• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제48권1호
• /
• pp.1-15
• /
• 2016

For a long time, a top priority in the nuclear industry was the safe, reliable, and economic operation of light water reactors. However, the development of accident-tolerant fuel (ATF) became a hot topic in the nuclear research field after the March 2011 events at Fukushima, Japan. In Korea, innovative concepts of ATF have been developing to increase fuel safety and reliability during normal operations, operational transients, and also accident events. The microcell $UO_2$ and high-density composite pellet concepts are being developed as ATF pellets. A microcell $UO_2$ pellet is envisaged to have the enhanced retention capabilities of highly radioactive and corrosive fission products. High-density pellets are expected to be used in combination with the particular ATF cladding concepts. Two concepts-surface-modified Zr-based alloy and SiC composite material-are being developed as ATF cladding, as these innovative concepts can effectively suppress hydrogen explosions and the release of radionuclides into the environment.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제55권10호
• /
• pp.3860-3865
• /
• 2023

A metallic microcell UO₂ pellet has a microstructure where a metal wall is connected to overcome the low thermal conductivity of the UO₂ fuel pellet. It has been verified that metallic microcell fuel pellets provide an impressive reduction of the fuel centerline temperature through a Halden irradiation test. However, it is difficult to predict the effective thermal conductivity of these pellets and researchers have had to rely on measurement and use of the finite element method. In this study, we designed a unit microcell model using a thermal resistance circuit to calculate the effective thermal conductivity on the basis of the microstructure characteristics by using the aspect ratio and compared the results with those of reported metallic UO₂ microcell pellets. In particular, using the thermal conductivity calculated by our model, the fuel centerline temperature of Cr microcell pellets on the 5th day of the Halden irradiation test was predicted within 6% error from the measured value.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제53권12호
• /
• pp.4052-4059
• /
• 2021

The microstructure of the fuel pellet plays an essential role in fission gas buildup and release and is critical for the safe and continued operation of nuclear power stations. Structural analysis of uranium dioxide (UO₂)-molybdenum (Mo) composite fuel pellets prepared at a range of sintering temperatures from 1300 to 1800 ℃ was performed. Mo micro and nanoparticles were used in making the composite pellets. A systematic investigation into the influence of processing parameters during Spark Plasma Sintering (SPS) of the pellets on the microstructure, texture, grain size, and grain boundary characters of UO₂-Mo is presented. UO₂-Mo composite show significant differences in the fraction of general boundaries and also special/coincident site lattice (CSL) boundaries. EBSD orientation maps demonstrated that <111> texturing was observed in the pellets fabricated at 1500 ℃. The experimental investigations suggest that UO₂-Mo composite pellets have favorable microstructural features compared to the UO₂ pellet.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 1999년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.422-425
• /
• 1999

Ultrafine NiO/YSZ (Yttria-Stabilized Zirconic) composite powders were prepared by using a glycine nitrate process (GNP) for anode material of solid oxide fuel cells. The specific surface areas of synthesized NiO/YSZ composite powders were examined with controlling pH of a precursor solution and the content of glycine. The binding of glycine with metal ions occurring in the precursor solution was analyzed by using FTIR. The characteristics of synthesized composite powders were examined with X-ray diffractometer, a BET method with $N_2$ absorption, scanning and transmission electron microscopies. Strongly acid precursor solution increased the specific surface area of the synthesized composite powders. This is suggested to be caused by the increased binding of metal ions and glycine under a strong acid solution of pH=0.5 that lets glycine consist of mainly the amine group of NH$_3$$^{+}$ After sintering and reducing treatment of NiO/YSZ composite powders synthesized by GNP, the Ni/YSZ pellet showed ideal microstructure very fine Ni Particles of 3-5${\mu}{\textrm}{m}$ were distributed uniformly and fine pores around Ni metal particles were formed, thus, leading to an increase of the triple phase boundary among gas, Ni and YSZ.Z.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.1080-1083
• /
• 2001

Ultrafine NiO/YSZ composite powders were prepared by using a glycine nitrate process for anode material of solid oxide fuel cells. The specific surface areas of synthesized NiO/YSZ composite powders were examined with controlling pH of a precursor solution and the content of glycine. The characteristics of synthesized composite powders were examined with X-ray diffractometer, a BET method with N$_2$absorption, scanning and transmission electron microscopy. The strongly acid precursor solution increased the specific surface area of the synthesized composite powders. This is suggested to be caused by the increased binding of metal ions and glycine under a strong acid solution of pH=0.5 that lets glycine consist of mainly the amine group of NH$_3$$\^$+/. After sintering and reducing treatment of NiO/YSZ composite powders synthesized by GNP, the Ni/YSZ pellet showed ideal micro-structure very fine Ni parties of 3-5${\mu}$m were distributed uniformly and fine pores around Ni metal particles were formed, thes, leading to an increase of the triple phase boundary among gas Ni and YSZ.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제56권3호
• /
• pp.846-854
• /
• 2024

