 is additionally provided with a configuration for rotating the fuel-coated tube base material and a configuration for applying a bias voltage to the vacuum chamber 100. do.

그밖에, 피막 형성 장치는 전원부와, 제어부를 구비한다. 전원부는 24개의 아크 발생원(120) 각각에 대해 마련되는 아크 발생원 전원회로와, 후술하는 바와 같이 연료피복관 모재의 바이어스를 위한 바이어스 전원회로를 포함할 수 있다. 제어부는 장치의 전반적인 동작을 제어하며, PC를 기반으로 구성될 수 있다. 또한, 피막 형성 장치는 진공 챔버(100) 내부에 건조공기를 투입하기 위한 콤프레서에 접속될 수 있다.In addition, the film forming apparatus includes a power supply unit and a control unit. The power supply unit may include an arc generating source power circuit provided for each of the 24 arc generating sources 120 and a bias power supply circuit for biasing the fuel-clad tube base material as described later. The control unit controls the overall operation of the device and can be configured based on a PC. In addition, the film forming apparatus may be connected to a compressor for introducing dry air into the vacuum chamber 100.

도 4는 일 실시예에 따른 피복관 캐리어(200)의 개략적인 평면도이고, 도 5는 피복관 캐리어(200)에 연료피복관 모재(99a~99p)가 장착된 상태를 보여주는 도면이다. 피복관 캐리어(200)는 진공 챔버(100) 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 배치되는 다수의 회전지지봉(210a~210q)과, 다수의 회전지지봉(210a~210q)의 양 단부에 마련되는 제1 및 제2 기어 어셈블리(220, 230)와, 회전지지봉(210a~210q)이 쳐지지 않도록 회동가능한 방식으로 하방에서 지지하는 지지 롤러(250a~250q)를 구비한다.4 is a schematic plan view of a cladding tube carrier 200 according to an embodiment, and FIG. 5 is a view showing a state in which fuel clad tube base materials 99a to 99p are mounted on the cladding tube carrier 200. The cladding tube carrier 200 includes a plurality of rotational support rods 210a to 210q arranged to extend in a transport direction in and out of the vacuum chamber 100, and a first and a first provided at both ends of the plurality of rotational support rods 210a to 210q. It includes second gear assemblies 220 and 230 and support rollers 250a to 250q that are supported from below in a rotatable manner so that the rotation support rods 210a to 210q are not struck.

제1 기어 어셈블리(220)는 다수의 회전지지봉(210a~210q) 각각에 대응하여 마련되는 기어들(220a~220q)과, 상기 기어들(220a~220q) 사이에 각각 삽입되어 동력을 전달하는 보조기어들(222a~222p)을 구비한다. 또한, 제2 기어 어셈블리(230) 역시 다수의 회전지지봉(210a~210q) 각각에 대응하여 마련되는 기어들(230a~230q)과, 상기 기어들(230a~230q) 사이에 각각 삽입되어 동력을 전달하는 보조기어들(232a~232p)을 구비한다.The first gear assembly 220 includes gears 220a to 220q provided corresponding to each of a plurality of rotation support rods 210a to 210q, and an auxiliary device that is inserted between the gears 220a to 220q to transmit power. It has gears (222a to 222p). In addition, the second gear assembly 230 is also inserted between the gears 230a to 230q provided corresponding to each of the plurality of rotation support rods 210a to 210q and the gears 230a to 230q to transmit power. It is provided with auxiliary gears (232a ~ 232p).

기어들(220a~220q) 각각은 동일한 크기와 기어비를 가진다. 또한, 보조기어들(222a~222p) 각각은 동일한 크기와 기어비를 가진다. 보조기어(222a)는 2개의 기어(220a, 220b) 사이에서 이들 기어에 치합되고, 보조기어(222b)는 2개의 기어(220b, 220c) 사이에서 이들 기어에 치합되며, 이와 같은 방식으로 각 기어들(220a~220q)과 보조기어들(222a~222p)이 엇갈려가며 순차적으로 배치되어 있다.Each of the gears 220a to 220q has the same size and gear ratio. In addition, each of the auxiliary gears 222a to 222p has the same size and gear ratio. The auxiliary gear (222a) is meshed to these gears between the two gears (220a, 220b), the auxiliary gear (222b) is meshed to these gears between the two gears (220b, 220c), and each gear in this way The fields 220a to 220q and the auxiliary gears 222a to 222p are alternately arranged in sequence.

이에 따라, 제1 기어 어셈블리(220) 내에 있는 기어들(220a~220q)은 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 마찬가지로, 제2 기어 어셈블리(230) 내에 있는 기어들(230a~230q)은 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 제1 기어 어셈블리(220)와 제2 기어 어셈블리(230)는 모터(미도시)에 의해 구동된다. 이때, 제1 기어 어셈블리(220)와 제2 기어 어셈블리(230)는 체인이나 벨트와 같은 동력전달기구에 의해 연결되어, 하나의 모터에 의해 서로 동일한 회전속도, 예컨대 1~10 rpm의 속도로 회전할 수 있게 되어 있는 것이 바람직하다.Accordingly, the gears 220a to 220q in the first gear assembly 220 may rotate in the same direction. Likewise, the gears 230a to 230q in the second gear assembly 230 may rotate in the same direction. The first gear assembly 220 and the second gear assembly 230 are driven by a motor (not shown). At this time, the first gear assembly 220 and the second gear assembly 230 are connected by a power transmission mechanism such as a chain or belt, and rotated at the same rotational speed, for example, 1-10 rpm by one motor. It is desirable to be able to do it.

