연구로용 우라늄실리사이드 분산형 핵연료의 팽윤모델

A Comprehensive Swelling Model of Silicide Dispersion Fuel for Research Reactor

연구용 원자로의 분산형 핵연료에 대한 노내 조사 거동의 주요 특성중의 하나는 핵연료심 팽윤에 기인된 핵연료봉 직경 증가이다. 본 논문에서는 분산형 우라늄실리사이드 핵연료에 대한 노내 조사거 동과 실험 증거들을 분석함으로써 그 핵연료의 팽윤에 대한 물리적 해석 모형인, DFSWELL 전산 모형을 개발하였다. 문헌에 보고된 실험 증거들로부터 노내에서 U$_3$Si-Al 핵연료심의 부피변화는 온도와 핵분열율에 따라 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 분산형 우라늄 실리사이드 핵연료에 대한 정량적 팽윤량은 주어진 온도, 핵분열율, 핵분열고체생성물 측적 및 핵분열기체 기포거동을 고려함으로써 평가될 수 있다. 연구로의 분산형 우라늄실리사이드 핵연료의 팽윤 현상은 다음과 같은 세 가지 현상으로 귀결된다. i ) 핵분열기체생성물 기포 생성/축적에 치한 부피변화 ii ) 고체 핵분열생성물의 축적 및 상 변화에 의한 부피변화 iii ) 핵연료 입자와 기지 사이의 공유층에 대한 부피변화 상기 세 가지의 물리 적 현상을 고려하는 본 DFSWELL 전산 모형의 출력이력 조건에 따른 절대 예측치들은 실행 결과와 비교할 때 분산형 우라윰실리 사이드 핵연료의 조사추 팽윤 실측치와 잘 일치한다.

One of the important irradiation performance characteristics of the silicide dispersion fuel element in research reactors is the diameteral increase resulting from fuel swelling. This paper, will attempt to develop a physical model for the fuel swelling, DFSWELL, by analyzing the basic irradiation behaviours and some experimental evidences. From the experimental evidences, it was shown that the volume changes in irradiated U$_3$Si-Al were strongly dependent on temperature and fission rate. The quantitative-amount of swelling for silicide fuel is estimated by considering temperature, fission rate, solid fission product build-up and gas bubble behavior. The swelling for the silicide fuel is comprised of three major components : i ) a volume change due to the formation of an interfacial layer between the fuel particle and matrix. ii ) a volume change due to the accumulation of gas bubble nucleation iii ) a volume change due to the accumulation of solid fission products The DFSWELL model which takes into account the above three major physical components predicts well the absolute magnitude of silicide fuel swelling in accordance with the power histories in comparison with the experimental data.