KR101146948B1 - 중성자검출신호를 이용한 중수로 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가압중수형 원자력 발전소에서 노심 핵설계의 타당성을 검증하고, 제어 및 보호 설비의 건전성을 확인하기 위해 0.5% 전출력 이하에서 수행하는 저출력 원자로 특성시험에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 중수형 원자로의 반응도 제어 및 중성자속 분포의 조절을 목적으로 설치된 액체영역 제어계통의 반응도가를 측정하는 방법을 포함한다.

본 발명은 정확히 반응도가를 인지하고 있는 액체 보론(boron)을 독물질 첨가탱크에 투입하고 충분한 시간 동안 혼합한 후에 감속재계통으로 주입하면서 액체영역 제어계통의 반응도를 측정하는 기존의 방법과는 달리, 액체영역 제어계통의 수위를 강제적으로 변화시켜 유도되는 원자로 출력변화율을 반응도계산기를 수단으로 하여 직접 계산하므로 저출력 원자로특성시험 시간을 단축하여 발전소 이용률을 높일 뿐만 아니라 작업자의 방사선 피복을 줄이는 효과를 가져온다.

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Description

중성자검출신호를 이용한 중수로 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법 {Reactivity measurement method of liquid zone control system in CANDU plants using neutron detector}

본 발명은 가압중수형 원자로의 액체영역 제어계통에 경수 수위 변화에 따른 원자로 출력변화율을 계산하여 반응도가를 측정하는 방법을 포함한다.

액체영역 제어계통은 원자로의 반응도 제어장치 중 일부로서, 경수가 들어 있는 원통형 격실로 이루어지며, 이 경수는 중성자 흡수체로 작용하기 때문에 각 격실에 들어 있는 경수의 양을 조절하여 국부출력을 제어 및 원자로 임계를 유지하는 기능을 갖고 있다. 즉 핵연료 교체 및 제논 천이 등으로 해당 영역의 국부출력이 증가하면 격실의 경수 양을 영역별로 증가시켜 국부출력을 감소시키고, 출력이 안정화되면 그에 따라 경수 양을 감소시켜 출력이 평탄하게 분포하도록 한다.

다시 말하자면, 액체영역 제어계통이 정상적으로 작동할 경우에는 경수 수위가 상승하면 국부출력은 하락하게 되고, 수위가 하락하면 국부출력은 상승하게 된 다.

정상 출력상태의 액체영역 제어계통에서, 각 격실은 해당 영역의 출력만을 제어하는 개별 제어방식으로 작동되며, 액체영역 제어계통 반응도가를 측정하는 저출력에서는 원자로의 전체적인 중성자속을 조절하기 위하여 격실의 수위를 동시에 증가시키는 전체 제어방식으로 작동된다.

도 2를 참조로, 액체영역 제어계통은 6개의 지르칼로이관에 14개의 격실로 이루어져 있다.

도 3은 액체영역 제어계통의 전반부를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 액체영역 제어계통의 후반부를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3과 도 4를 통해 액체영역 제어계통에서의 격실 위치를 파악할 수 있는데, 원자로의 중심축을 따라 중심에 위치된 2개의 영역제어기는 3개의 격실로 구성되는 한편, 원자로의 중심축에서 외곽으로 위치된 4개의 영역제어기는 각각 2개의 격실로 구성된다.

종래에는 액체영역 제어계통의 수위별 반응도가를 다음의 단계를 통해 측정하였다.

1) 1개의 보론 앰플(약 53g)에 대한 반응도가를 핵설계 코드를 이용하여 사전에 계산한다.

2) 독물질 첨가탱크를 여러 번에 걸쳐 세정한 후, 완전 배수하여 탱크 내에 보론을 확실하게 제거한다.

3) 각 격실의 수위 차트를 감시하면서 액체영역 제어계통의 평균 수위를 약 90%로 안정화시킨다.

4) 보론 주입 전의 액체영역 제어계통의 평균 수위를 기록한다.

5) 독물질 첨가탱크에 1개의 보론 앰플를 투입하여 중수와 잘 혼합하고서 감속재 계통으로 주입하다.

