JP2021529307A

JP2021529307A - 核燃料製造工程におけるｕｆ６ガス漏れ検知システム

Info

Publication number: JP2021529307A
Application number: JP2020570875A
Authority: JP
Inventors: ぺ，ヨンムン; ヤン，ソンチュル; カク，トンヨン; イ，ビョングク; チョ，ヒョングァン; イ，ジュノ
Original assignee: ケプコニュークリアフューエルカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US20210280328A1; KR102065771B1; KR20200001062A; JP7394204B2; WO2020004707A1; EP3816602A4; EP3816602A1; JP2023052158A; US11721446B2

Abstract

本発明は、核燃料製造工程におけるＵＦ６ガス漏れ検知システムに係り、より詳細には、外気との反応によって生成された固体状態のＵＯ２Ｆ２を光学的に検出してＵＦ６漏れか否かを検知することにより、非接触式によるＵＦ６漏れか否かの検知によって検出装備の損傷を防止して機械的寿命を延長し、検出装備のメンテナンスコストを削減することができるようにした、核燃料製造工程におけるＵＦ６ガス漏れ検知システムに関する。【選択図】図４

Description

本発明は、核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムに係り、より詳細には、ＵＦ_６気化器内でＵＦ_６ガス漏れの際に外気との反応によって生成された固体状態のＵＯ_２Ｆ_２を光学的に検出してＵＦ_６漏れか否かを検知することができるようにした、核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムに関する。

軽水炉核燃料製造工程中の再変換工程は、いずれの種類の工程であれ、固体状態のＵＦ_６（ｕｒａｎｉｕｍｈｅｘａｆｌｕｏｒｉｄｅ、六フッ化ウラン）を気体状態に作る単位工程である気化工程から始まる。

ＵＦ_６は、シリンダー内に固体状態で充填された後、再変換工場に入庫されて気化工程で気化し、後続の単位工程である変換工程（例えば、ＤＣ（ｄｒｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）工程、ＩＤＲ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｒｙｒｏｕｔｅ）工程の場合）または沈殿工程（例えば、ＡＵＣ（ａｍｍｏｎｉｕｍｕｒａｎｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ）工程の場合）または加水分解工程（例えば、ＡＵＨ（ａｍｍｏｎｉｕｍｕｒａｎａｔｅｈｙｄｒａｔｅ）工程、ＡＤＵ（ａｍｍｏｎｉｕｍｄｉｕｒａｎａｔｅ）工程の場合）に投入される。

気化工程では、図１に示すように、ＵＦ_６が充填されたシリンダー１０を気化器（ａｕｔｏｃｌａｖｅ）２０に装入し、シリンダー１０にＵＦ_６ガス移送配管（図示せず）を接続した後、気化器２０の内部を約１１５℃に加熱してＵＦ_６を気化させ、後続工程の反応部（図示せず）へＵＦ_６を移送する。

このとき、窒素供給部４０を介して気化器２０内に窒素ガスが流入し、前記窒素ガスは、ヒーター３０によって加熱されてシリンダー１０を加熱した後、窒素排出管５０を介して排出される。

この過程でＵＦ_６がシリンダー１０、配管或いは工程設備の外部に漏れる場合、放射性物質である重金属ウランの他にも、非常に有毒な物質であるＨＦ（ＨｙｄｒｏｇｅｎＦｌｕｏｒｉｄｅ）の生成により、作業者及び設備の安全に重大な影響を及ぼす。

つまり、ＵＦ_６が漏れて空気中に晒されると、空気中の水蒸気と次のとおりに反応してＵＯ_２Ｆ_２（ｕｒａｎｙｌｆｌｕｏｒｉｄｅ）またはＦ_２ＯＵ（ｕｒａｎｉｕｍｏｘｙｆｌｕｏｒｉｄｅ）とＨＦ（ｈｙｄｒｏｇｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）を生成する。
ＵＦ_６（ｇ）＋２Ｈ_２Ｏ（ｇ）→ＵＯ_２Ｆ_２（ｓ）＋４ＨＦ（ｇ）

また、ＵＯ_２Ｆ_２は、水との接触時に速く溶け、次のとおりにＨＦを生成する。
ＵＯ_２Ｆ_２（ｓ）＋ｎＨ_２Ｏ（ｌ）→ＵＯ_２ ^２＋（ａｑ）＋２Ｆ⁻（ａｑ）
２Ｆ⁻（ａｑ）＋２Ｈ_２Ｏ（ｌ）⇔２ＨＦ（ａｑ）＋２ＯＨ⁻（ａｑ）

このような気化工程におけるＵＦ_６の漏れを検知するためのＵＦ_６検知器（ＵＦ_６ｄｅｔｅｃｔｏｒ）６０が窒素排出管５０に設置され、前記反応式を介して生成されたＨＦを検知することにより、ＵＦ_６漏れか否かを検知することができる。

