During irradiation, rare earth elements (REEs) tend to be redistributed to the outer region of fuel along the temperature gradient. The migration of REEs lead to the fuel-cladding chemical interaction which causes fuel failure. Accurate phase diagrams of U-Zr-REEs and U-TRU-Zr-REEs are needed to analyze this phenomenon. However, existing phase diagrams are calculated based on insufficient experimental data particularly. In this study, the solubility limits of $\gamma$-Ce in $\alpha$-U and $\alpha$-Zr are calculated by using first principles and phonon calculations based on density functional theory (DFT) to improve the binary phase diagrams of Ce-U and Ce-Zr. From these calculation results, binary phase diagrams of Ce-U and Ce-Zr were calculated and compared with existing literature data. The ternary phase diagram of the U-Zr-Ce is modeled by extrapolations of new binary phase diagrams obtained from the calculations.
금속연료안에 존재하는 희토류 원소들은 핵연료가 연소되는 동안 핵연료 중심부에서 핵연료 피복재 방향으로 온도구배를 따라 확산 이동하게 된다. 이동된 희토류 원소들은 피복재와 화학적 반응을 하여 핵연료 손상을 유발한다. 이러한 성분 원소 이동 현상을 분석하기 위해서는 정확한 상태도가 필요하다. 기존의 금속연료와 희토류 원소의 이원계 상태도는 낮은 온도에서의 실험값이 부족한 상태에서 작성되었다. 본 연구에서는 낮은 온도에서의 우라늄과 지르코늄에서의 세륨의 용해도를 밀도 범함수 이론을 기반으로 한 제1원리와 포논 계산을 사용하여 계산하고, 계산된 용해도 값을 사용하여 기존의 이원계 상태도를 보완하고, 외삽방법을 통해 삼원계 상태도를 모델링하였다.