• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1995년도 추계학술발표회논문집(2)
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• pp.611-616
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• 1995

핵연료 피복관의 일차 결함을 통해서 유입되는 냉각수에 의한 피복관 내면의 산화와 이에 따른 수소침투가 핵연료 피복관의 기계적 건전성에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구를 수행하였다. 시험 시편은 Westinghouse, NRG, Sandvik에서 제조되는 Zircaloy-4 tube와 Westinghouse사에 개발한 신 합금인 ZIRLO™를 동일한 조건에서 수증기 산화와 수소 주입 실험을 수행하여 제조회사별 성능 평가를 하였으며 기계적 건전성 저하의 평가 방법으로 튜브 파열 실험(tube burst test)을 상온에서 수행하였다. 그 결과는 수소 침투량에 따라 피복관의 기계적 건전성이 지수적으로 감소하는 경향을 보였으며 500ppm이상에서는 취성파괴현상을 보이며 심각한 연성저하를 나타냈다. 제조회 사별 성능 평가에서는 A사 제품이 내식성과 수소흠수특성에서 다른 B, C, D사 제품에 비해 떨어지는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제43권6호
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• pp.489-498
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• 2011

UK National Nuclear Laboratory's (NNL's) version of the ENIGMA fuel performance code is described, including details of the development history, the system modelled, the key assumptions, the thermo-mechanical solution scheme, and the various incorporated models. The recent development of ENIGMA in the areas of whole core analysis and dry storage applications is then discussed. With respect to the former, the NEXUS code has been developed by NNL to automate whole core fuel performance modelling for an LWR core, using ENIGMA as the underlying fuel performance engine. NEXUS runs on NNL's GEMSTONE high performance computing cluster and utilises 3-D core power distribution data obtained from the output of Studsvik Scandpower's SIMULATE code. With respect to the latter, ENIGMA has been developed such that it can model the thermo-mechanical behaviour of a given LWR fuel rod during irradiation, pond cooling, drying, and dry storage - this involved: (a) incorporating an out-of-pile clad creep model for irradiated Zircaloy-4; (b) including the ability to simulate annealing out of the clad irradiation damage; (c) writing of additional post-irradiation output; (d) several other minor modifications to allow modelling of post-irradiation conditions.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1997년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.183-188
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• 1997

핵연료 피복관용 Zr신합금을 개발하기 위해서 16종의 신합금을 설계하였다. 설계된 합금은 진공아크용해, $\beta$-열처리, 열간압연, 냉간압연 및 진공열처리의 공정에 의해 판재로 제조되었으며 이들 시편에 대해 35$0^{\circ}C$와 40$0^{\circ}C$에서 부식시험, 상온과 고온에서 인장시험 및 40$0^{\circ}C$에서 크립시험을 실시하여 신합금의 특성을 평가하였다. Zr-Nb-Sn계에 Fe, V, Te, Sb, Ru, Pd의 다른 원소를 미량 첨가하는 다원계 합금에서 Fe와 Cr은 부식특성을 향상시키는데 매우 효과적인 것으로 나타났다. Sb는 기계적강도를 향상시키고 Fe, Cr원소는 연신율을 증가시키는 원소로 밝혀졌으며 Sb와 V은 크립저항성을 매우 향상시킨다. 16종의 합금중 2-3종의 합금은 기존의 Zircaloy-4보다 우수한 내식성을 보였으며 Zr-Nb-Sn-FeCr합금은 ZIRLO와 유사한 부식저항성을 나타냈다. 부식과 크립저항성을 동시에 향상시키기 위해서는 Fe, Cr, Sb원소를 적절히 함유시킨 합금에 대해서 집중적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제21권2호
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• pp.89-98
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• 1989

