A Mechanistic Model for In-Reactor Densification of U$O_2$

U$O_2$ 핵연료의 노내 기계론적 고밀화 모형

Considering vacancy generation and migration in grain and sink at grain boundary, a mechanistic densification model which is dependent on UO$_2$ temperature and microstructure has been developed. This densification model is a function of time, fission rate, temperature, density, pore size distribution and grain size. The resultant equation derived in this model which is different from Assmann and Stehle's resultant equations for four temperature regions, can be applied directly for all the pellet temperatures. The predictions of the present densification model very well agreed with the experimental data. This model well predicts absolute magnitude and trend in comparison with the empirical algorithm used in KFEDA code.

본 논문에는 이산화 우라늄 소결체의 노내고밀화현상을 온도와 미세구조의 함수로 정화하게 예측할 수 있는 기계론적 이론 모형이 개발.기술되어있다. 이 모형은 $UO_2$ 소결체의 결정 입계내에서 공극(vacancy)이 생성 이동되고, 결정입계에서 공극이 소멸되는 현상을 고려하고 있으며, 이 과정에서 일어나는 고밀화의 크기가 핵분열율, 조사시간, $UO_2$ 소결체밀도, 기공 크기의 분포, 결정입크기 및 온도의 함수로 기술되어 있다. 본 모형의 기공 수축에 대한 결과식은 Assmann과 Stehle가 유도한 4개의 온도 영역에 대한 결과식과는 상이한 것으로서, 소결체의 모든 온도 영역에 직접 적용된다. 본 모형에 의한 노내고밀화 크기의 예측치는 실험자료와 아주 잘 일치하며, KEFDA 전산코드에 사용된 경험적 실험 연산식에 비하여 고밀화의 경향과 절대치를 보다 정확히 예측한다.