제1 회전지지봉(210a)은 제1 기어 어셈블리(220)의 기어(220a)와 제2 기어 어셈블리(230)의 기어(230a)에 축심이 일치되게 결합되어 있다. 제2 회전지지봉(210b)은 제1 기어 어셈블리(220)의 기어(220b)와 제2 기어 어셈블리(230)의 기어(230b)에 축심이 일치되게 결합되어 있다. 나머지 회전지지봉들(210c~210q)도 마찬가지 방식으로 제1 기어 어셈블리(220)와 제2 기어 어셈블리(230) 사이에 설치된다. 각 회전지지봉(210a~210q) 사이의 간격은 연료피복관 모재(99a~99p)의 외경보다 작게 되어 있어서, 서로 인접한 두 개의 회전지지봉 사이의 상측에 하나의 연료피복관 모재(99a~99p)가 안착될 수 있게 되어 있다.The first rotational support rod 210a is coupled to the gear 220a of the first gear assembly 220 and the gear 230a of the second gear assembly 230 so that their axial centers coincide. The second rotation support rod 210b is coupled to the gear 220b of the first gear assembly 220 and the gear 230b of the second gear assembly 230 so that the axial center thereof is aligned. The remaining rotation support rods 210c to 210q are also installed between the first gear assembly 220 and the second gear assembly 230 in the same manner. Since the distance between each rotational support rod (210a~210q) is smaller than the outer diameter of the fuel clad tube base material (99a~99p), one fuel clad tube base material (99a~99p) will be mounted on the upper side between two adjacent rotational support rods. It has become possible.

이에 따라, 피복관 캐리어(200)가 진공 챔버(100) 내부로 장입된 상태에서, 제1 기어 어셈블리(220)의 기어들(220a~220q)과 제2 기어 어셈블리(230)의 기어들(230a~230q)이 회전하게 되면, 회전지지봉들(210a~210q)도 회전하고, 회전지지봉들(210a~210q) 위에 적재된 연료피복관 모재(99a~99p)도 함께 회전하게 된다.Accordingly, in a state in which the cladding tube carrier 200 is charged into the vacuum chamber 100, the gears 220a to 220q of the first gear assembly 220 and the gears 230a to the second gear assembly 230 When 230q) rotates, the rotation support rods 210a to 210q also rotate, and the fuel clad tube base material 99a to 99p loaded on the rotation support rods 210a to 210q also rotates.

한편, 피복관 캐리어(200)의 회전지지봉들(210a~210q)에는 피복관 캐리어(200)가 진공 챔버(100) 내부로 장입된 상태에서 진공 챔버(100)에 대하여 음(-) 전위를 갖는 바이어스 전압이 제1 기어 어셈블리(220) 또는 제2 기어 어셈블리(230)를 통해서 인가될 수 있다. 이에 따라, 아크 발생원(120)에서 생성되는 크롬 이온은 회전지지봉들(210a~210q)에 인가되는 음(-) 전위의 바이어스 전압에 의해 연료피복관 모재(99a~99p)로 유도되어 증착될 수 있게 된다.Meanwhile, a bias voltage having a negative (-) potential with respect to the vacuum chamber 100 in a state in which the cover tube carrier 200 is charged into the vacuum chamber 100 in the rotational support rods 210a to 210q of the cover tube carrier 200 It may be applied through the first gear assembly 220 or the second gear assembly 230. Accordingly, the chromium ions generated by the arc generating source 120 are guided to the fuel clad tube base material 99a to 99p by a bias voltage of negative (-) potential applied to the rotating support rods 210a to 210q so that they can be deposited. do.

도시된 실시예에 따르면, 피복관 캐리어(200)에 17개의 회전지지봉들(210a~210q)이 마련되고 이에 따라 16개의 연료피복관 모재(99a~99p)가 동시에 적재될 수 있어서, 연료피복관 모재(99a~99p)에 동시에 피막 형성이 이루어질 수 있다. 그렇지만, 동시에 처리가능한 연료피복관 모재의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.According to the illustrated embodiment, 17 rotational support rods 210a to 210q are provided on the cladding tube carrier 200, and thus 16 fuel clad tube base materials 99a to 99p can be simultaneously loaded, so that the fuel clad tube base material 99a The film can be formed simultaneously at ~99p). However, the number of fuel clad tube base materials that can be treated at the same time is not limited thereto.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 발생원(120)을 개략적으로 보여준다. 도시된 실시예에 따른 아크 발생원(120)은 연료피복관 모재(99a~99p)에 증착 및 도금되는 아크 증발원인 크롬 타겟이 적재된 음극(400)과 결합되어 이를 지지하고 고정하며, 상기 음극(400)에 아크 스폿을 발생시켜서 음극(400)에서 크롬의 용융 및 증발이 일어나도록 한다. 아크 발생원(120)은 고정판(420)과, 몸체(422)와, 음극 홀더(424)와, 냉각관(426)과, 영구자석(428)과, 이중 차폐막(428)과, 가스 주입관(432)과, 이그니터(434)를 구비한다.6 schematically shows an arc generator 120 according to an embodiment of the present invention. The arc generating source 120 according to the illustrated embodiment is coupled to a cathode 400 loaded with a chromium target, which is an arc evaporation source deposited and plated on the fuel-clad tube base material 99a to 99p, and supports and fixes it, and the cathode 400 ) By generating an arc spot to cause the melting and evaporation of chromium in the cathode 400. The arc generating source 120 includes a fixed plate 420, a body 422, a cathode holder 424, a cooling tube 426, a permanent magnet 428, a double shielding film 428, and a gas injection tube ( 432 and an igniter 434 are provided.

고정판(420)은 상기 몸체(422), 음극 홀더(424), 냉각관(426), 영구자석(428), 이중차폐막(430), 가스 주입관(432), 및 이그니터(434) 등이 고정 및 지지될 수 있도록 위한 것으로서, 진공 챔버(100)와 절연된 상태로 설치된다.The fixing plate 420 includes the body 422, the cathode holder 424, the cooling tube 426, the permanent magnet 428, the double shielding film 430, the gas injection tube 432, and the igniter 434. This is to be fixed and supported, and is installed in a state insulated from the vacuum chamber 100.

몸체(422)는 상기 고정판(420)에 의해 지지 및 고정되며, 상부에 음극 홀더(424)가 설치되고, 그 내부에는 냉각관(426) 등이 설치된다.The body 422 is supported and fixed by the fixing plate 420, a cathode holder 424 is installed on the top, and a cooling tube 426 is installed therein.

음극 홀더(424)는 상기 몸체(422)의 상측에 설치되어, 아크 증발원인 음극(400)을 고정시켜 지지한다.The cathode holder 424 is installed on the upper side of the body 422 to fix and support the cathode 400 as an arc evaporation source.

냉각관(426)은 냉각수가 흐르는 경로를 제공하며, 아크 발생원(120)에서 음극(400)을 제외한 부분 즉, 음극 홀더(424) 및 여타의 부재가 과열되는 것을 방지한다.The cooling pipe 426 provides a path for the cooling water to flow, and prevents the arc generator 120 from being overheated in a portion other than the cathode 400, that is, the cathode holder 424 and other members.

영구자석(428)은 자기장이 음극(400)에 수직하게 관통되도록 배치되며, 아크 스폿이 음극(400) 내에서 안정적으로 발생되도록 유도하고, 음극(400)에서 증발되어 이온화되어 형성되는 크롬 이온이 자력선을 따라서 나선 운동하도록 하여 크롬 이온의 활성화를 촉진시키고 밀착력이 큰 코팅막을 형성할 수 있도록 한다. 일 실시예에 있어서, 영구자석(428)은 원판 형상의 음극(400)과 환형의 음극 홀더(424)의 외측에 배치되고 환형으로 되어 있다. 그렇지만, 이는 음극(400)이 원판 형상 이외의 형상으로 되어 있는 경우, 영구자석(428)은 음극(400) 형상에 대응하여 다른 형상을 가지게 된다.The permanent magnet 428 is arranged so that a magnetic field penetrates perpendicularly to the cathode 400, induces an arc spot to be stably generated in the cathode 400, and chromium ions formed by evaporation and ionization at the cathode 400 are The helical motion along the magnetic line of force promotes the activation of chromium ions and makes it possible to form a coating film with high adhesion. In one embodiment, the permanent magnet 428 is disposed on the outside of the negative electrode 400 in the form of a disk and the negative electrode holder 424 in the annular shape and has an annular shape. However, this means that when the cathode 400 has a shape other than a disk shape, the permanent magnet 428 has a different shape corresponding to the shape of the cathode 400.

이중 차폐막(430)은, 음극(400)으로부터 생성된 크롬 타겟의 입자 중에서 크기가 과도하게 커서 연료피복관 모재(99a~99p) 상에 증착시 증착 표면특성을 저하시키는 매크로 파티클(macro particle)이 상기 연료피복관 모재(99a~99p)에 도달하는 것을 방지한다. 이는, 상기 매크로 파티클이 음극(400) 표면으로부터 약 45°각도로 날아간다는 특성을 이용한 것으로, 이중 차폐막(430)을 상기 음극(400) 표면으로부터 상측 방향으로 돌출되도록 설치하여 매크로 파티클이 연료피복관 모재(99a~99p)에 도달하는 것을 최대한 방지할 수 있도록 한다.The double shielding film 430 has an excessively large size among the particles of the chromium target generated from the cathode 400, so that macro particles that deteriorate the deposition surface characteristics when deposited on the fuel-coated tube base materials 99a to 99p are the above. Prevents reaching the fuel clad pipe base material (99a~99p). This utilizes the characteristic that the macro particles fly at an angle of about 45° from the surface of the cathode 400, and a double shielding film 430 is installed to protrude upward from the surface of the cathode 400 so that the macro particles are Try to avoid reaching (99a~99p) as much as possible.