6) 주입한 후에, 1~2회 정도 중수를 이용하여 독물질 첨가탱크를 세정하고, 세정수를 완전히 감속재 계통으로 주입한다. 반응도가 측정의 정확도를 높이기 위해 보론 앰플에 포함된 모든 보론을 감속재 계통으로 주입시켜야만 한다.

7) 감속재 계통으로 주입된 보론은 음(-)의 반응도 효과를 발생하여 원자로 출력을 낮춘다. 액체영역 제어계통은 요구되는 원자로 출력을 유지하고 주입된 음(-)의 반응도를 보상하기 위하여 자동적으로 각 격실 내의 경수 수위를 낮춘다. 액체영역 제어계통의 수위가 안정화되어 더 이상의 변동이 없을 때의 평균 수위를 기록한다.

8) 변화된 액체영역 제어계통 수위에 해당하는 반응도는 1개의 보론 앰플(약 53g)에 대한 반응도가로 환산한다.

9) 액체영역 제어계통 평균 수위가 약 20%에 도달할 때까지 상기 5)~8)의 과정을 반복한다.

10) 모든 시험이 완료되면, 액체영역 제어계통의 반응도가가 핵설계 코드의 예상치 대비 ±10% 범위 내에 있음을 확인한다.

전술된 종래의 보론 앰플을 이용한 액체영역 제어계통 반응도가의 측정방법은 독물질 첨가탱크의 투입구 세정불량으로 반응도 측정의 정확도가 떨어질 수 있 을 뿐만 아니라 독물질 첨가탱크에서 감속재 계통으로 보론 주입에 장시간 소요되며, 독물질 첨가탱크 및 투입구 세정 동안에 작업자의 방사선 피복의 가능성이 있따. 특히 저출력 원자로 특성시험은 발전소의 절대공정에 해당되므로, 시험시간의 지연은 발전소의 이용률을 저감시킨다.

본 발명은 원자력 발전분야에 관한 것으로, 구체적으로 가압중수형 원전의 저출력 원자로 특성시험의 일환으로 수행중인 액체영역 제어계통의 수위별 반응도 측정에 관한 것이다.

모든 가압중수형 원자력 발전소는 원자로 전체를 새로운 핵연료로 장전하는 초기 노심에 대하여 0.5% 전출력 이하에서 노물리 설계의 타당성을 검증하고, 제어 및 보호 설비의 건전성을 확보하기 위하여 저출력 원자로 특성시험을 수행해야만 한다.

이를 위해서, 본 발명은 액체영역 제어계통의 수위를 강제로 변화시켜 그 변화에 따라 유도된 원자로 출력변화율을 반응도계산기를 이용하여 계산할 수 있게 되어 있다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 종래의 감속재 계통에 정확히 계산된 독물질을 주입하여 액체영역의 수위를 변화시켜 계통의 반응도가를 측정하던 방식과는 달리, 액체영역 제어계통의 수위를 강제적으로 변화시켜 유도되는 원자로 출력변화율을 반응도계산기를 이용하여 직접 계산하도록 제공된다.

특히, 본 발명은 노심 핵설계의 타당성을 검증하고, 제어 및 보호설비의 건전성을 확인하기 위해 0.5% 전출력 이하에서 수행하는 저출력 원자로 특성시험 시 간을 단축시켜 발전소 이용률을 향상시킨다.

또한, 본 발명은 독물질 첨가탱크의 세척과정을 배제하여 작업자의 방사선 피복과 함께 액체 방사선 폐기물을 현저하게 저감시키는 효과를 가져온다.

이제, 본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명될 것이다.

우선, 반응계산기는 중성자 검출기에서 측정된 중성자속 변화율을 역반응도방정식에 입력하여 현 시점의 원자로에서 핵분열로 발생되는 중성자 수와 흡수/누설로 사라지는 중성자 수가 평형을 이루어 핵분열 연쇄반응이 일정하게 지속되는 임계상태와의 차이를 나타내는 반응도를 계산한다.

반응도는 아래의 수학식 1로 표현된다.

여기서, k는 증배계수이고 반응도의 부호에 따라 원자로의 임계상태가 결정된다. 다시 말하자면,

ρ > 0 : 초임계상태,

ρ = 0 : 임계상태,

ρ < 0 : 미임계상태, 이다.

