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핵연료는 우라늄을 원료로 만들어진 핵연료봉의 묶음인 핵연료 집합체가 원자력발전에 사용된다. 핵연료봉은 선행핵연료주기의 마지막 단계인 성형 및 가공 단계에서 만들어진다.

핵연료봉은 이산화우라늄 소결체를 금속으로 만든 피복관에 길게 한 줄로 채운 후, 관의 양쪽을 금속마개로 밀봉하여 만든다. 이산화우라늄 소결체는 길이 약 1㎝, 지름 약 8.3㎜의 원기둥 형태인데, 한 개의 핵연료봉에는 약 370개의 이산화우라늄 소결체가 들어간다.

핵연료봉 안에는 소결체가 채워진 끝에 일정한 길이의 빈 공간이 있고, 그 공간에 코일 스프링이 압축되어 들어간다. 피복관의 양 끝은 봉단마개로 밀봉된다. 코일 스프링은 핵연료봉을 운반할 때 소결체가 부딪쳐 깨지는 것을 방지하기 위한 고정 장치이다.

핵연료봉 내에는 빈 공간은 소결체가 핵분열하면서 발생하는 가스를 가둘 수 있으며, 고온에서 핵분열로 인한 소결체의 팽창에 대비할 수 있다.

소결체는 고온의 열을 발생시켜서 전기를 만드는 순기능도 하지만, 사람이나 동물의 몸에 해로운 방사능 물질과 가스도 동시에 만들어낸다. 따라서 원자력발전을 할 때 발생하는 이롭지 않은 부산물이 자연환경으로 방출되지 않도록 차단하는 것이 무엇보다 중요하다.

소결체는 1차적으로는 핵분열 생성물이 소결체 자체에서 밖으로 나오지 못하도록 차단한다. 피복관은 소결체를 뚫고 나온 핵분열 생성물을 가두는 2차 방호벽 역할을 한다.

소결체에 의한 1차 방호벽은 소결체 자체가 핵분열하기 때문에 방사성 물질을 100% 차단할 수 없다. 따라서 실제적인 차단벽 역할을 하는 것을 피복관이다.

그뿐만 아니라 피복관은 핵분열 연쇄반응으로 발생하는 열을 냉각수에 전달하는 기능을 하기도 해, 원자력발전소에 사용되는 여러 가지 부품 중에서도 핵심 부품 중 하나이다.

2012년 한국원자력연구원은 세계 최고의 성능을 내는 피복관 재료를 개발해 그동안 수입에 의존하던 피복관을 대체할 수 있게 되었다.