가스 주입관(432)은, 진공챔버(100) 내부에 필요한 분압을 형성시킬 수 있도록 반응 가스 혹은 아르곤(Ar) 등과 같은 불활성 기체를 상기 진공챔버(100) 내부로 공급한다. 이와 같이 음극(400) 주위에서 가스 주입관(432)을 통해 반응 가스를 유입되도록 하는 대신에, 진공 챔버(100)의 일측에 반응가스 유입구를 별도로 마련할 수도 있다. 나아가, 진공 챔버(100)에 형성되는 반응가스 유입구와 상기 가스 주입관(432)을 모두 마련할 수도 있다. 만약 도 6과 같이, 가스 주입관(432)을 음극(400)에 인접하여 설치하면, 음극(400) 표면의 용융온도는 높이고 일함수는 낮추어서, 매크로 파티클이 발생하는 것을 현격히 감소시킬 수 있게 된다.The gas injection pipe 432 supplies a reactive gas or an inert gas such as argon (Ar) into the vacuum chamber 100 so as to form a necessary partial pressure inside the vacuum chamber 100. In this way, instead of introducing the reactive gas through the gas injection pipe 432 around the cathode 400, a reactive gas inlet may be separately provided at one side of the vacuum chamber 100. Further, both the reaction gas inlet and the gas injection pipe 432 formed in the vacuum chamber 100 may be provided. If the gas injection tube 432 is installed adjacent to the cathode 400 as shown in FIG. 6, the melting temperature of the surface of the cathode 400 is increased and the work function is decreased, so that the generation of macro particles can be significantly reduced. .

이그니터(igniter, 434)는 아크 방전 점화를 위한 것이다. 즉, 초기 아크 방전을 용이하게 하여 아크 방전 개시전압을 낮출 수 있도록 한다. 이를 위해, 이그니터(434)에는 양(+) 전위의 전압이 인가된다.The igniter 434 is for arc discharge ignition. That is, the initial arc discharge is facilitated so that the arc discharge start voltage can be lowered. To this end, a voltage of a positive (+) potential is applied to the igniter 434.

한편, 상기 피막 형성 장치의 진공 챔버(100) 내에서 여기서, 음극(400) 및 상기 아크 발생원(120)과 연료피복관 모재(99a~99p) 사이의 거리는 50~200 mm의 범위에서 정해질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 이 거리는 50~200 mm의 범위 내에서 예컨대 나사 조정을 통해서 조절이 가능하도록 구성된다.Meanwhile, in the vacuum chamber 100 of the film forming apparatus, a distance between the cathode 400 and the arc generating source 120 and the fuel-coated tube base material 99a to 99p may be determined in a range of 50 to 200 mm. . In another embodiment, this distance is configured to be adjustable within a range of 50-200 mm, for example through screw adjustment.

이와 같은 아크 발생원(120)을 구비하는 피막 형성 장치는 다음과 같이 동작할 수 있다. 먼저, 터보 펌프(160)를 작동시켜서 진공 챔버(00) 내부를 약 10-4 Torr 이하의 진공상태로 만든 후, 진공 챔버(100) 내에 아르곤 가스를 투입하여 필요한 분압을 형성하고 아크 발생원(120)에서 음극(400)에 바이어스를 인가하여 아크를 발생시킨다. 아크가 발생되면, 크롬 타겟이 융융되고 증발됨과 아울어 이온화되어 크롬 이온들이 생성된다. 이 상태에서 피복관 캐리어(200)의 회전지지봉들(210a~210q)에 진공 챔버(100)에 대하여 음(-) 전위를 갖는 바이어스 전압, 예컨대 -500 내지 -800 V의 전압을 인가하면, 크롬 이온은 음(-) 전위의 바이어스 전압에 의해 끌어당겨져서 연료피복관 모재(99a~99p)에 침적, 증착된다. 이때, 피복관 캐리어(200)의 회전지지봉들(210a~210q)이 회전하여 연료피복관 모재(99a~99p)를 회전시키게 됨에 따라, 연료피복관 모재(99a~99p)에 균질하게 피막이 형성될 수 있다.The film forming apparatus having such an arc generating source 120 may operate as follows. First, the turbo pump 160 is operated to make the inside of the vacuum chamber 00 in a vacuum state of about 10 -4 Torr or less, and then argon gas is introduced into the vacuum chamber 100 to form a required partial pressure, and the arc generating source 120 ) To generate an arc by applying a bias to the cathode 400. When an arc is generated, the chromium target is melted and evaporated as well as ionized to generate chromium ions. In this state, when a bias voltage having a negative (-) potential, for example -500 to -800 V, is applied to the rotating support rods 210a to 210q of the cladding tube carrier 200 with respect to the vacuum chamber 100, chromium ions Is attracted by the bias voltage of negative (-) potential, and is deposited and deposited on the fuel-clad tube base material 99a to 99p. At this time, as the rotational support rods 210a to 210q of the cladding tube carrier 200 rotate to rotate the fuel clad tube base materials 99a to 99p, a film may be uniformly formed on the fuel clad tube base material 99a to 99p.

이상과 같은 피막 형성 장치에서의 피막 형성 과정을 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 7은 본 발명의 따른 피막 형성 과정을 보여주는 순서도이다.The film formation process in the film forming apparatus as described above will be described in more detail with reference to FIG. 7. 7 is a flow chart showing a film formation process according to the present invention.

