• Nuclear industry
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• v.22 no.3 s.229
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• pp.39-48
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• 2002

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.48 no.8
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• pp.691-698
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• 2010

A study has been carried out to evaluate the interaction behavior between a lanthanide element and clad material in order to analyze the effect of the lanthanide element on the fuel cladding chemical interaction (FCCI). A diffusion couple test between Misch metal (70Ce-30La) and ferritic-martensitic steel (Gr.92) was performed at $660^{\circ}C$, followed by a microstructural analysis of the coupled sample. The results showed that Ce in the Misch metal, rather than La, reacted with the ferritic-martensitic steel (FMS) to form an interaction layer that penetrated the clad thickness. Fe diffused outside the clad interface to form an $Fe_2Ce$ compound, leaving a depletion of Fe caused by excess diffusion as well as by the formation of Cr-rich precipitation inside the interaction layer. The rate of growth followed the cubic rate law, which indicated that Fe depletion was caused by the diffusion of Fe and that the associated Cr-rich phase formation controlled the whole diffusion process.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.19 no.1
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• pp.22-33
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• 1987

The confirmed integrity of nuclear fuel cladding materials is an important object during steady state and transient operations at nuclear power plant. In this context, the clad material yielding behavior is especially important because of pellet-clad gap expansion. During the steep power excursion, the in-pile irradiation behavior differences between uranium-dioxide fuel pellet and zircaloy clad induce the contact pressure between them. If this pressure reaches the zircaloy clad yield pressure, the zircaloy clad will be plastically deformed. After the reactor power resumed to normal state, this plastic permanent expansion of clad tube give rise to the pellet-clad gap expansion. In this paper, the simple mandrel expansion test method which utilizes thermal expansion difference between copper mandrel and zircaloy tube was adopted to simulate this phenomenon. That is, copper mandrel which has approximately three times of thermal expansion coefficient of zircaloy-4 (PWR fuel cladding material) were used in this experiment at the temperature range from 400C to 700C. The measured plastic expansion of zircaloy outer radius and derived mathematical relations give the yield pressure, yield stress of zircaloy-4 clad at the various clad wall temperatures, the activation energy of zircaloy tube yielding, and pellet-clad gap expansion. The obtained results are in good agreement with previous experimental results. The mathematical analysis and simple test method prove to be a reliable and simple technique to assess the yielding behavior and gap expansion measurement between zircaloy-4 tube and uranium-dioxide fuel pellet under biaxial stress conditions.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.225-230
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• 1998

DUPIC 핵연료 소결체의 하나로 조사시험과 관련하여 이중 피복관으로 구성된 소결체 설계를 수행하였으며 각각의 설계변수가 핵연료의 온도에 미치는 영향하였다. 하나로에서 조사할 DUPIC 핵연료의 설계해석 결과, DUPIC 핵연료의 조사시험시 열전도도, 출력, 반경 틈새 등은 핵연료의 온도에 크게 영향을 미쳤으며, 피복재 두께, gamma열, 열전달 계수 등은 핵연료의 온도에 크게 영향을 미치지 않았다. Transient 온도분석의 경우 약 160초 이상의 시간에서 평형 온도에 도달할 것으로 분석되었다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1996.05c
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• pp.353-358
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• 1996

Hot cell에서의 활용을 전제로 한 용접기술 개발을 목적으로 가용한 용접방식의 적용 타당성 및 용접부 특성에 대해 조사, 분석하였다. 적용한 용접방식은 Upset butt저항용접, GTAW, LBW이었다. 각 용접방식에 따른 기계적 시험에 있어서 공히 용접부가 아닌 피복관 파괴로 연료봉 봉단용 접부의 품질요건을 만족하였으며, 용접부 형상 및 미세경도 분석에 있어서는 열영향부가 GTAW, Upset butt저항용접, LBW의 순으로 작게 나타났다. 또, 미세조직상으로는 거의 유사한 조직의 martensitic $\alpha$'와 Widmanstatten조직이 혼합되어 있었다. 따라서 Upset butt 저항용접, GTAW, LBW 방식을 적용한 Zr-4 핵연료 피복관의 봉단용접은 가능했으며, Hot cell 적용을 고려시 LBW 용접방식이 적절하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1995.05a
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• pp.805-805
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• 1995

