Kweonho Kang;Seok-Min Hong;Changhwa Lee;Yongjun Cho
Archives of Metallurgy and Materials
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v.67
no.3
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pp.909-912
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2022
The thermal expansion of a ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet has been systematically investigated using a thermo-mechanical analyzer in the temperature range of 293-1773 K. Variations in the thermal expansion coefficient and density upon temperature change were calculated using the thermal expansion data. The average linear thermal expansion coefficient of the ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet was found to be 9.522 × 10-6 K-1 in the range of 298-1073 K. This value is smaller than that of ZrO2 and larger than that of Gd2O3. Further, with an increase in temperature to 1773 K, the density of ZrO2-20 mol% Gd2O3 pellet was found to decrease to 94.98 % of the initial density at 293 K.
Lee, Hee Chul;Oh, Nu Ri;Yoo, Ae Ri;Kim, Yunsung;Sakamoto, Jeff
Journal of the Korean Physical Society
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v.73
no.10
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pp.1535-1540
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2018
In this study, we prepared and characterized Nb-doped $Li_7La_3Zr_{2-x}O_{12}$ (LLZNO) powder and pellets with a cubic garnet structure by using a modified sol-gel synthesis and hot pressing. LLZNO powder with a very small grain size and cubic structure without secondary phases could be obtained by using a synthesis method in which Li and La sources in a propanol solvent were mixed together with Zr and Nb sources in 2-methoxy ethanol. A pure cubic phase LLZNO pellet could be fabricated from the prepared LLZNO and an additional 6-wt% of $Li_2CO_3$ powder by hot pressing at $1050^{\circ}C$ and 15.8 MPa. The hot-pressed LLZNO pellet with a relative density of 99% exhibited a very dense surface morphology. The total Li ionic conductivity of the hot-pressed LLZNO was $7.4{\times}10^{-4}S/cm$ at room temperature, which is very high level compared to other reported values. The activation energy for ionic conduction was estimated to be 0.40 eV.
A failed spent fuel rod with 53,000 MWd/tU from a nuclear power plant was characterized, and the fission products and oxygen layer in the pellet-clad mechanical interaction region were observed using an EPMA (Electron Probe Micro-Analyzer). A sound fuel rod burned under similar conditions was used to compare and analyze, the results of the failed fuel rod. In the failed fuel rod, the oxide layer represented $10{\mu}m$ of the boundary of the cladding, and $35{\mu}m$ of the region outside the cladding. By comparison, in the sound fuel rod, the oxide layer was $8{\mu}m$, observed in the cladding boundary region. The cladding inner surface corrosion and the resulting fuel-cladding bonding were investigated using an EPMA. Zirconium existed in the bonding layer of the (U, Zr)O compound beyond the pellet cladding interaction gap of $20{\mu}m$, and composition of UZr2O3 was observed in the failed fuel rod. This paper presents the results of the EPMA examination of a spent fuel specimen, and a technique to analyze fission products in the pellet-clad mechanical interaction region.
Characteristics of $ZrO_2$ felt supported Cu/Zn catalysts have been investigated for the production of hydrogen via methanol steam reforming. Cu and Zn in different weight percent were loaded using wet impregnation over $ZrO_2$ felt support. The catalysts were characterized with BET and FE-SEM. The performance of these synthesized catalysts were investigated at SCR=1.5, $GHSV=2000h^{-1}$, temperature=$300{\sim}400^{\circ}C$, and pressure=2.5~19.5 barA. The results showed that the $Cu^{32.5}Zn^{7.5}ZrO_2$ catalyst was most active in terms of methanol conversion and hydrogen production. The methanol conversion in steam reforming of methanol was 84.6% at 19.5 barA and furnace $400^{\circ}C$ over $Cu^{32.5}Zn^{7.5}ZrO_2$ catalyst. The catalysts prepared using $ZrO_2$ felt show higher reactor temperature than the pellet type catalyst at same furnace temperature.
Magnusson, Per;Alvarez-Holston, Anna-Maria;Ammon, Katja;Ledergerber, Guido;Nilsson, Marcus;Schrire, David;Nissen, Klaus;Wright, Jonathan
Nuclear Engineering and Technology
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v.50
no.2
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pp.246-252
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2018
A series of simulated reactivity-initiated accident (RIA) tests on irradiated fully recrystallized boiling water reactor Zircaloy-2 cladding has been performed by means of the expansion-due-to-compression (EDC) test method. The EDC method reproduces fuel pellet-clad mechanical interaction (PCMI) conditions for the cladding during RIA transients with respect to temperature and loading rates by out-of-pile mechanical testing. The tested materials had a large variation in burnup and hydrogen content (up to 907 wppm). The results of the EDC tests showed variation in the PCMI resistance of claddings with similar burnup and hydrogen content, making it difficult to clearly identify ductile-to-brittle transition temperatures. The EDC-tested samples of the present and previous work were investigated by light optical and scanning electron microscopy to study the influence of factors such as azimuthal variation of the Zr-hydrides and the presence of hydride rims and radially oriented hydrides. Two main characteristics were identified in samples with low ductility with respect to hydrogen content and test temperature: hydride rims and radial hydrides at the cladding outer surface. Crack propagation and failure modes were also studied, showing two general modes of crack propagation depending on distribution and amount of radially oriented hydrides. It was concluded that the PCMI resistance of irradiated cladding under normal conditions with homogenously distributed circumferential hydrides is high, with good margin to the RIA failure limits. To further improve safety, focus should be on conditions causing nonfavorable hydride distribution, such as hydride reorientation and formation of hydride blisters at the cladding outer surface.