FEMAXI-ATF is being developed for fuel performance modeling of SiC cladded UO2 fuel with focuses on modeling pellet-cladding mechanical interactions (PCMI). The code considers probability distributions of mechanical strengths of monolithic SiC (mSiC) and SiC fiber reinforced SiC matrix composite (SiC/SiC), while it models pseudo-ductility of SiC/SiC and propagation of cladding failures across the wall thickness direction in deterministic manner without explicitly modeling cracks based on finite element method in one-dimensional geometry. Some hypothetical BWR power ramp conditions were used to test sensitivities of different model parameters on the analyzed PCMI behavior. The results showed that propagation of the cladding failure could be modeled by appropriately reducing modulus of elasticities of the failed wall element, so that the mechanical load of the failed element could be re-distributed to other intact elements. The probability threshold for determination of the wall element failure did not have large influence on the predicted power at failure when the threshold was varied between 25 % and 75 %. The current study is still limited with respect to mechanistic modeling of SiC failure as it only models the propagation of the cladding wall element failure across the homogeneous continuum wall without considering generations and propagations of cracks.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.402.1-402.1
• /
• 2016

The performance of solid oxide fuel cells (SOFCs) is directly related to the electrocatalytic activity of composite electrodes in which triple phase boundaries (TPBs) of metallic catalyst, oxygen ion conducting support, and gas should be three-dimensionally maximized. The distribution morphology of catalytic nanoparticle dispersed on external surfaces is of key importance for maximized TPBs. Herein in situ grown nickel nanoparticle onto the surface of fluorite oxide is demonstrated employing gadolium-nickel co-doped ceria ($Gd0.2-xNixCe0.8O2-{\delta}$, GNDC) by reductive annealing. GNDC powders were synthesized via a Pechini-type sol-gel process while maximum doping ratio of Ni into the cerium oxide was defined by X-ray diffraction. Subsequently, NiO-GNDC composite were screen printed on the both sides of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) pellet to fabricate the symmetrical half cells. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) showed that the polarization resistance was decreased when it was compared to conventional Ni-GDC anode and this effect became greater at lower temperature. Ex situ microstructural analysis using scanning electron microscopy after the reductive annealing exhibited the exsolution of Ni nanoparticles on the fluorite phases. The influence of Ni contents in GNDC on polarization characteristics of anodes were examined by EIS under H2/H2O atmosphere. Finally, the addition of optimized GNDC into the anode functional layer (AFL) dramatically enhanced cell performance of anode-supported coin cells.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제43권1호
• /
• pp.135-143
• /
• 2015

본 연구는 반탄화 목분과 정수기 필터용 폐활성탄 분쇄물을 혼합한 혼합물을 연료로 사용하였을 경우의 그 연료적 특성을 평가하고자 하였다. 반탄화 목분은 국산 범용수종인 졸참나무와 소나무를 이용하여 급속으로 목재칩 열가공처리가 가능한 wood roaster를 이용하여 처리하였으며 처리조건은 $200^{\circ}C$에서 각 300 s, 450 s, 600 s를 적용하였다. 이때 폐활성탄과 반탄화 목분의 혼합비율은 중량대비(wt%) 5 : 95, 10 : 90, 15 : 85, 20 : 80, 40 : 60, 60 : 40, 80 : 20으로 하였으며, 이에 대한 연료적 특성에 평가를 위해 발열량, 원소분석, 회분함량 등을 측정하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 동일시간, 온도 등의 wood roasting 처리조건에서 소나무가 졸참나무에 비해 탄소함량이 더 높았으며, 이는 낮은 온도와 짧은 시간에 최적 탄화도를 나타냄으로 소나무가 효율적인 반탄화 작업이 가능함을 알 수 있다. 2. 반탄화 목분 및 무처리 목분의 폐활성탄 첨가율이 증가할수록 총발열량 값은 급격히 증가하였고 회분함량 또한 증가하였다. 3. 반탄화 목분과 무처리 목분에 폐활성탄을 혼합한 경우에는 두 조건 모두 첨가율에 따라 총발열량은 증가하지만 무처리 보다는 반탄화 목분 그리고 졸참나무보다는 소나무가 더 높은 총발열량을 나타냈다. 4. 폐활성탄을 목분과 함께 혼합물의 원료로 사용하기 위해서는 $800^{\circ}C$, 4시간 연소조건 이상의 고온 연소조건이 필요하다고 판단된다. 이는 $800^{\circ}C$, 4시간 연소조건에서도 완전연소가 되지 않고 회분상태로 잔류하는 함량이 매우 높기 때문이다. 5. 또한 무처리 목분과 반탄화 목분에 폐활성탄을 혼합한 조건 중 무처리 목분에 폐활성탄을 혼합하는 조건이 총발열량의 증가율이 더 높게 나타났으며, 이러한 현상은 소나무보다는 졸참나무가 더 명확하게 나타났다. 최적 회분함량의 폐활성탄 첨가비율은 소나무 무처리 목분에 총 중량대비 5% 이상, 10% 미만의 조건이며 이는 1급 펠릿에 해당되는 0.7% 미만의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국포장학회지
• /
• 제24권2호
• /
• pp.65-71
• /
• 2018