먼저, 연료피복관 모재(99a~99p)를 피막 형성 장치에 투입하기 전에 세정한다. 세정을 완료한 후, 연료피복관 모재들(99a~99p)을 피복관 캐리어(200)에 장착한다. 이때, 이웃한 회전지지봉들(210a~210q) 사이마다 하나의 연료피복관 모재(99a~99p)를 안착시킨다. 피복관 캐리어(200) 상에 연료피복관 모재들(99a~99p)이 모두 장착되면, 피복관 캐리어(200)를 레일(280) 상에서 슬라이딩시켜 진공 챔버(100) 내부로 장입한다(제500단계).First, the fuel-clad tube base materials 99a to 99p are cleaned before being put into the film forming apparatus. After cleaning is completed, the fuel clad tube base materials 99a to 99p are mounted on the cladding tube carrier 200. At this time, one fuel-clad tube base material 99a-99p is mounted between the adjacent rotating support rods 210a-210q. When all of the fuel clad tube base materials 99a to 99p are mounted on the cladding tube carrier 200, the cladding tube carrier 200 is slid on the rail 280 to be charged into the vacuum chamber 100 (step 500).

피복관 캐리어(200)의 장입이 완료되면, 터보 펌프(160)를 가동시켜 진공 챔버(100) 내부에 있는 공기를 외부로 배출하여 진공 챔버(100) 내부를 약 10-4 Torr 이하의 고진공 상태로 만든다(제502단계).When the charging of the cladding tube carrier 200 is completed, the turbo pump 160 is operated to discharge the air in the vacuum chamber 100 to the outside to bring the inside of the vacuum chamber 100 to a high vacuum state of about 10 -4 Torr or less. Make it (Step 502).

이어서, 히터(110) 및/또는 보조 히터(112)를 가동시켜 진공 챔버(100) 내부의 분위기와 연료피복관 모재들(99a~99p)의 온도를 약 150~300 ℃로 상승시켜서, 세정후에 연료피복들(99a~99p)의 표면에 잔류하는 불순물이 연소되거나 증발되어 제거될 수 있게 한다(제504단계).Subsequently, the heater 110 and/or the auxiliary heater 112 are operated to increase the atmosphere inside the vacuum chamber 100 and the temperature of the fuel-covered tube base materials 99a to 99p to about 150 to 300°C, Impurities remaining on the surfaces of the coatings 99a to 99p are burned or evaporated to be removed (step 504).

그 다음에는, 진공 챔버(100) 내부에 아르곤 가스를 투입하여 필요한 분압을 형성하고, 아크 발생원(120)에서 음극(400)에 진공 챔버(100)에 대하여 바이어스를 인가하여 아크를 발생시킨다. 이때, 크롬 타겟이 증발됨과 아울러 이온화된다. 그리고 피복관 캐리어(200)의 회전지지봉들(210a~210q)을 회전시키면서, 회전지지봉들(210a~210q)에 진공 챔버(100)에 대하여 음(-) 전위를 갖는 바이어스 전압을 인가한다. 예컨대 -500 내지 -800 V의 큰 바이어스 전압을 인가하면, 크롬 이온은 음(-) 전위의 바이어스 전압에 의해 강하게 유도되어 연료피복관 모재(99a~99p)에 충돌하여 연료피복관 모재(99a~99p) 표면을 에칭시킨다(제506단계). 이러한 에칭 공정은 연료피복관 모재(99a~99p) 표면을 클리닝하고, 이후에 증착되는 크롬 또는 크롬 합금의 피막의 결합력을 높일 수 있다.Next, argon gas is introduced into the vacuum chamber 100 to form a required partial pressure, and a bias is applied to the vacuum chamber 100 to the cathode 400 from the arc generating source 120 to generate an arc. At this time, the chromium target is evaporated and ionized. And while rotating the rotation support rods (210a ~ 210q) of the cladding tube carrier 200, a bias voltage having a negative (-) potential with respect to the vacuum chamber 100 is applied to the rotation support rods (210a ~ 210q). For example, when a large bias voltage of -500 to -800 V is applied, chromium ions are strongly induced by the bias voltage of negative (-) potential and collide with the fuel clad tube base material 99a to 99p, and the fuel clad tube base material 99a to 99p. The surface is etched (step 506). This etching process cleans the surface of the base material 99a to 99p of the fuel-clad tube, and increases the bonding strength of the film of chromium or chromium alloy deposited thereafter.

그 다음에는, 진공 챔버(100) 내부의 아르곤 가스를 그대로 유지하여 챔버 내부 압력을 유지하면서, 회전지지봉들(210a~210q)에 인가되는 음(-) 전위 바이어스를 -50 내지 -200 V로 낮추어서, 크롬 이온들이 바이어스 전압에 의해 유도되어 연료피복관 모재(99a~99p) 표면에 증착되도록 한다(제508단계). 크롬 증착은 충분한 두께의 피막이 형성될 때까지 진행된다. 제508단계의 증착 공정에 소요되는 시간은 피막의 두께, 바이어스 크기, 음극에 적재되는 크롬 타겟의 재료, 아크 발생량 등에 다르지만, 30~50 마이크론의 두께를 가지는 피막 형성에 5~12시간이 소요될 수 있다. 이 과정에서, 피복관 캐리어(200)의 회전지지봉들(210a~210q)은 계속 회전하여 연료피복관 모재(99a~99p)를 회전시킴으로써, 연료피복관 모재(99a~99p)에 균질하게 피막이 형성되도록 한다.After that, while maintaining the pressure inside the chamber by maintaining the argon gas inside the vacuum chamber 100, the negative (-) potential bias applied to the rotating support rods 210a to 210q is lowered to -50 to -200 V. , Chromium ions are induced by a bias voltage to be deposited on the surface of the fuel-clad tube base material 99a to 99p (step 508). The chromium deposition proceeds until a film of sufficient thickness is formed. The time required for the deposition process in step 508 differs from the thickness of the film, the size of the bias, the material of the chromium target loaded on the cathode, and the amount of arc generated, but it may take 5 to 12 hours to form a film having a thickness of 30 to 50 microns. have. In this process, the rotational support rods 210a to 210q of the cladding tube carrier 200 continuously rotate to rotate the fuel clad tube base materials 99a to 99p, so that a film is uniformly formed on the fuel clad tube base material 99a to 99p.