つまり、気化器２０の内部でＵＦ_６の漏れがある場合には、窒素排出管５０を介して排出されるガスは、ＵＦ_６検知器６０を通過するとき、ＵＦ_６検知器６０に注入される外部の空気と反応してＨＦを生成するが、ＵＦ_６検知器６０は、これを検知して、管理者がＵＦ_６漏れか否かを認知することができるようにしたものである。

この過程で、上述したＵＦ_６漏れ検知システムは、ＵＦ_６検知器６０のセンサー６１が腐食性の強いＨＦに直接接触するので、センサー６１が腐食してしまうという問題があり、ＵＯ_２Ｆ_２もセンサーに沈積するという問題があった。

かかる問題を最小限に抑えるために、図２に示すように、窒素排出管５０に前記窒素排出管５０の内径よりも小さい内径を有するバイパス管５１を設置し、そのバイパス管５１にＵＦ_６検知器６０を設置して、ＵＦ_６検知器６０に流入するガスの流量を最小化してＵＦ_６検知器６０の損傷を最小限に抑えたが、これも別途の窒素パージラインを構成しなければならないなど、構造が複雑になるという問題があった。

また、バイパス管５１の管路が狭いため、ＵＯ_２Ｆ_２により管路閉塞が発生するという問題があった。

また、窒素排出管５０を介して排出されるガスは、シリンダー１０を加熱した高温のガスなので、ＵＦ_６検知器６０のセンサー６１の故障を引き起こし、前記センサー６１の寿命を短くするという問題があった。

これにより、ＵＦ_６検知器６０のメンテナンスに対する煩わしさ及びメンテナンスコストが増加するという問題があった。

かかる問題点を解消するために、窒素排出管５０を介して排出されるガスを水と反応させる方法も提示されたが、これは、センサー６１が腐食してしまう問題を解消することはできず、放射性液体廃棄物（ＵＯ_２Ｆ_２水溶液）が発生するという問題点があった。

韓国登録特許第１０−１２２７８０７号公報

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ＵＦ_６ガスの漏れがある場合、窒素排出管を介して排出されるガスに外気を混合してＵＦ_６をＵＯ_２Ｆ_２及びＨＦと反応させ、反応生成物であるＵＯ_２Ｆ_２の粒子を非接触式で計測してＵＦ_６ガス漏れか否かを検知することにより、センサーの故障を防止し、検知器のメンテナンスコストを削減することができるようにした、核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、内部には、固体状態の六フッ化ウラン（ＵＦ_６）が充填されたシリンダーが配置され、一側と他側には、それぞれ窒素流入および窒素排出が行われる窒素供給管及び窒素排出管が設置され、気化器内部の窒素加熱によって前記シリンダー内のＵＦ_６を気化させる気化器が設けられ、前記窒素排出管には、気化器の内部を循環した後に排出される窒素にＵＦ_６が混合されたかを検知することにより、気化器内でのＵＦ_６漏れか否かを検知する検知部が設けられ、前記検知部は、外気とＵＦ_６とを反応させてＵＯ_２Ｆ_２とＨＦを生成し、生成された固体状態のＵＯ_２Ｆ_２粒子を光学的に検出することができるようにした計測器を含むことにより、非接触式のＵＦ_６漏れ検知が行われるようにしたことを特徴とする、核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムを提供する。

この際、前記検知部は、気化器から窒素排出管へ排出される窒素と混合される外気を注入する外気注入管と、ＵＦ_６漏れの際に生成されるＵＯ_２Ｆ_２を検知する計測器を含んで構成されたことを特徴とする。

また、前記窒素排出管には、検知部を通過したＵＯ_２Ｆ_２を濾過するフィルターが設置されたことが好ましい。

また、前記窒素排出管には、検知部を通過したＨＦを検知するＨＦセンサーが設置されたことが好ましい。

また、前記計測器は、空気中に浮遊する粒子を光学的に検出する装置であることが好ましい。

本発明に係る核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムは、次の効果がある。

第一に、バイパス管などの複雑な構成を省略することにより、ＵＦ_６ガス検出のための検知システムの構成を簡素化することができるという効果がある。
第二に、気化器から排出されるガスと検出装置（計測器）とが直接接触する必要がないので、ＵＦ_６ガス漏れがある場合にも検出装置の損傷を防止することができるという効果がある。

つまり、ＵＦ_６と外気との反応を介して生成されたＵＯ_２Ｆ_２の固体粒子を光学的に検出してＵＦ_６漏れか否かを検知する非接触式なので、腐食及び高温による検出装置の損傷を防止することができるため、検出装備の機械的寿命を延長することにより、メンテナンスコストを削減することができるという効果がある。