지르칼로이 -4 피복관에 대해서 3가지 변형 속도로(1.2$\times$10E-7/s, 2.0$\times$10E-6/s, 3.2$\times$10E -5/s), 553-873K의 온도 구간에서 구리 맨드렐 팽창 시험법을 공기와 진공(5$\times$10E-5 torr) 분위기에서 수행했고, 변형 속도의 변화는 시편의 가열 속도를 조절함으로써 얻을 수 있었다. 각각의 변형 속도에서 항복 응력 피크와 변형 속도 감도 최저값 그리고 활성화 부피 극대값이 나타나는 이유는 동적변형시효 현상 때문이라고 설명된다. 항복 응력 피크가 나타나는 온도와 변형속도로부터 얻어진 동적변형시효의 활성화 에너지는 196(KJ/mol)이었고 이 값은 $\alpha$-지르코니움과 지르칼로이-2에서 활성화 에너지(207-220 KJ/mol)값과 잘 일치한다. 그러므로 573-673K의 온도 구간에서 나타나는 동적변형시효 현상은 산소원자 때문이라고 생각된다. 산화에 의한 항복 응력의 증가는 공기중 실험과 진공 실험으로 얻어진 항복 응력값을 비교함으로서 얻었고, 그것은 항복 응력의 증가 분율로 표시했다. 결과는 변형속도가 느릴 수록 증가 분율은 더욱 더 커짐을 알 수 있었다. 그리고 산소 침투량과 항복 응력 증가 사이의 관계가 직선적이라는 가정하에 공기와 수중에서의 산화 속도를 비교하여 수중에서의 항복 응력 값을 계산해 보았다.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2003년도 학술대회지
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• pp.64-71
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• 2003

In order to evaluate the effect of alloying elements (Nb and Sn) on the wear resistance of advanced Zr fuel claddings, sliding wear tests have been performed in room temperature air and water and these results were compared with those of commercial alloys such as Zircaloy-4, A and B alloys. As a result, the advanced Zr fuel claddings have a similar wear resistance compared with the commercial alloys. The wear resistance of the advanced Zr fuel claddings is closely releted to the content of Nb and Sn even though the effects of transition elements are involved in deforming wear properties. In the tested specimens with similar Sn content, wear volume became down to a minimum at $0.4\;wt\;\%$ Nb, then rapidly increased at 1.0 wt Nb. This behavior results in the variation of grain size with alloying contents. But Sn did not have a significant effect on the wear volume of advanced Zr fuel claddings below $1.1\;wt\%$. The relationship between alloying elements and wear behaviour was evaluated and discussed using material compatibility factor.

• Journal of Welding and Joining
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• 제7권2호
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• pp.60-69
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• 1989

The present study was aimed at investigating the effect of welding parameters such as welding current, electrode force(or squeeze force) and parts cleaning on the sound weld, and establishing the most reliable weld conditions for HWP(Heavy Water Reactor) fuel end capping with the resistance upset butt welding. Major results obtained are as follows. 1. The amount of sound weld was increased with increasing weld current(5.0-11KA) because the activated diffusion with increasing heat generation played an important role in eliminating the porosity and weld line in the weld interface. 2. It was found that weld current was not significantly influenced by the electrode force although the increase of it caused a slight increase of weld current and upset deformation. 3. Acetone rinsing before drying for the Zircaloy-4 end cap cleaning produced the reliable sound weld because it would remove the remaining solvent and surface films, and provided the uniform contact between the end cap and the tube. 4. The optimum welding conditions for fuel end capping by a resistance upset hytt welding are obtained as follows. weld current: 10-11KA, electrode force: 62-90KPa parts cleaning: vapor degreasing.rarw.water, acetone rinsing.rarw.drying.

• 한국진공학회지
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• 제6권S1호
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• pp.96-109
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• 1997

In order to simulate the corrosion behavior of Zr-4 alloy in pressurized water reactors it was implanted (or bombarded) with 190ke V $Zr^+\; and \;Ar^+$ ions at liquid nitrogen temperature and room temperature respectively up to a dose of $5times10^{15} \sim 8\times10^{16} \textrm{ions/cm}^2$ The oxidation behavior and electrochemical vehavior were studied on implanted and unimplanted samples. The oxidation kinetics of the experimental samples were measured in pure oxygen at 923K and 133.3Pa. The corrosion parameters were measured by anodic polarization methods using a princeton Applied Research Model 350 corrosion measurement system. Auger Electron Spectroscopy (AES) and X-ray Photoelectric Spectroscopy (XPS) were employed to investigate the distribution and the ion valence of oxygen and zirconium ions inside the oxide films before and after implantation. it was found tat: 1) the $Zr^+$ ion implantation (or bombardment) enhanced the oxidation of Zircaloy-4 and resulted in that the oxidation weight gain of the samples at a dose of $8times10^{16}\textrm{ions/cm}^2$ was 4 times greater than that of the unimplantation ones;2) the valence of zirconium ion in the oxide films was classified as $Zr^0,Zr^+,Zr^{2+},Zr^{3+}\; and \;Zr^{4+}$ and the higher vlence of zirconium ion increased after the bombardment ; 3) the anodic passivation current density is about 2 ~ 3 times that of the unimplanted samples; 4) the implantation damage function of the effect of ion implantation on corrosion resistance of Zr-4 alloy was established.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제41권2호
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• pp.163-170
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• 2009

