핵연료봉

경수로 핵연료 연료봉

Nuclear Fuel Rod. 유리나라 경수로의 핵연료봉은 원통형의 약간 농축된 이산화우라늄(UO₂) 세라믹 소결체, 둥근 철선으로 된 302 스테인레스강 압축스프링 등으로 구성되며, 피복관은 이들 부품을 모두 수용하고 헬륨으로 초기 가압되어 봉단마개로 밀봉 용접된 것으로써 핵연료집합체의 핵심 구성품 중 하나이다.

우리나라 원전에서 사용되는 핵연료 피복관은 냉간가공 후 응력완화 어닐링과정을 거친 Zircaloy-4(또는 ZIRLO) 관이 사용되고 있다. 핵연료봉 하부 봉단마개는 핵연료 집합체 조립시 핵연료봉 장입이 용이하도록 원추형으로 가공된다. 상부 봉단마개는 수리나 교체 작업시 핵연료봉을 제거하거나 취급하기 위해 잡을 수 있도록 설계되어 있다.

이산화우라늄 소결체는 원자로내 운전중 소결체 중심부분의 팽창을 수용하기 위해서 아래 위면에 디쉬(Dish)를 갖는다. 또한 소결체 상하 양면은 원통형 표면의 바깥쪽에 챔퍼(Chamfer)를 갖고 있는데, 이는 피복관내로 소결체를 장입할 때 소결체 끝부분의 파손을 방지하고 원자로내 운전중 소결체와 피복관의 접촉 응력을 완화하기 위함이다.

소결체(챔퍼와 디쉬)

적층 소결체의 상단에 위치한 압축스프링은 취급이나 운송중에 소결체가 적절한 위치를 유지하도록 하는 역할을 한다. 소결체 적층의 상부에 위치한 핵연료봉 플레넘은 노내 운전중 소결체 적층의 축방향 열팽창을 수용하는 한편, 초기에 주입된 헬륨과 소결체가 연소하는 과정에서 방출되는 핵분열 기체를 수용하는 공간을 제공한다.

이 자료의 최초 작성 및 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr