[发明专利]导热率提高的核燃料粒料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种导热率提高的核燃料烧结体及其制备方法，其特征在于，包括：步骤(a)，制备包括氧化物核燃料粉末和板状导热金属粉末的混合物；及步骤(b)，以使在上述混合物中的上述板状导热金属粉末沿水平方向具有取向性的方式进行成型，然后进行热处理，以制备烧结体。

技术领域

本发明涉及导热率提高的核燃料烧结体及其制备方法。

背景技术

核能发电利用由原子核分裂产生的热量，将数十至数百个由核燃料材料制成的烧结体装入包壳管中，并将两端密封以制造燃料棒，然后捆扎数十至数百个燃料棒来制造一个聚集体。这些燃料棒聚集体被装入核反应堆并使用，在烧结体中产生的热量经过核燃料烧结体传递到通过包壳管在燃料棒周围流动的冷却水。

另一方面，作为经常用于核能发电的核燃料，使用通过成型和烧结将如铀(U)、钚(Pu)或钍(Th)等的氧化物单独或组合使用的材料来制造的圆柱形烧结体。此时，作为上述烧结体的材料，大部分使用氧化铀(UO₂)，根据情况，使用在氧化铀中添加一种以上的如钚(Pu)和钍(Th)等的氧化物等其他核燃料材料而成的核燃料材料。具体而言，使用(U,Pu)O₂、(U,Th)O₂或(U,Th,Pu)O₂。

另一方面，如上所述，作为代表性核燃料材料的UO₂由于其高熔点和与冷却水的低反应性而被广泛用作核燃料材料，但UO₂材料在使用温度范围内的导热率为2～5W/mK，即具有在使用温度范围内的导热率很低的缺点。此时，若核燃料材料的导热率低，则由原子核分裂产生的热量不会很快转递到冷却水，因此烧结体的温度比冷却水很高。烧结体的温度在中心处最高且在表面处最低，烧结体的表面温度与烧结体的中心温度之间的差异与导热率成反比。因此，导热率越低，烧结体的中心温度越高，在正常燃烧的燃料棒中，烧结体的中心温度在1000至1500℃的范围内，并且在发生严重事故时，烧结体的中心温度会高于作为UO₂的熔化温度的2200℃。

并且，由于核燃料烧结体具有高温和大的温度梯度，因此加速了取决于温度的所有反应，从而材料性能劣化，尤其，燃烧程度越高，性能劣化越严重。

进而，若核燃料烧结体处于高温状态，则会导致蚕食许多反应堆事故中的安全裕度(margin)的结果。例如，在发生冷却剂丧失事故的情况下，在发生事故之前核燃料的温度越高，安全裕度越小，在发生燃料棒输出急剧上升的事故的情况下，因烧结体的导热率低而中心温度会高于UO₂的熔点。为了防止这种问题，当对输出施加相当大的限制时，不能获得高输出，因此存在发生经济损失的问题。

另一方面，作为为了解决如上所述的氧化物核燃料烧结体的低导热率问题而提出的代表性方法之一，存在一种在烧结体中混合具有高导热率的金属材料的方法。由于如核燃料循环长度减少的经济问题等而可在烧结体中混合的不同种类的材料的含量非常有限，但在具有简单形状的金属颗粒的情况下，若其含量小，则存在与含量相比不能期望大的导热率改善效果的局限性。

(现有技术文献)

(专利文献)

(专利文献0001)韩国授权专利公报第10-1632351号(2016.07.12)

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种导热率提高的核燃料烧结体的制备方法，其特征在于，包括：步骤(a)，制备包括氧化物核燃料粉末和板状导热金属粉末的混合物；及步骤(b)，以使在上述混合物中的上述板状导热金属粉末沿水平方向具有取向性的方式进行成型，然后进行热处理，以制备烧结体。

然而，本发明要解决的问题并不限定于以上所述的问题，通过下述的记载，本领域所属技术人员可以明确地理解到未提及或者其他的问题。

用于解决问题的方案