核燃料製造工程中のＵＦ_６気化工程の構成を示す図である。従来技術による核燃料製造工程のＵＦ_６気化工程でＵＦ_６漏れか否かを検知する検知器を示す要部図である。本発明の好適な実施形態に係る核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムの要部を示す図である。本発明の好適な実施形態に係る核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムの構成を示す図である。本発明の好適な実施形態に係る核燃料製造工程の際に発生するＵＦ_６ガス漏れ検知システムを介してＵＦ_６検出が行われる工程を示すフローチャートである。

本明細書及び請求の範囲で使用された用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定解釈されず、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。

以下、添付された図３及び図４を参照して、本発明の好適な実施形態に係る核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムについて説明する。

説明に先立ち、気化器２０の構成及び作用は周知の技術なので、詳細な図示及び説明は省略する。

核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムは、図３及び図４に示すように、検知部１００、フィルター２００、及びＨＦセンサー３００を含むことができる。

検知部１００は、気化器２０から排出される窒素にＵＦ_６が含まれているか否かを非接触式で検知する役割を果たし、窒素排出管５０に設置される。

前記検知部１００は、図４に示すように、窒素排出管５０の主管に設置されることが好ましい。

検知部１００が窒素排出管５０に設置されることにより、窒素排出管５０を介して排出される窒素は検知部１００を経て排出される。

前記検知部１００は、気化器２０から排出された窒素と外気との反応が行われるようにすることにより、ＵＦ_６漏れか否かを検知することができる。

つまり、窒素排出管５０を介して排出されるガスにＵＦ_６が含まれている場合、前記ＵＦ_６は、検知部１００で外気との反応が行われながら、ＵＯ_２Ｆ_２とＨＦを生成する。

このため、前記検出部１００は、反応空間を提供する反応部１１０と、前記反応部１１０への外気の注入が行われる管路である外気注入管１２０と、反応部１１０で反応されたＵＯ_２Ｆ_２を計測する計測器１３０とを含んで構成される。

反応部１１０は、前述したように、気化器２０から排出された高温の窒素が窒素排出管５０を介して排出される過程で、窒素と外気との反応が行われる空間を提供し、窒素排出管５０に設置される。

この際、前記反応部１１０には、ＵＦ_６の反応のために、前記反応部１１０への外気の注入が行われるように外気注入管１２０が設置される。

前記計測器１３０は、反応部１１０で反応が行われながら生成されたＵＯ_２Ｆ_２を計測する役割を果たす。

従来技術は、ＵＦ_６ガス漏れか否かについてセンサー６１が気体状態のＨＦを電子的に検知する技術であったが、これに対し、本発明は、固体状態のＵＯ_２Ｆ_２を光学的に計測する技術的構成を提供するのである。

つまり、反応部１１０では、外気とＵＦ_６との反応によって、霞のような形態の固体粒子であるＵＯ_２Ｆ_２と液体のＨＦが生成されるが、前記固体状態のＵＯ_２Ｆ_２を光学的に計測することにより、ＵＦ_６ガス漏れか否かを検知することができるようにしたのである。

この際、前記反応部１１０は、反応部１１０の内部が見えるように透明材質で提供され、計測器１３０は、反応部１１０の外側に設置されることが好ましい。

これにより、計測器１３０は、反応部１１０内で生成された物質と接触せず、反応部１１０の外側でＵＦ_６漏れか否かを検知することができる。

前記計測器１３０は、空気中に浮遊する粒子を光学的に検出する装置で提供されることが好ましい。

例えば、前記計測器１３０は、浮遊粒子計数器またはフォトセンサーで提供できる。

次に、フィルター２００は、窒素排出管５０を介して排出されるＵＯ_２Ｆ_２を濾過することにより、窒素排出管５０の管路が閉塞することを防止する役割を果たす。

つまり、窒素排出管５０を介して排出される窒素にＵＦ_６が含まれている場合、ＵＯ_２Ｆ_２の生成により前記ＵＯ_２Ｆ_２が窒素排出管５０の管路を閉塞させる可能性があるので、前記フィルター２００を介してＵＯ_２Ｆ_２を濾過して窒素排出管５０の管路閉塞を防止するのである。

これにより、ＵＦ_６の漏れがあっても、ＵＯ_２Ｆ_２粒子は、検知部１００を通ってフィルター２００で濾過され、窒素とＨＦのみフィルター２００を通過して排出される。

次に、ＨＦセンサー３００は、フィルター２００を通過するＨＦを検知する役割を果たす。

前記ＨＦセンサー３００は、ＵＦ_６漏れ検知において、補助的な役割を果たす。
すなわち、本発明は、計測器１３０を介してＵＯ_２Ｆ_２粒子を光学的に検出するものであるが、ＨＦセンサー３００の設置を並行すると、前記計測器１３０の誤動作及び故障が発生しても、前記ＨＦセンサー３００を介してＵＦ_６漏れか否かを検知することができるのである。

