Phase Separation of Gd-doped UO2 and Measurement of Gd Content Dissolved in Uranium Oxide

The change of structure and morphology in ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$) $O_2$ during oxidation at 475$^{\circ}C$ and heat treatment at 130$0^{\circ}C$ in air were investigated using XRD, SEM, and EPMA. The ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$) $O_2$ cubic phase converted to ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$)$_3$ $O_{8}$ orthorhombic phase by oxidation at 475$^{\circ}C$ in air. The XRD and EPMA result of the 130$0^{\circ}C$ heat treated powder revealed that ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$)$_3$ $O_{8}$ orthorhombic phase was separated into $U_3$ $O_{8}$ and ( $U_{0.67}$G $d_{0.33}$) $O_{2+}$x/ cubic phase. The weight variations of (U,Gd) $O_2$ with various Gd contents were measured using TGA at the same heat treated condition. The weight variation during the heat treatment of Gd dissolve (U,Gd) $O_2$ in air can be expressed in terms of phase reaction equations related with oxidation and phase separation. Based on these phase reaction, a initial content of Gd dissolved in (U,Gd) $O_2$ can be exactly calculated by measuring the weight change during the heat treatment.

Gd-doped UO2의 상분리 및 UO2에 고용된 Gd 함량 측정

무게 비로 6%의 Gd가 치환된 이산화 우라늄, ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$) $O_2$를 475$^{\circ}C$ 공기 분위기에서 산화시키고 130$0^{\circ}C$ 공기 분위기에서 열처리시킬 때 변화하는 결정 구조, 형상 등을 XRD, SEM 및 EPMA 등을 이용하여 관찰하였다. 입방계 구조의 ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$) $O_2$는 475$^{\circ}C$ 공기 분위기에서 사방정게 구조의 ( $U_{0.913}$G $d_{0.087}$)$_3$ $O_{8}$로 산화되었다. 저온 산화에 의해 생성된 사방정계 130$0^{\circ}C$의 고온에서 열처리하는 동안 사방정계 상과 압방정계 상으로 다시 분리되었다. XRD와 EPMA 관찰결과, 분리된 사방정계 상과 입방정계 상은 각각 $U_3$ $O_{8}$과 ( $U_{0.67}$G $d_{0.33}$) $O_{2+}$x/인 것을 확인하였다. 열처리 동안 일어나는 일련의 산화와 상 분리 과정은 상 반응식으로 나타낼 수 있다. 각 열처리 단계에서의 무게 변화비를 측정하고 상 반응식을 이용하면 (U,Gd) $O_2$에 고용되어 있는 초기 Gd 함량을 정확히 계산할 수 있다.