따라서, 원자로 내에 양(+)의 반응도 주입은 원자로 출력을 상승시키는 반면에 음(-)의 반응도 주입은 원자로 출력을 감소시킨다.

또한, 원자로 내에 주입되는 반응도의 크기에 따라 증가 혹은 감소하는 원자로 출력변화율이 결정된다. 다시 말하자면, 큰 양(+)의 반응도가 원자로 내에 주입되면 적은 양(+)의 반응도에 비하여 보다 빠른 속도로 원자로의 출력이 증가한다. 이와 반대로, 큰 음(-)의 반응도가 원자로 내에 주입되면 적은 음(-)의 반응도에 비하여 보다 빠른 속도로 원자로의 출력이 감소하게 된다.

이에, 본 발명은 반응도 주입에 따른 상기의 고유한 원자로 중성자 거동특성을 이용하여 반응도를 측정하는 방법이다.

본 발명에 따른 액체영역 제어계통에서 수위별 반응도가를 측정하는 방법은 다음과 같다(도 1 참조).

본 발명은,

액체영역 제어계통의 수위 제어를 수동으로 설정하는 단계와;

액체영역 제어계통의 수위 제어 시험방법을 선택하는 단계;

수위를 변경하기 전에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

액체영역 제어계통의 평균 수위를 변경하는 단계;

수위를 변경한 후에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

원자로 출력과 반응도를 보상하는 단계; 및

액체영역 제어계통의 미리 설정된 평균 수위에 도달을 판단하는 단계;를 포함한다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체영역 제어계통의 수위별 반응도 측정은 상기 반응도계산기와 중성자검출신호를 이용하는 것을 특징으로 한다.

우선, 원자로의 핵분열 연쇄반응이 임계상태에서 원자로 출력을 전출력의 10^-3% 이하로 유지한다.

반응도계산기는 연결된 전리함 출력단자로부터 아날로그 중성자속 전압신호를 측정하여 매 초 간격으로 디지털신호로 변환한다.

액체영역 제어계통의 수위제어 모드를 특별정지모드(special shutdown mode)로 설정하여 수동으로 수위제어가 되도록 한다.

그런 다음에, 액체영역 제어계통의 수위 제어를 위한 시험방법을 선택하게 된다. 액체영역 제어계통의 평균 수위를 격실 내의 만수(100%)를 기준으로 하여 20%(실례 1) 혹은 90%(실례 2)로 안정화시킨다. 이후의 단계는 실례별로 구분하여 기술한다.

상기 액체영역 제어계통의 수위 제어를 수동으로 설정하는 단계와 액체영역 제어계통의 수위 제어 시험방법을 선택하는 단계는 순서에 상관없이 실시될 수 있다.

실례 1

초기 액체영역 제어계통의 수위는 시험방법에 따라 결정되며, 액체 중성자 독성물(보론, 가돌리니아) 정화나 기타 반응도 제어장치의 인출을 이용하여 반응도 및 출력을 보상할 경우에는 수위를 20%에서 시작한다.

액체영역 제어계통의 수위 변경 전의 평균 수위와 반응도계산기를 이용하여 반응도 값을 측정하고 기록한다.

액체영역 제어계통의 평균 수위를 수동으로 약 10% 증가시켜 원자로 출력이 시간에 따라 변화하도록 한다.

전리함 출력단자에 연결된 반응도계산기는 원자로 출력변화율과 역반응도방정식을 이용하여 반응도가를 계산한다. 액체영역 제어계통의 수위 변경 후의 평균 수위와 반응도 값을 기록한다.

액체영역 제어계통의 평균 수위가 약 10% 증가에 의해 유도된 원자로 출력과 반응도 감소를 보상하기 위하여 액체 중성자 독물질 정화하거나 기타 반응도 제어장치의 인출한다.

액체영역 제어계통의 최종 평균 수위가 약 90%에 도달할 때까지 실례 1을 반복적으로 수행한다.

