고압 안정성과 정밀도가 필요한 이유는 UO2-BeO 분말 입자가 내부 기공을 최소화하면서 이상적인 충진 밀도를 달성하도록 보장하기 위해서입니다. 이러한 정밀한 제어만이 소결 공정 중 정확한 수축률을 결정하는 유일한 방법입니다. 이러한 안정성 없이는 연료 펠릿과 피복 사이의 임계 초기 간극(일반적으로 60~85 마이크로미터)을 유지하는 것이 불가능합니다.
핵심 요점 핵연료의 물리적 무결성과 안전성은 "그린" (소결 전) 단계에 달려 있습니다. 정밀한 유압은 초기 밀도와 형상을 결정하며, 이는 궁극적으로 원자로 작동 중 펠릿-피복 상호작용(PCI)을 지연시키는 데 필요한 간극 크기를 제어합니다.
이상적인 미세구조 달성
충진 밀도 극대화
압력 적용의 주요 목표는 분말 입자를 응집된 배열로 만드는 것입니다. 고정밀 유압 프레스는 UO2-BeO 분말이 입자 간 공간을 기계적으로 줄여 이상적인 충진 밀도를 달성하도록 보장합니다.
내부 기공 최소화
불균일한 압력은 펠릿 내부에 공극을 유발합니다. 안정적인 압력 적용은 그린 펠릿의 내부 기공을 최소화하여 균일한 내부 구조를 만드는 데 중요합니다.
입자 접촉 확립
기계적 압축 공정은 원자 확산을 위한 필요한 물리적 기반을 제공합니다. 입자 간의 밀접한 접촉을 보장함으로써 프레스는 고온 소결 중에 발생하는 상 변환을 촉진합니다.
소결 동역학 제어
수축률 조절
그린 펠릿의 밀도는 가열 시 수축 정도를 직접 결정합니다. 정밀한 압력 제어를 통해 엔지니어는 후속 소결 단계 중 수축률을 예측하고 제어할 수 있습니다.
밀도 구배 제거
압력이 불균일하게 가해지면 펠릿의 밀도가 달라집니다. 균일한 축 방향 압력은 이러한 밀도 구배를 최소화하며, 이는 펠릿이 열에 의해 휘거나 변형되거나 균열이 발생하는 것을 방지하는 데 필수적입니다.
안전 인터페이스: 펠릿과 피복
초기 간극 정의
핵연료 제조에서 가장 중요한 기하학적 공차는 연료 펠릿과 피복 사이의 간극입니다. 고정밀 프레스는 최종 펠릿 치수가 일반적으로 60~85 마이크로미터 사이의 정밀한 초기 간극을 유지하도록 보장합니다.
펠릿-피복 상호작용(PCI) 완화
이 특정 간극 크기는 임의가 아닙니다. 안전 기능입니다. 최적화된 간극 설계는 열팽창 및 팽창을 수용하여 펠릿-피복 상호작용(PCI)을 지연시키고 작동 중 피복 파열 위험을 줄입니다.
절충점 이해
밀도 구배의 위험
고압이 필요하지만 적용 방법이 중요합니다. 제대로 제어되지 않은 압력은 그린 단계에서는 보이지 않지만 소결 중 치명적인 변형 또는 균열을 초래할 수 있는 밀도 구배를 유발할 수 있습니다.
장비 교정 종속성
고정밀에 의존한다는 것은 장비 교정이 무엇보다 중요하다는 것을 의미합니다. 유압 안정성의 약간의 편차는 펠릿의 무게에 영향을 미칠 뿐만 아니라 연료-피복 인터페이스에 필요한 기하학적 공차를 변경하여 배치 전체를 사용할 수 없게 만들 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
연료 펠릿 제조의 성공을 보장하기 위해 특정 목표에 따라 다음을 고려하십시오.
- 기하학적 충실도가 주요 초점인 경우: 60-85 마이크로미터 간극 공차를 엄격하게 유지하기 위해 고급 변위 제어 기능이 있는 프레스에 우선순위를 두십시오.
- 구조적 무결성이 주요 초점인 경우: 밀도 구배를 제거하고 소결 균열을 방지하기 위해 균일한 축 방향 압력 분포를 제공하는 프레스에 집중하십시오.
프레스 단계의 정밀도는 단순히 분말을 성형하는 것이 아니라 최종 핵연료 어셈블리의 안전 여유를 설계하는 것입니다.
요약 표:
| 요구 사항 | 기술적 영향 | 안전 이점 |
|---|---|---|
| 높은 충진 밀도 | 입자 접촉 극대화 | 균일한 원자 확산 촉진 |
| 압력 안정성 | 내부 기공 최소화 | 소결 중 균열 방지 |
| 정밀 제어 | 수축률 조절 | 60-85 μm 피복 간극 유지 |
| 균일한 축 방향 압력 | 밀도 구배 제거 | 휘어짐 및 변형 방지 |
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