수증기와 물의 혼합 분위기에서 기산화층이 지르칼로이 -4의 산화 거동에 미치는 영향

Effect of Preoxidation on the Zircaloy-4 Oxidation Behavior in a Steam and Water Mixture between $700^{\circ}C$ and 85$0^{\circ}C$

핵연료 피복재 (Zircaloy-4)에 생기는 얇은 산화층의 두께에 따른 고온에서의 산화 거동을 관찰하기 위하여 실험과 수치 계산을 수행하였다. 산화 실험은 수중기와 물의 혼합 분위기에서 지르칼로이-4판재 시편을 $650^{\circ}C$에서 600초, 1,800초 동안 산화시켜서 산화층을 형성시킨 후 $700^{\circ}C$ 와 85$0^{\circ}C$ 사이의 온도에서 산화 거동을 관찰하였다. 기산화층의 두께가 두꺼울수록 고온에서의 산화율은 as-received cladding의 경우보다 낮았다. 기산화층이 형성된 시편에서는 산화율 천이 영역이 나타났으며 이 영역은 산화 온도가 올라감에 따라 점차로 소멸되었다. 기산화층의 영향은 낮은 온도($700^{\circ}C$)에서 가장 뚜렷하게 나타났다. 수치 계산 결과에 의하면, 산화층 증가율과 무게 증가는 실험 결과와 비슷하게 기산화층의 두께에 영향을 받았다.

Experiments and numerical analysis have been performed to investigate the effect of preoxidation by oxidizing Zircaloy-4 specimens at a higher temperature after a period of exposure at a lower temperature. The oxidation experiments were performed between $700^{\circ}C$ and 85$0^{\circ}C$ after Preoxidation at $650^{\circ}C$ in a steam and water mixture for 600 seconds and 1,800 seconds. As the thickness of preoxidized layer increased, the oxidation rate of preoxidized specimens at higher temperature became lower than that of as-received claddings. A transition region of oxidation rate exist in the preoxidized specimens, and the region disappeared rapidly as the oxidation temperature increased. This effect appeared more clearly at lower temperatures. According to the results of numerical analysis performed in this study, the growth rate of oxide layer thickness and weight gains were similarly affected by the thickness of preoxidized layer.