The redox behaviors of anode-supported flat tube for solid oxide fuel cell has been studied. The mass change of the extruded NiO/YSZ anode flat tube during redox cycling was examined by thermogravimetric analysis(TGA). The result of TGA was shown a rapidly mass change in the range of $455\;-\;670^{\circ}C$ and the reoxidation of the NiO/YSZ anode was almost completed at $750^{\circ}C$. The starting temperature of reoxidation and the maximum temperature of oxidation rate decreased with increasing the reoxidation cycle, which is attributed to the increased porosity caused by volume change. Bending strengths of the NiO/YSZ anode after redox cycling were 96 - 80 MPa and the bending strength decreased slightly with increasing the redox cycle. On the other hand, the bending strength of the NiO/YSZ anode with electrolyte showed 130 MPa after first redox cycling but decreased rapidly with increasing the redox cycle. From the results of the bending test and the microstructure observation, we conclude that the crack initiation of the electrolyte-coated NiO/YSZ anode was induced easily at interface of electrolyte/anode tube and propagated cross the electrolyte.
Recently, many utilities have considered interim dry storage of spent nuclear fuel as an option for increasing spent fuel storage capacity. Foreign nuclear regulatory committees have provided some regulatory and licensing requirements for relatively low- and medium-burned spent fuel with respect to the prevention of spent fuel degradation during transportation and interim dry storage. In the present study, the effect of cladding creep and hydride distribution on spent fuel degradation is reviewed and performance tests with high-burned Zircaloy-4 and advanced Zr alloy spent fuel are proposed to investigate the effect of burnup and cladding materials on the current regulatory and licensing requirements. Creep tests were also performed to investigate the effect of temperature and tensile hoop stress on hydride reorientation and subsequently to examine the temperature and stress limits against cladding material failure. It is found that the spent fuel failure is mainly caused by cladding creep rupture combined with mechanical strength degradation and hydride reorientation. Hydride reorientation from the circumferential to radial direction may reduce the critical stress intensity that accelerates radial crack propagation. The results of cladding creep tests at $400^{\circ}C$ and 130MPa hoop stress performed in this study indicate that hydride reorientation may occur between 2.6% to 7.0% strain in tube diameter with a hydrogen content range of 40-120ppm. Therefore, it is concluded that hydride re-orientation behaviour is strongly correlated with the cladding creep-induced strain, which varies as functions of temperature and stress acting on the cladding.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.5
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pp.479-484
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2009
Nondestructive evaluation(NDE) of ceramic matrix composites is essential for developing reliable ceramics for industrial applications. In the work, C-Scan image analysis has been used to characterize surface crack of SiC ceramics nondestructively. The possibility of detection of surface crack were carried out experimentally by two types of ultrasonic equipment of SDS-win and $\mu$-SDS, and three types of transducer of 25, 50 and 125 MHz. A surface micro-crack of ceramics was not detected by transducer of 25 MHz and 50 MHz. Though the focus method was detected dimly the crack by transducer of 125 MHz, the defocus method could detect the shape of diamond indenter. As a whole, the focus method and the defocus method came to the conclusion that micro crack have a good possibility for detection.
The FUel Rod Analysis(FURA) code is developed using two-dimensional finite element methods for axisymmetric and plane stress analysis of fuel rod. It predicts the thermal and mechanical behavior of fuel rod during normal and load follow operations. To evaluate the exact temperature distribution and the inner gas pressure, the radial deformation of pellet and clad, the fission gas release are considered over the full-length of fuel rod. The thermal element equation is derived using Galerkin's techniques. The displacement element equation is derived using the principle of virtual works. The mechanical analysis can accommodate various components of strain: elastic, plastic, creep and thermal strain as well as strain due to swelling, relocation and densification. The 4-node quadratic isoparametric elements are adopted, and the geometric model is confined to a half-pellet-height region with the assumption that pellet-pellet interaction is symmetrical. The pellet cracking and crack healing, pellet-cladding interaction are modelled. The Newton-Raphson iteration with an implicit algorithm is applied to perform the analysis of non-linear material behavior accurately and stably. The pellet and cladding model has been compared with both analytical solutions and experimental results. The observed and predicted results are in good agreement. The general behavior of fuel rod is calculated by axisymmetric system and the cladding behavior against radial crack is used by plane stress system. The sensitivity of strain aging of PWR fuel cladding tube due to load following is evaluated in terms of linear power, load cycle frequency and amplitude.
Kim, Han-Soo;Jong, Chang-Yong;Lee, Byung-Ho;Oh, Jae-Yong;Koo, Yang-Hyun
Nuclear Engineering and Technology
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v.42
no.5
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pp.576-581
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2010
KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) fabricated MOX (Mixed Oxide) fuel pellets as a cooperation project with PSI (Paul Scherrer Institut) for an irradiation test in the Halden reactor. The MOX pellets were fitted into fuel rods that included instrumentation for measurement in IFE (Institutt for Energiteknikk). The fuel rods were assembled into the test rig and irradiated in the Halden reactor up to 50 MWd/kgHM. The irradiated fuel rods were transported to the IFE, where ceramography was carried out. The fuel rods were cut transversely at the relatively higher burn-up locations and then the radial cross sections were observed. Micrographs were analyzed using an image analysis program and grain sizes along the radial direction were measured by the linear intercept method. Radial cracks in the irradiated MOX were observed that were generally circumferentially closed at the pellet periphery and open in the hot central region. A circumferential crack was formed along the boundary between the dark central and the outer regions. The inner surface of the cladding was covered with an oxide layer. Pu-rich spots were observed in the outer region of the fuel pellets. The spots were surrounded by many small pores and contained some big pores inside. Metallic fission product precipitates were observed mainly in the central region and in the inside of the Pu spots. The average areal fractions of the metallic precipitates at the radial cross section were 0.41% for rod 6 and 0.32% for rod 3. In the periphery, pore density smaller than 2 ${\mu}m$ was higher than that of the other regions. The grain growth occurred from 10 ${\mu}m$ to 12 ${\mu}m$ in the central region of rod 6 during irradiation.
