일반기술

Gd2O3 첨가 UO2 펠렛 제조방법

○ 가돌리니아(Gd2O3)는 중성자의 흡수능이 큰 재료로써 현재 원자력발전소에 공급되는 핵연료(이산화 우라늄, UO2)에 가연성 흡수제로 가장 많이 사용되고 있다. ○ 위와 같이 혼합산화물을 제조할 경우, 일반적으로 기존에는 볼밀이나 햄머밀과 같은 분쇄장치를 이용하고 있어 제조과정이 단순하지가 아니함. ○ 가돌리니아 첨가된 이산화우라늄은 첨가되지 않은 것에 비해 소결성이 낮아, 동일한 소결 조건하에서는 소결 펠렛의 밀도, 결정립 크기 모두 작게 나타난다. 또한 수소 기류 중에서 소결을 하는 경우에는 소결 펠렛 내에 다수의 미세균열이 발생하기도 하며, 미세조직이 불균일한 문제가 대두된다. ○ 이러한 문제를 해결하기 위하여 통상 수분(또는 불활성기체)이 함유된 수소분위기나 이산화탄소와 일산화탄소의 혼합가스 분위기하에서 소결하고 있다. ○ 본 방법은 위에 열거한 문제점을 본 연구소에서 고안한 밀링장치인 아트리션 밀 장치를 도입하여 해결함으로써 별도의 소결장치 없이 기존의 소결장치만을 사용하여 핵연료를 제조할 수 있을 뿐 아니라 부수적으로 공정의 단순화에도 적용할 수 있음.본 방법은 이산화 우라늄 분말과 같은 핵물질을 사용할 경우, 공정의 간소화 및 장치의 취급 용이성으로 인하여 공정효율 제고와 작업자의 피폭시간을 최대한으로 줄일 수 있음. 또한 아트리션 밀 장치를 도입하여 이에 따른 분말의 구상화 공정을 도입함으로써 공정의 간소화에 따른 생산성을 제고할 수 있으며, 장소의 공간여부에 따라 장치를 다단 또는 1단으로 설치하여 연속적으로 처리할 수 있다. ○ 기존의 제조방법과는 달리 구상화 공정을 도입하여 분말 준비과정 중에서 예비성형, 조립 및 사분 공정과 같은 공정이 생략될 수 있어 공정이 자동화가 좀 더 용이할 수 있다. ○ 혼합산화물의 미세구조에서 나타날 수 있는 균열, 불균질 및 코어 구조(안과 밖의 결정립 크기가 다른 것)를 제거할 수 있으며, 별도의 소결 분위기 장치 없이 기존의 장치를 사용할 수 있는 장점이 있음.