以下、上述した構成からなる核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システムによってＵＦ_６漏れ検知が行われる過程について、図５を参照して説明する。
気化器２０を介して核燃料再変換工程中の気化工程が行われる（Ｓ１００）。

気化器２０内に窒素が流入し、ヒーター３０によって加熱された窒素は、固体のＵＦ_６が充填されたシリンダー１０を加熱してＵＦ_６を気化させる。

その後、シリンダー１０で気化されたガスは、後続の工程に移送される。

次に、気化器２０内で循環しながらシリンダー１０を加熱した窒素は、窒素排出管５０を介して排出される（Ｓ２００）。

このとき、窒素は、検知部１００の反応部１１０を通過して排出されるが、反応部１１０には、外気注入管１２０を介して外気が流入する（Ｓ３００）。

これにより、反応部１１０では、外気と窒素とが混合される。

このとき、もしＵＦ_６が漏れて窒素と一緒に排出されている状態であれば、前述した反応式を介してＵＯ_２Ｆ_２とＨＦが生成される（Ｓ４００）。

このとき、ＵＯ_２Ｆ_２は、固体状態の粒子であって、反応部１１０の外側に設置された計測器１３０によって検出される（Ｓ５００）。

このように計測器１３０によってＵＯ_２Ｆ_２の検出が行われると、アラームまたは警告灯の発光を介して、管理者が迅速に認知するようにして、一連の後処理が行われるようにする。

一方、反応部１１０で反応されたＵＯ_２Ｆ_２とＨＦは、窒素排出管５０に沿って継続的に排出される。

このとき、ＵＯ_２Ｆ_２はフィルター２００を介して濾過され、窒素とＨＦはフィルター２００を介して抜け出す（Ｓ６００）。

このとき、ＨＦセンサー３００は、窒素排出管５０を介して移送されるＨＦを検知して、管理者が認知するようにする（Ｓ７００）。

計測器１３０を介してＵＯ_２Ｆ_２が検出されたならば、ＨＦセンサー３００を介してもＨＦが検知されるだろう。

仮に計測器１３０の故障によりＵＯ_２Ｆ_２が検出されなくても、ＨＦセンサー３００がＨＦを検知することにより、ＵＦ_６検出エラーが発生しないのである。
これにより、ＵＦ_６漏れ検出工程が完了する。

これまで説明したように、本発明に係るＵＦ_６漏れ検知システムは、外気の反応を介して固体状態のＵＯ_２Ｆ_２粒子を生成して前記ＵＯ_２Ｆ_２光学検出によってＵＦ_６漏れか否かを検知することができる。

このような非接触方式によってＵＦ_６漏れ検知が行われることにより、検出装備の損傷を防止することができ、検出装備のメンテナンスコストを削減することができる。

以上、本発明を記載された実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形及び修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、それらの変形および変更も添付された特許請求の範囲に属するのは当たり前である。

１００検知部
１１０反応部
１２０外気注入管
１３０計測器
２００フィルター
３００ＨＦセンサー

Claims

内部には、固体状態の六フッ化ウラン（ＵＦ_６）が充填されたシリンダーが配置され、一側と他側には、それぞれ窒素流入および窒素排出が行われる窒素供給管及び窒素排出管が設置され、気化器内部の窒素加熱によって前記シリンダー内のＵＦ_６を気化させる気化器が設けられ、
前記窒素排出管には、気化器の内部を循環した後に排出される窒素にＵＦ_６が混合されたかを検知することにより、気化器内でのＵＦ_６漏れか否かを検知する検知部が設けられ、
前記検知部は、
外気とＵＦ_６とを反応させてＵＯ_２Ｆ_２とＨＦを生成し、生成された固体状態のＵＯ_２Ｆ_２粒子を光学的に検出することができるようにした計測器を含むことにより、非接触式のＵＦ_６漏れ検知が行われるようにしたことを特徴とする、核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システム。
前記検知部は、
気化器から窒素排出管へ排出される窒素と混合される外気を注入する外気注入管と、ＵＦ_６漏れの際に生成されるＵＯ_２Ｆ_２を検知する計測器と、を含んで構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システム。
前記窒素排出管には、検知部を通過したＵＯ_２Ｆ_２を濾過するフィルターが設置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システム。
前記窒素排出管には、検知部を通過したＨＦを検知するＨＦセンサーが設置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システム。
前記計測器は、空気中に浮遊する粒子を光学的に検出する装置であることを特徴とする、請求項１または２に記載の核燃料製造工程におけるＵＦ_６ガス漏れ検知システム。