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Pu와 Minor Actinide를 포함하는 고속로 연료의 신 설계개념

전문가 제언: ○ 고속원자에는 금속연료(U-Pu-Zr)와 MOX((U, Pu)O2) 연료의 사용이 고려된다. 금속연료는 높은 열전도와 핵분열물질 전환비(conversion ratio)를 가지고 있으나 연료-클래딩 간에 상호작용과 높은 연소에서 팽창 등이 문제가 된다. MOX 연료는 방사선 조사에 저항이 강하나 열전도가 낮고 전환비가 낮은 단점이 있다.

○ 본 문헌은 금속연료와 MOX 연료의 장점을 이용하기 위하여 펠릿에서 분산형 연료로 변경할 것을 제안하였다. Zr 매트릭스에 연료합금을 가열하여 다공성 연료 프레임을 만든 후에 PuO2 분말을 진동압축(vibropacking)에 의하여 기포 내에 분산시킨다. 분산형 연료는 펠릿연료에 비하여 방사선에 강하고 열전도가 높다.

○ 또한 클래딩과 연료간의 접착으로 클래딩을 핵분열생성물과 클래딩과의 상호작용으로부터 보호하고 연료를 낮은 온도로 유지하는 장점이 있다. 연료 제조공정은 이미 완성되었고 재래식 제조방법에 비하여 친환경적인 것으로 알려져 있다.

○ 한국원자력연구원은 600MWe 용량의 KALIMER 소듐고속로를 개발 중이다. 이 원자로는 U-TRU-10%Zr 금속연료를 사용하며 Mod.HT9 클래딩을 사용한다. 연료 펠릿과 클래딩 사이의 갭은 높은 열전달을 유지하기 위하여 소듐으로 결합된다. KALIMER-600은 제4대원자력시스템(Gen-IV)에서 소듐고속로의 참조노형으로 채택되어 국제적으로 기술을 인정받고 있다.

저자: A.M. Savchenko, et al
자료유형: 학술정보