충분한 피막 형성이 완료되면, 진공 챔버(100) 내부 분위기와 피막이 형성된 연료피복관을 냉각시킨다(제510단계). 이때, 로터리/부스터 펌프(170)로 진공 챔버(100) 내부 분위기를 형성하는 아르곤 가스, 크롬 이온 등 물질을 외부로 배출하고 공기를 채운 후 자연냉각시킬 수도 있지만, 아르곤 가스 배출과 투입을 반복하면서, 진공 챔버(100) 내부를 냉각시간을 단축시킬 수도 있다. 이때, 아르곤 대신에 헬륨이나 질소과 같은 여타 원소의 가스를 퍼지할 수도 있다.When sufficient film formation is completed, the atmosphere inside the vacuum chamber 100 and the fuel-coated pipe on which the film is formed are cooled (step 510). At this time, substances such as argon gas and chromium ions that form the atmosphere inside the vacuum chamber 100 may be discharged to the outside by the rotary/booster pump 170, filled with air, and then naturally cooled, but the argon gas is discharged and injected repeatedly. , It is also possible to shorten the cooling time inside the vacuum chamber 100. At this time, instead of argon, a gas of other elements such as helium or nitrogen may be purged.

냉각이 완료되면, 피복관 캐리어(200)를 진공 챔버(100) 외부로 인출하여, 연료피복관을 회수하게 된다. 이와 같이 피복이 형성된 연료피복관은 피복이 균질하게 형성되어 있기 때문에, 장기간에 걸쳐 연료피복관 모재의 부식을 방지하고 고온에서의 산화 가능성을 감소시켜서 수소발생 및 폭발 가능성을 현저히 감소시킬 수 있게 된다.When cooling is completed, the clad tube carrier 200 is drawn out of the vacuum chamber 100 to recover the fuel clad tube. Since the coating is formed uniformly in the fuel-clad pipe in which the coating is formed, it is possible to significantly reduce the possibility of hydrogen generation and explosion by preventing corrosion of the fuel-clad pipe base material over a long period of time and reducing the possibility of oxidation at high temperatures.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다양한 방식으로 변형될 수 있고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways without changing the technical idea or essential features thereof, and can be implemented in other specific forms.

예컨대, 이상에서 설명한 실시예에서는, 제1 기어 어셈블리(220)와 제2 기어 어셈블리(230)가 회전지지봉들(400a~400m)에 회전동력을 전달하지만, 다른 실시예에서는 제1 기어 어셈블리(220)와 제2 기어 어셈블리(230) 중 어느 하나가 생략되고, 그 대신에 회전지지봉들(400a~400m)의 회전을 추동하면서 회전지지봉들(400a~400m)을 지지하는 지지부재가 마련될 수도 있다.For example, in the embodiment described above, the first gear assembly 220 and the second gear assembly 230 transmit rotational power to the rotational support rods 400a to 400m, but in other embodiments, the first gear assembly 220 ) And the second gear assembly 230 may be omitted, and instead, a support member for supporting the rotational support rods 400a to 400m may be provided while driving the rotation of the rotational support rods 400a to 400m. .

한편, 이상에서는 모터에 의해 발생된 회전동력을 제1 기어 어셈블리(220) 및/또는 제2 기어 어셈블리(230)에 있는 기어들이 회전지지봉들(400a~400m)에 전달하여 회전지지봉들(400a~400m)을 회전시키고, 이에 따라 회전지지봉들(400a~400m) 위에 적재된 연료피복관 모재(99a~99p)가 회동하는 실시예에 대하여 설명하였지만, 다른 실시예에 있어서는, 상기 기어들이 회전지지봉들(400a~400m)이 아니라 연료피복관 모재(99a~99p)에 직접 회전동력을 전달할 수도 있다. 이와 같은 실시예에서는, 각 연료피복관 모재(99a~99p)를 제1 기어 어셈블리(220) 및/또는 제2 기어 어셈블리(230)에 있는 기어들에 선택적으로 축결합될 수 있도록 견고하게 체결하는 체결부재가 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 실시예에서는 회전지지봉들(400a~400m)이 하나 이상의 롤러들로 대체될 수도 있다. 특히, 회전지지봉에서 롤러가 접촉하는 부분에 상대적으로 코팅 두께가 얇아지는 것을 방지하기 위하여, 회전지지봉에서 롤러가 접촉하는 부분이 시간에 따라 변경될 수 있게 할 수도 있다. 이와 같은 실시예는 위에서 설명한 실시예를 토대로 당업자가 용이하게 구현할 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.Meanwhile, in the above, the gears in the first gear assembly 220 and/or the second gear assembly 230 transmit the rotational power generated by the motor to the rotational support rods 400a to 400m, and the rotational support rods 400a to 400a 400m), and accordingly, an embodiment in which the fuel clad tube base material 99a to 99p loaded on the rotation support rods 400a to 400m rotates, but in another embodiment, the gears are rotated support rods ( 400a~400m), but it is also possible to directly transmit rotational power to the fuel clad tube base material (99a~99p). In this embodiment, each fuel clad tube base material 99a to 99p is rigidly fastened so that it can be selectively axially coupled to the gears in the first gear assembly 220 and/or the second gear assembly 230 It is preferable that the member is provided. In addition, in this embodiment, the rotational support rods 400a to 400m may be replaced with one or more rollers. In particular, in order to prevent the coating thickness from being relatively thinner to the portion where the rollers contact the rotary support rod, the portion of the rotary support rod that the rollers contact may be changed over time. Since such an embodiment can be easily implemented by a person skilled in the art based on the above-described embodiment, a detailed description is omitted.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