핵연료저장시설의 화재 등 극단적인 사고조건하에서 $UO_2$ 소결펠렛의 습식산화와 건식산화에 대한 연구를 수행하였다. 손상된 지르칼로이 피복관 속의 $UO_2$ 소결펠렛을 산성분위기의 습윤조건하에서 산화시킬 때의 $UO_2$ 펠렛의 산화속도는 IDR(mg/$\textrm{cm}^2$.min) = 1.55 [H$^{+}$]$^{1.21}$ 로 나타났다. 또한 습윤조건하에서 $UO_2$ 분말에 알카리 및 알카리 토금속 산화물, 그리고 백금족 및 회토류 산화물 등과 같은 불순물들이 존재할 때의 산화속도를 조사하였으며 이들에 대한 영향도 관찰하였다. 핵연료저장시설의 가상화재를 바탕으로 한 400~$700^{\circ}C$의 온도범위에서, 피복관이 씌워진 $UO_2$ 소결펠렛의 건식산화반응을 조사한 바 $UO_2$ 소결펠렛은 산화초기에 U$_4$O$_{9}$ 또는 U$_3$O$_{7}$ 등의 중간상 형성에 따른 3-4%의 부피축소에 의해 결정립계 균열이 일어나고, $600^{\circ}C$ 이하에서는 온도증가에 따라 중간상에서 U$_3$O$_{8}$ 상으로의 상변화에 의한 부피팽창으로 피복관의 변형과 함께 산화속도의 가속을 발견할 수 있었고, $600^{\circ}C$ 이상에서는 핵연료소자의 소성변형으로 인한 산화속도의 지연을 발견할 수 있었다. 또한 $UO_2$ 펠렛의 건식산화거동은 기체-고체 반응시의 전형적인 형태인 shrinking core model에 잘 적용될 것으로 판단되었다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1993.11a
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• pp.109-109
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• 1993

CANDU 원자로 지역별 대표 핵연료봉 1개에 대하여 열행태를 해석할 수 있는 '평균 단일 핵연료(ASF : Averaged Single Fuel)' 모델을 우선 제안하였다. 핵 연료봉 하나를 12 개 동일 체적의 환형 격자로 나누고 시공간을 고려하는 전진 유한 미분 해석을 적용하여 핵연료봉내에서의 열적 변이를 모사 하였다. 핵연료의 전도도 및 비열은 온도에 종속함이 가정되었다. 주어진 열출력에 대하여, 핵연료와 피복관내의 정상상태 온도분포를 산출하였고 주어진 냉각재 온도 및 표면 열 전달 계수에 대하여 핵연료봉 단위 길이당 저장열을 계산하였다. 초기 온도 분포의 임의 값에 대하여, 시간 단계별 열출력 및 열전달 계수 변이에 따른 저장열, 온도 분포, 냉각재료의 출력과 피복관 온도 변이를 계산하였다. 이후 ASF 모델을 CANDU 14개 지역 출력 특성의 실제적 모사 및 해석이 가능하도록, 14개 지역 대표 핵연료봉모델 모두를 동시에 포함하는 '다영역 핵연료(MZF : Multi Zone Fuel)' 모델로 확장하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05a
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• pp.684-689
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• 1998

전기출력 150 MWe(열출력 392 MWth)의 U-Zr 이원합금핵연료 사용 소형노심인 액채금속로 KALIMER 98.03 설계 노심에 대하여 열수력 특성을 분석하고, 그 결과를 97.07 설계 노심의 열수력 설계특성과 비교.분석하였다. 분석을 위해서 냉각재 유량배분 계산에 ORFCE-F, 유량배분에 따를 온도계산에는 ORFCE-T를 사용하였는데, 이들은 현재 KALIMER 개발의 개념설계 초기 단계에서 사용하고 있는 모듈이다. 열수력 특성 분석은 먼저 각 집합체의 출력과 핵연료봉의 최고 선출력에 따라 유량그룹을 설정하고, 각 집합체의 최고온도 연료봉에 대하여 냉각재 온도, 피복관 중심온도, 핵연료 중심온도 등을 계산하는 방식으로 수행한다 열수력 특성분석 결과 98.03 설계 노심이 97.07 설계 노심에 비해 노심내 출력분포가 더욱 평탄화 되어, 노심 유량영역은 16개에서 11개로 감소되었고, 그에 따를 온도계산에서도 피복관 중심에서의 2$\sigma$ 온도가 6$65^{\circ}C$에서 628$^{\circ}C$로 낮아지는 둥 매우 향상된 설계임을 알 수 있었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.27 no.3
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• pp.344-357
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• 1995

The gap conductance between the fuel and the sheath depends strongly on the gap width and has a significant influence on the amount of initial stored energy. The modified Ross and Stoute gap conductance model in ELESTRES is based on a simplified thermal deformation model for steady-state fuel temperature calculations. A review on a series of experiments reveals that fuel pellets crack relocate, and are eccentrically positioned within the sheath rather than solid concentric cylinders. In this paper, the hue recently-proposed gap conductance models (offset gap model and relocated gap model) are described and are applied to calculate the fuel-sheath gap conductances under experimental conditions and normal operating conditions in CANDU reactors. The good agreement between the experimentally-inferred and calculated gap conductance values demonstrates that the modified Ross and Stoute model was implemented correctly in ELESTRES. The predictions of the modified Ross and Stoute model provide conservative values for gap heat transfer and fuel surface temperature compared to the offset gap and relocated gap models for a limiting power envelope.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.10a
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• pp.256-256
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• 1998