In order to evaluate high-temperature oxidation behavior of the advanced alloy cladding under LOCA conditions, isothermal oxidation tests in steam were performed with cladding specimens prepared from high burnup PWR fuel rods that were irradiated up to 79 MWd/kg. Cladding materials were $M5^{(R)}$ and $ZIRLO^{TM}$, which are Nb-containing alloys. Ring-shaped specimens were isothermally oxidized in flowing steam at temperatures from 1173 to 1473 K for the duration between 120 and 4000s. Oxidation rates were evaluated from measured oxide layer thickness and weight gain. A protective effect of the preformed corrosion layer is seen for the shorter time range at the lower temperatures. The influence of pre-hydriding is not significant for the examined range. Alloy composition change generally has small influence on oxidation in the examined temperature range, though $M5^{(R)}$ shows an obviously smaller oxidation constant at 1273 K. Consequently, the oxidation rates of the high burnup $M5^{(R)}$ and $ZIRLO^{TM}$ cladding are comparable or lower than that of unirradiated Zircaloy-4 cladding.

• 한국재료학회지
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• 제14권7호
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• pp.451-456
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• 2004

Thermal creep properties of the zirconium tube which was developed for high burnup application were evaluated. The creep test of cladding tubes after various final heat treatment was carried out by the internal pressurization method in the temperature range from $350^{\circ}C to 400^{\circ}C$ and from 100 to 150 MPa in the hoop stress. Creep tests were lasted up to 900days, which showed the steady-state secondary creep rate. The creep resistance of zirconium claddings was higher than that of Zircaloy-4. Factors that affect creep resistance, such as final annealing temperature, applied stress and alloying element were discussed. Tin as an alloying element was more effective than niobium due to solute hardening effect of tin. In case of advanced claddings, the optimization of final heat treatment temperature as well as alloying element causes a great influence on the improvement of creep resistance.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2003년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.213-213
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• 2003

고온 및 고압의 가혹한 방사선 분위기에서 사용되는 핵연료 피복관은 중성자 조사 및 수소화합물의 생성 등으로 인하여 기계적 성질이 저하된다. 따라서 조사된 핵연료 피복관의 손상기준 확립과 안전성 해석을 위해서는 연성 및 강도 등 기계적 특성을 정확히 이해하여야 할 필요가 있다. 핵연료 피복관의 종 및 횡 방향 인장특성 평가를 위하여 개발된 기존의 다양한 시험법들을 비교하고, 핫셀시험에 적합한 인장시험법을 개발하였다. 피복관의 종방향 인장시편은 튜브시편 또는 게이지부 내에서 균일한 변형률 분포를 얻도록 설계된 도그본 튜브시편(그림 1)을 사용한다. 피복관의 횡방향 인장시험에 사용되는 링시편(그림 2)은 게이지부 내에서 균일한 단축 원환변형율 분포 또는 평면변형율 조건을 나타내도록 설계한다. 연소 또는 조사된 피복관으로부터 시편을 제작하기 위해서는 핫셀 내에서 작업 이 가능한 방전가공기(그림 3)를 사용한다. 피복관의 종방향 인장시험용그립(grip)은 핀-부하형이며, 횡방향 인장시험의 경우는 시험 동안 시편의 곡률이 일정하게 유지 되도록 그립의 형상 및 치수를 결정한다(그림 4). 피복관의 종 및 횡방향 강도와 변형 등 기계적 특성을 평가하기 위한 응력-변형율 곡선은 시험기의 복합 강성(K)을 고려하여 결정한다. 이상과 같이 검토된 인장시험법은 피복관의 안전성 해석(safety analysis)과 관련 규정(regulatory)에서 사용되는 피복관 손상기준(fuel damage criteria)의 개선에 필수적인 자료를 제공한다.