Yoon, Sang A;Oh, Nu Ri;Yoo, Ae Ri;Lee, Hee Gyun;Lee, Hee Chul
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.54
no.4
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pp.278-284
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2017
In this work, Ta-substituted $Li_7La_3Zr_{2-x}O_{12}$ (LLZTO) powder and pellets with garnet cubic structure were fabricated and characterized by modified and optimized sol-gel synthesis. Ta-substituted LLZO powder with the smallest grain size and pure cubic structure with little pyrochlore phase was obtained by synthesis method in which Li and La sources in propanol solvent were mixed together with Zr and Ta sources in 2-methoxy ethanol. The LLZTO pellets made with the prepared powder showed cubic garnet structure for all conditions when the amount of Li addition was varied from 6.2 to 7.4 mol. All the X-ray peaks of the pyrochlore phase disappeared when the Li addition was increased above 7.0 mol. When the final sintering temperature was varied, the LLZTO pellet had a pyrochlore-mixed cubic phase above $1000^{\circ}C$. However, the surface morphology became much denser when the final sintering temperature was increased. The sol-gel-driven LLZTO pellet with a sintering temperature of $1100^{\circ}C$ showed a lithium ionic conductivity of 0.21 mS/cm when Au was adopted as electrode material for the blocking capacitor. The results of this study suggest that modified sol-gel synthesis is the optimum method to obtain cubic phase of LLZTO powder for highly dense and conductive solid electrolyte ceramics.
Kim, Hyun-Gil;Yang, Jae-Ho;Kim, Weon-Ju;Koo, Yang-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.1
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pp.1-15
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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.
Single phase of multicomponent oxide ZrTiO4 film could be prepared through surface sol-gel route simply by coating the mixture of 100 mM zirconium butoxide and titanium butoxide on $Pt/Ti/SiO_2Si(100)$ substrate, following pyro lysis at $450^{\circ}C$, and annealing it at 770 $^{\circ}C.$ The dielectric constant of the film was reduced as the film thickness decreased due to of the interfacial effects caused by layer/electrode and a few voids inside the multilayer. However, the dielectric property was independent of applied dc bias sweeps voltage (-2 to +2 V).The dielectric constant of bulk film, 31.9, estimated using series-connected capacitor model was independent of film thickness and frequency in the measurement range, but theoretical interfacial thickness, ti, was dependent on the frequency. It reached a saturated ti value, $6.9{\AA}$, at high frequency by extraction of some capacitance component formed at low frequency range. The dielectric constant of bulk ZrTiO4 pellet-shaped material was 33.7 and very stable with frequency promising as good applicable devices.
New process development of nuclear fuel fabrication for nuclear power plant was attempted by induction plasma technology with yttria-stabilized-zirconia ($\textrm{ZrO}_{2}$-$\textrm{Y}_{2}\textrm{O}_{3}$)powder, similar to $\textrm{UO}_{2}$, in the respect of melting point and physicochemical characteristics. Extent of powder melting was affected greatly by plasma plate power and particle size. Being optimized such as, sheath gas composition, probe position, particle size and spraying distance, dense deposit of 97.91% T.D. with deposition rate 20mm/min was attained at the condition of 120/20$\ell$/min of Ar/$\textrm{H}_{2}$ flow rate, 80kw of plate power, 8cm of probe position, 200Torr of chamber pressure and 18cm of spraying distance. The pellet of 96.5% of theoretical density was formed with homogeneity and nice exterior view at the best condition of deposition experiments, and the possibility of new nuclear pellet fabrication process was confirmed. The main and interrelated effects on deposit density were assessed by ANOVA(Ana1ysis of Variance).
High bum-up fuel technology has been developed through a national R&D program, which covers key technology areas such as claddings, $UO_2$ pellets, spacer grids, performance code, and fuel assembly tests. New cladding alloys were developed through alloy designs, tube fabrication, out-of-pile test and in-reactor test. The new Zr-Nb tubes are found to be much better in their corrosion resistance and creep strength than the Zircaloy-4 tube, owing to an optimized composition and heat treatment of the new Zr-Nb alloys. A new fabrication technology for large grain $UO_2$ pellets was developed using various uranium oxide seeds and a micro-doping of Al. The uranium oxide seeds, which were added to $UO_2$ powder, were prepared by oxidizing and heat-treating scrap $UO_2$ pellets. A $UO_2$ pellet containing tungsten channels was fabricated for a thermal conductivity enhancement. For the fuel performance analysis, new high burnup models were developed and implemented in a code. This code was verified by an international database and our own database. The developed spacer grid has two features of contoured contact spring and hybrid mixing vanes. Mechanical and hydraulic tests showed that the spacer grid is superior in its rodsupporting, wear resistance and CHF performance. Finally, fuel assembly test technology was also developed. Facilities for mechanical and thermal hydraulic tests were constructed and are now in operation. Several achievements are to be utilized soon by the Korea Nuclear Fuel and thereby contribute to the economy and safety of PWR fuel in Korea
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[게시일 2004년 10월 1일]
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