As rubber products such as O-rings, which are also known as packings or toric joints, come in regular, long term contact with liquid fuel, they can eventually swell, become mechanically weakened, and occasionally crack; this diminishes both their usefulness and intrinsic lifetime and could cause leaks during the steady-state flow condition of the fuel. In this study, we evaluate the lifetime of such products through compression set tests of FKM, a family of fluorocarbon elastomer materials defined by the ASTM international standard D141; these materials have great compression, sunlight, and ozone resistance as well as a low gas absorption rate. In this process, O-rings are immersed in the liquid fuel of airtight containers that can be expressed as a compression set, and the liquid fuel leakage in a flow rig tester at variable temperatures over 12 months is investigated. Using the Power Law model, our study determined a theoretical O-ring lifetime of 2,647 years, i.e. a semi-permanent lifespan, by confirming the absence of liquid fuel leakage around the O-ring assembled fittings. These results indicate that the FKM O-rings are significantly compatible for fuel tests to evaluate long-term sealing conditions.
Kim, Yeon-Ku;Jeong, Kyung-Chai;Oh, Seung-Chul;Suhr, Dong-Soo;Cho, Moon-Sung
Journal of Powder Materials
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v.16
no.4
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pp.254-261
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2009
In this study, we investigated the unit process parameters in spherical $UO_2$ kernel preparation. Nearly perfect spherical $UO_3$ microspheres were obtained from the 0.6M of U-concentration in the broth solution, and the microstructure of the $UO_2$ kernel appeared the good results in the calcining, reducing, and sintering processes. For good sphericity, high density, suitable microstructure, and no-crack final $UO_2$ microspheres, the temperature control range in calcination process was $300{\sim}450^{\circ}C$, and the microstructure, the pore structure, and the density of $UO_2$ kernel could be controlled in this temperature range. Also, the concentration changes of the ageing solution in aging step were not effective factor in the gelation of the liquid droplets, but the temperature change of the ageing solution was very sensitive for the final ADU gel particles.
SiC has been under investigation as a potential cladding for LWR fuel, due to its high melting point and drastically reduced chemical reactivity with liquid water, and steam at high temperatures. As SiC is a brittle material its behavior during the reflood phase of a Loss of Coolant Accident (LOCA) is another important aspect of SiC that must be examined as part of the feasibility assessment for its application to LWR fuel rods. In this study, an experimental assessment of thermal shock performance of a monolithic alpha phase SiC tube was conducted by quenching the material from high temperature (up to $1200^{\circ}C$) into room temperature water. Post-quenching assessment was carried out by a Scanning Electron Microscopy (SEM) image analysis to characterize fractures in the material. This paper assesses the effects of pre-existing pores on SiC cladding brittle fracture and crack development/propagation during the reflood phase. Proper extension of these guidelines to an SiC/SiC ceramic matrix composite (CMC) cladding design is discussed.
$UO_2$ microsphere particles, core material of HTGR(High Temperature Gas Reactor) nuclear fuel, were prepared using by the GSP(Gel Supported Precipitation) method which is a modified-method of the wet sol-gel process. The spherical shape of initial liquid ADU droplets from the vibration nozzle system was continuously kept till the conversion to the final $UO_2$ microsphere. But the size of a final $UO_2$ microsphere was shrunken to about 25% of an initial ADU droplet size. Also, we found that the composition of dried-ADU gel particles was constituted of the very complicated phases, coexisted the U=O, C-H, N-H, N-O, and O-H functional groups by FT-IR. The important factors for obtain the no-crack $UO_2$ microsphere during the thermal treatment processes must perfectly wash out the remained-$NH_4NO_3$ within the ADU gel particle in washing process and the selections of an appropriate heating rate at a suitable gas atmosphere, during the calcining of ADU gel particles, the reducing of $UO_3$ particles, and the sintering of $UO_2$ particles, respectively.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.5
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pp.29-34
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2014
Particulate reinforced composite is composed of hard particles and polymer matrix. This material has been widely applied for engineering industry such as automobile, construction and aerospace. For the safe application, it is important to assess crack resistance behavior. Especially in aerospace industry, crack could cause significant problem when the material is used for solid rocket fuel. Therefore, it is inevitable to estimate the characteristics of the crack propagation. In this study, crack propagation tests were conducted using particulate reinforced composite under crosshead rate 2.54 mm/min in the range of temperature $-60^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$. The strain contour of surface for specimen was generated using digital image correlation method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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