| 초록 |
고유가 시대에 대체에너지원으로 각광받고 있는 원자력발전의 안전한 운전을 위해서 핵연료봉의 안정성 평가가 매우 중요하다. 이를 위해 핵연료가 상용로에서 일정기간 조사된 후 연료봉의 변화 즉, 조사 거동에 대해서 잘 파악하여야 한다. 이에, 세계 원자력선진국들은 다양한 실험방법과 안정성 평가기법을 개발하고 있다. 우리나라도 이러한 조사 거동 즉, 연료봉의 성장과 휨, 연료봉의 크리프 다운(creep down) 및 팽윤(swelling), 연료봉의 산화, 소결체와 피복관의 상호작용(PCI), 피복관의 수소화와 기계적 성질 변화, 등을 다양한 실험을 통해서 관측함으로써 연료의 성능과 건전성을 확인하고 있다. 본 논문에서는 그 중 소결체의 팽윤현상을 확인하기 위한 조사 핵연료 소결체 밀도측정방법에 대하여 기술하였다. 여기서, 팽윤이란 소결체의 재료인 U-235원자가 핵분열을 하면 다양한 핵분열생성핵종이 생성되는데 UO2 소결체는 이러한 핵분열 생성물의 축적으로 인해 연소도 10 GWD/tU당 약 1.0%의 부피가 증가하게 된다. 이와 같이 UO2 소결체가 핵분열 후 팽창하는 현상을 팽윤이라고 한다. 팽윤현상에 의해서 소결체의 부피가 증가하게 되면 핵분열시 소결체로부터 방출된 핵분열생성물이 침착한 피복관 내벽과 서로 접촉하게 되어 피복관에 인장응력이 작용하게 되고 피복관에 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking)을 발생시킨다. 이런 현상을 핵연료 소결체와 피복관의 상호작용(PCI)이라고 한다. PCI는 핵연료봉 피복관 파손을 유발시키는 중요원인 중의 하나이다. 그러므로 PCI를 미연에 방지하기위해서 연소도에 따른 팽윤정도를 파악할 필요가 있다. 본 논문에서는 이런 소결체의 팽윤정도를 파악하기위한 소결체 밀도측정방법의 원리와 관련 수식을 기술하고 밀도측정 장비를 간략히 소개하였다. 또한 상용로에서 조사된 핵연료에 대한 밀도측정 결과를 연소도변화에 따라 도시화하였다. 이렇게 측정된 소결체 밀도자료들은 향후 고연소도 핵연료봉 개발에 참고자료로 유용하게 사용될 것으로 기대한다. |