99a~99p: 연료피복관 모재
10: 테이블 100: 진공 챔버
102a~102d, 104, 106, 108a: 도어
110: 히터 112: 보조 히터
120: 아크 발생원
160: 터보 펌프 170: 로터리/부스터 펌프
200: 피복관 캐리어 210a~210q: 회전지지봉
220: 제1 기어 어셈블리
220a~220q: 기어 222a~222p: 보조기어
230: 제2 기어 어셈블리
230a~230q: 기어 232a~232p: 보조기어
250a~250q: 지지 롤러 280: 레일
420: 고정판 422: 몸체
424: 음극 홀더 426: 냉각관
428: 영구자석 428: 이중 차폐막
432: 가스 주입관 434: 이그니터99a~99p: Fuel clad tube base material
10: table 100: vacuum chamber
102a~102d, 104, 106, 108a: door
110: heater 112: auxiliary heater
120: arc generator
160: turbo pump 170: rotary/booster pump
200: clad carrier 210a to 210q: rotating support rod
220: first gear assembly
220a~220q: gear 222a~222p: auxiliary gear
230: second gear assembly
230a~230q: Gear 232a~232p: auxiliary gear
250a~250q: support roller 280: rail
420: fixing plate 422: body
424: cathode holder 426: cooling tube
428: permanent magnet 428: double shielding
432: gas injection pipe 434: igniter

Claims (8)