생산자 책임 재활용제도(EPR)의 재활용의무대상 품목은 포장재군에 따라 종이팩, 유리병, 금속캔, 합성수지포장재 구분되어질 수 있다. 폐종이팩의 경우 압축된 종이팩을 해리하여 폴리에틸렌 필름 및 기타 이물질을 분리하고 세척, 분쇄, 건조과정을 거쳐 화장지 원단으로 제작한 후 다양한 화장지로 가공 생산하고 있다. 그러나 알루미늄 호일이 첩합된 종이팩은 재활용 공정 중 잔유물이 발생하여 화장지의 품질을 저해하고 제품 편의성을 위해 부착된 마개, 스트로우와 같은 새로운 성형구조의 제품들은 재활용 공정에서 수작업의 과정을 추가하여 재활용 수율을 낮추는 문제점이 있다. 유리병은 재사용과 재활용으로 구분가능하며 재사용은 주류, 음료병들이 대상이고 재활용은 1회용 유리병이나 깨진 유리병을 대상으로 하고 있다. 유리병 재활용은 폐유리병 회수 과정, 이물질 제거, 색상별 분류, 파쇄, 원료화 과정을 거쳐 제병업체에 공급되며, 철금속성분 제거, 저비중 물질 제거 등을 제외하고 대부분 수작업에 의존한다. 유리병은 무색 계열, 갈색 계열, 녹색 계열의 색상이 주를 이루고 있으며 재활용 과정에서 주된 3색 이외의 색상의 경우 재생원료의 품질을 저해시키는 원인이 되고 있다. 합성수지 라벨의 다량 접착제와 병의 직접 인쇄는 잉크의 색상에 의하여 품질저하가 발생하며, 유리병에 사용되는 플라스틱 마개 또한 재활용 공정에서 이물질 제거과정을 어렵게 한다. 금속캔은 자동선별기를 통해서 철캔과 알루미늄캔을 분류한 후 압축하여 용광로를 통해 철, 알루미늄으로 재생산된다. 재활용 공정에서 가공육 알루미늄 캡의 플라스틱 뚜껑은 선별이 어렵기 때문에 플라스틱 뚜껑을 사용하지 않거나 분리 배출할 수 있는 방안이 필요하며 금속캔 또한 금속이 아닌 마개, 라벨이 재활용 공정에서 수작업 공정을 추가로 필요하게 하고 있다. 합성수지 포장재 중 복합재질의 경우 선별된 압축품을 파쇄한 뒤 용융성형을 통한 물질 재활용, 열분해를 통한 유화, 압축성형을 통한 고형연료 제조단계를 통해 재생제품을 생산하며, 단일 합성수지는 자력선별, 풍력선별, 비중선별 등 다양한 방법을 통해 선별공정을 거처 압축, 파쇄, 세척, 용융압출, Pellet 형태의 재생 원료를 만드는 물질 재활용 과정을 거친다. 종이, 금속 라벨, 복합재질 리드 등은 합성수지 재활용에 문제를 발생시키는 요인으로 비중 1미만의 비수분리성 접(참)착식 라벨의 경우가 이에 해당한다. 이 연구를 통해 종이팩, 유리병, 금속캔, 합성수지의 재활용 공정 모두 재활용 대상과 다른 물질의 유입이 재활용공정을 방해하거나 재활용 비용, 시간을 증대시키고 있음을 확인하였다. 각 포장재별로 종이팩 포장재의 스트로우를 비롯한 합성수지 성형구조물과 금속과 유리병 포장재의 이물질을 포함한 라벨과 마개 및 잡자재 그리고 합성수지 포장재의 금속, 종이 복합재질이 이에 해당하였다. 따라서 재활용 산업의 활성화를 위해서는 제품이나 포장재의 설계 단계에서부터 재활용에 용이한 재질 구조가 요구되어지며, 정부차원의 지원과 관련 법 제도 개선이 필요하다.