The mechanical properties of HIMET fuel for the small integrated reactors, SMART, like the reactors which change sea water to fresh water were investigated. The fundamental properties such as the microstructure of clad(Zr-1%Zb) and meat(37%U-Zr), hardness and texture of clad were observed before the tensile test which is the most important mechanical property of HIMET fuel.
Tensile tests were performed to investigate the mechanical properties of Zr-1%Nb alloy and 37%U-Zr alloy used as HIMET fuel. A new tensile test system was equipped for the experiment at evaluated temperatures and for the protection of specimen against oxidation, The tensile tests were conducted at strain rate of 1×10-4/sec in the temperature range of 20 to 600℃. In case of Zr-1%Nb alloy, stress plateau due to β-Nb precipitates in α-Zr matrix and oxygen atom-dislocation interactions was observed. As shown in elongation-temperature curve of 37%U-Zr alloy, the appearance of brittle fracture was observed from RT to 200℃ but the increment of elongation was observed as test temperature increased. The above results confirmed that the most important parameters affecting tensile properties are specimen fabrication process, test temperature and strain rate.
The flexural rigidity and standard deviation were assumed after the 3-point bending test of HIMET fuel, however the changes of flexural rigidity were very little with variation of loading rates.
해수 담수용 원자로와 같은 소형 원자로인 SMART에 사용 될 예정인 새로운 형태를 가진 금속 핵연료(HIMET)의 기계적 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. HIMET 핵연료의 기계적 특성 중 가장 중요하게 생각되어진 인장시험을 수행하기 앞서 피복재와 심재의 미세 조직관찰, 피복재의 경도 측정 및 집합조직 관찰을 통해 기본적인 물성치를 먼저 측정하였다.
HIMET 금속 핵연료에 사용된 피복재인 Zr-1%Nb 합금과 심재인 37%U-Zr 합금의 기계적 성질 중에서 인장실험을 수행하였다. 고온과 산화방지를 위해서 새로운 인장 실험 시스템을 구성하였고, 변형률은 $1×10^{-4}sec$ 으로 상온에서 600℃까지 100℃ 간격으로 인장 실험을 수행하여 나온 결과를 연구 분석하였다. Zr-1%Nb 합금인 경우는 300-400℃ 구간에서 α-Zr 기지내에 β-Nb 석출물과 산소 원자와 전위들간의 상호작용으로 판단되는 동적변형시효(DSA)현상으로 기울기가 평탄한 영역이 보였다. 한편, 37%U-Zr 합금에서는 온도와 연신률의 변화 그래프에서 보면, 상온에서 200℃까지는 연신률이 취성 파괴(brittle fracture) 양상으로 낮은 값을 보였으며, 온도가 더 증가하면서 연신률이 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다. 이러한 결과는 인장 성질에 미치는 가장 중요한 인자인 시편 제조 공정의 영향, 변형률 및 시험온도의 영향으로 인한 결과로 판단된다.
HIMET 핵연료의 3점 굽힘 시험을 통하여 요성계수(EI)와 표준편차를 구할 수 있었으며, 하중 속도 변화에 따른 요성계수 값의 변화는 매우 작았다.