길이가 긴 튜브 형상의 핵연료피복관 모재에 피막을 형성하기 위한 피막 형성 장치로서,
진공 분위기에서 상기 핵연료피복관 모재에 상기 피막을 형성하기 위한 소정 공간을 제공하는 챔버;
복수의 핵연료피복관 모재를 적재한 상태로 슬라이딩하여 상기 챔버 내부로 장입되거나 상기 챔버 내부로부터 인출될 수 있으며, 상기 챔버 내부로 장입된 상태에서 상기 챔버에 대하여 음의 바이어스가 인가되고 상기 복수의 모재를 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 캐리어;
상기 챔버의 내부 분위기와 상기 복수의 핵연료피복관 모재를 가열하기 위한 히터;
상기 모재에 증착할 크롬 타겟이 적재되는 음극;
상기 음극에 아크 방전을 발생시켜서 상기 음극에서 상기 크롬 타겟의 증발과 이온화를 유발하여 크롬 이온이 생성되도록 하는 아크 발생원;
상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출하기 위한 펌프; 및
상기 캐리어, 상기 히터, 상기 아크 발생원, 및 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부;
를 구비하여, 상기 제어부의 제어 하에 상기 아크 발생원에 의해 상기 음극에서 발생된 크롬 이온이 상기 캐리어로 유도되어 상기 캐리어에 적재된 상기 복수의 핵연료피복관 모재에 동시에 피막을 형성하는 피막 형성 장치.As a film forming device for forming a film on the base material of a long tube-shaped nuclear fuel coated tube,
A chamber providing a predetermined space for forming the film on the nuclear fuel coated tube base material in a vacuum atmosphere;
A plurality of nuclear fuel-coated tube base materials may be slid and loaded into the chamber or removed from the chamber, and a negative bias is applied to the chamber while being loaded into the chamber, and the plurality of base materials are removed. A carrier capable of rotating at the same speed;
A heater for heating the inner atmosphere of the chamber and the plurality of nuclear fuel coated tube base materials;
A cathode on which a chromium target to be deposited is loaded on the base material;
An arc generator for generating an arc discharge at the cathode to cause evaporation and ionization of the chromium target at the cathode to generate chromium ions;
A pump for discharging the gas inside the chamber to the outside; And
A control unit for controlling operations of the carrier, the heater, the arc generator, and the pump;
And wherein chromium ions generated at the cathode by the arc generator are guided to the carrier under the control of the control unit to simultaneously form a film on the plurality of nuclear fuel clad tube base materials loaded on the carrier. 청구항 1에 있어서, 상기 캐리어는
상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 배치되고, 각각의 사이에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 적재될 수 있게 해주는 다수의 회전지지봉;
상기 다수의 회전지지봉의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 다수의 회전지지봉을 회전시키는 회전지지봉 구동부; 및
상기 다수의 회전지지봉을 하방에서 지지하는 지지 부재;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method of claim 1, wherein the carrier is
A plurality of rotational support rods disposed to extend in the transfer direction into and out of the chamber, and allowing any one of the plurality of base materials to be loaded between each of the plurality of rotational support rods;
A rotation support rod driving unit provided at at least one end of the plurality of rotation support rods to rotate the plurality of rotation support rods; And
A support member supporting the plurality of rotational support rods from below;
A film forming apparatus comprising a. 청구항 1에 있어서, 상기 캐리어는
각각에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 적재될 수 있게 해주는 다수의 하방지지 부재; 및
상기 복수의 모재의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 복수의 모재를 회전시키는 모재 회전구동부;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method of claim 1, wherein the carrier is
A plurality of lower barrier paper members that allow any one of the plurality of base materials to be loaded so as to extend in the transfer direction into and out of the chamber; And
A base material rotation drive unit provided at at least one end of the plurality of base materials to rotate the plurality of base materials;
A film forming apparatus comprising a. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터는
상기 챔버 내에서 상기 캐리어의 상부 또는 하부에 설치되는 메인 히터; 및
상기 캐리어에 대하여 상기 메인 히터의 반대편에 설치되는 보조 히터;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater is
A main heater installed above or below the carrier in the chamber; And
An auxiliary heater installed on the opposite side of the main heater with respect to the carrier;
A film forming apparatus comprising a. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프는
상기 챔버 내부를 고진공 상태로 만들기 위한 제1 펌프와;
상기 챔버 내부를 중진공 또는 저진공 상태로 만들기 위한 제2 펌프;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method of any one of claims 1 to 3, wherein the pump is
A first pump for making the inside of the chamber a high vacuum state;
A second pump for making the inside of the chamber into a medium vacuum or low vacuum state;
A film forming apparatus comprising a. 길이가 긴 튜브 형상의 모재에 피막을 형성하기 위한 피막 형성 장치로서,
진공 분위기에서 상기 모재에 상기 피막을 형성하기 위한 소정 공간을 제공하는 챔버;
복수의 모재를 적재한 상태로 슬라이딩하여 상기 챔버 내부로 장입되거나 상기 챔버 내부로부터 인출될 수 있으며, 상기 챔버 내부로 장입된 상태에서 상기 챔버에 대하여 음의 바이어스가 인가되고 상기 복수의 모재를 동일한 속도로 회전시킬 수 있는 캐리어;
상기 챔버의 내부 분위기와 상기 복수의 모재를 가열하기 위한 히터;
상기 모재에 증착할 타겟물질이 적재되는 음극;
상기 음극에 아크 방전을 발생시켜서 상기 음극에서 상기 타겟물질의 증발과 이온화를 유발하여 타겟물질 이온이 생성되도록 하는 아크 발생원;
상기 챔버 내부의 기체를 외부로 배출하기 위한 펌프; 및
상기 캐리어, 상기 히터, 상기 아크 발생원, 및 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부;
를 구비하여, 상기 제어부의 제어 하에 상기 아크 발생원에 의해 상기 음극에서 발생된 타겟물질 이온이 상기 캐리어로 유도되어 상기 캐리어에 적재된 상기 복수의 모재에 동시에 피막을 형성하는 피막 형성 장치.As a film forming apparatus for forming a film on a long tube-shaped base material,
A chamber providing a predetermined space for forming the film on the base material in a vacuum atmosphere;
A plurality of base materials may be slid into the chamber by sliding in a loaded state, or may be withdrawn from the chamber, and a negative bias is applied to the chamber while the plurality of base materials are loaded at the same speed. A carrier that can be rotated into;
A heater for heating the inner atmosphere of the chamber and the plurality of base materials;
A cathode on which a target material to be deposited is loaded on the base material;
An arc generator for generating an arc discharge at the negative electrode to cause evaporation and ionization of the target material at the negative electrode to generate target material ions;
A pump for discharging the gas inside the chamber to the outside; And
A control unit for controlling operations of the carrier, the heater, the arc generator, and the pump;
And wherein the target material ions generated in the cathode by the arc generating source are guided to the carrier under the control of the control unit to simultaneously form a film on the plurality of base materials loaded on the carrier. 청구항 6에 있어서, 상기 캐리어는
상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 배치되고, 각각의 사이에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 적재될 수 있게 해주는 다수의 회전지지봉;
상기 다수의 회전지지봉의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 다수의 회전지지봉을 회전시키는 회전지지봉 구동부; 및
상기 다수의 회전지지봉을 하방에서 지지하는 지지 부재;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method of claim 6, wherein the carrier is
A plurality of rotational support rods disposed to extend in the transfer direction into and out of the chamber, and allowing any one of the plurality of base materials to be loaded between each of the plurality of rotational support rods;
A rotation support rod driving unit provided at at least one end of the plurality of rotation support rods to rotate the plurality of rotation support rods; And
A support member supporting the plurality of rotational support rods from below;
A film forming apparatus comprising a. 청구항 6에 있어서, 상기 캐리어는
각각에 상기 복수의 모재 중 어느 하나가 상기 챔버 내외부로의 이송 방향으로 연장되게 적재될 수 있게 해주는 다수의 하방지지 부재; 및
상기 복수의 모재의 적어도 어느 일 단부에 마련되어, 상기 복수의 모재를 회전시키는 모재 회전구동부;
를 구비하는 피막 형성 장치.The method of claim 6, wherein the carrier is
A plurality of lower barrier paper members that allow any one of the plurality of base materials to be loaded so as to extend in the transfer direction into and out of the chamber; And
A base material rotation drive unit provided at at least one end of the plurality of base materials to rotate the plurality of base materials;
A film forming apparatus comprising a.
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