실례 2

초기 액체영역 제어계통의 수위는 시험방법에 따라 결정되며, 액체 중성자 독성물 주입이거나 기타 반응도 제어장치의 삽입을 이용하여 반응도 및 출력을 보 상할 경우에는 수위를 90%에서 시작한다.

액체영역 제어계통의 수위 변경 전의 평균 수위와 반응도계산기를 이용하여 반응도 값을 측정하고 기록한다.

액체영역 제어계통의 평균 수위를 수동으로 약 10% 감소시켜 원자로 출력이 시간에 따라 변화하도록 한다.

전리함 출력단자에 연결된 반응도계산기는 원자로 출력변화율과 역반응도방정식을 이용하여 반응도가를 계산한다. 액체영역 제어계통의 수위 변경 후의 평균 수위와 반응도 값을 기록한다.

액체영역 제어계통의 평균 수위가 약 10% 감소에 의해 유도된 원자로 출력과 반응도 증가를 보상하기 위하여 액체 중성자 독물질 첨가하거나 기타 반응도 제어장치를 삽입한다.

액체영역 제어계통의 최종 평균 수위가 약 20%에 도달할 때까지 실례 2를 반복적으로 수행한다.

또한, 본 발명은 전술된 상세한 설명과 첨부도면에 국한되지 않고 다음의 청구범위의 범주와 범위 내에서 변경가능함을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 중성자검출신호를 이용한 중수로 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법의 순서도이다.

도 2는 액체영역 제어계통의 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 액체영역 제어계통의 전반부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 액체영역 제어계통의 후반부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 액체영역 제어계통의 반응도가를 측정하는 방법에 있어서,

   상기 액체영역 제어계통의 수위 제어를 수동으로 설정하는 단계와;

   상기 액체영역 제어계통의 최초 수위를 만수 기준의 20%로 설정하는 단계;

   상기 액체영역 제어계통의 수위를 변경하기 전에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

   상기 액체영역 제어계통의 평균 수위를 10% 씩 증가시키는 단계;

   상기 액체영역 제어계통의 평균 수위를 증가시킨 후에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

   원자로 출력과 반응도를 보상하는 단계; 및

   상기 액체영역 제어계통의 미리 설정된 평균 수위에 도달을 판단하는 단계;를 포함하여,

   상기 액체영역 제어계통의 수위별 반응도 측정은 상기 반응도계산기와 중성자검출신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 중성자검출신호를 이용한 중수로 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.
3. 액체영역 제어계통의 반응도가를 측정하는 방법에 있어서,

   상기 액체영역 제어계통의 수위 제어를 수동으로 설정하는 단계와;

   상기 액체영역 제어계통의 최초 수위를 만수 기준의 90%로 설정하는 단계;

   상기 수위를 변경하기 전에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

   상기 액체영역 제어계통의 평균 수위를 10%씩 감소시키는 단계;

   상기 액체영역 제어계통의 평균 수위를 감소시킨 후에, 평균 수위와 반응도계산기로 산출된 반응도 값을 측정 및 기록하는 단계;

   원자로 출력과 반응도를 보상하는 단계; 및

   상기 액체영역 제어계통의 미리 설정된 평균 수위에 도달을 판단하는 단계;를 포함하여,

   상기 액체영역 제어계통의 수위별 반응도 측정은 상기 반응도계산기와 중성자검출신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 중성자검출신호를 이용한 중수로 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 원자로 출력과 반응도를 보상하는 단계는 평균 수위의 변경으로 유도된 원자로 출력과 반응도의 감소를 보상하기 위해 액체 중성자 독물질 정화 혹은 기타 반응도 제어장치를 인출하는 것을 특징으로 하는 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 원자로 출력과 반응도를 보상하는 단계는 평균 수위의 변경으로 유도된 원자로 출력과 반응도의 증가를 보상하기 위해 액체 중성자 독물질 첨가 혹은 기타 반응도 제어장치를 삽입하는 것을 특징으로 하는 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 액체영역 제어계통의 미리 설정된 최종 평균 수위는 만수를 기준으로 90%인 것을 특징으로 하는 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 액체영역 제어계통의 미리 설정된 최종 평균 수위는 만수를 기준으로 20%인 것을 특징으로 하는 액체영역 제어계통 반응도가 측정방법.

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