KR101278196B1

KR101278196B1 - 수직공동을 이용한 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치

Info

Publication number: KR101278196B1
Application number: KR1020110096313A
Authority: KR
Inventors: 한만엽
Original assignee: 주식회사 아앤시티
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-07-05
Also published as: KR20130018086A; CN103733266B; CN103733266A

Abstract

본 발명은 원자로의 노심 냉각에 실패하거나 사고에 의하여 원자로가 비정상적으로 가동되어, 원자로에서 사용되는 연료봉이 용융된 후 원자로의 내부 격납용기가 용융 파손되어, 용융된 핵 연료가 외부로 방출되는 중대사고가 발생되었을 때, 동력이나 인력의 도움없이 자동적으로 용융된 연료봉을 처리하여, 방사능 유출을 차단하거나 최소화하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 원자로 하부에 위치하는 슬래브 및 상기 슬래브로부터 암반까지 형성된 수직공동을 포함하는 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치에 관한 것이다.

Description

수직공동을 이용한 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치 {APPARATUS WITH VERTICAL HOLE FOR TREATING A MELTED FUEL ROD OF NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 사고 및 원자로의 비정상적인 가동 등에 의하여 원자로의 노심 냉각기능이 상실되고 원자로의 연료봉이 용융된 후 내부 격납용기가 파손되어, 용융된 핵 연료가 외부로 방출되는 중대사고가 발생되었을 경우, 동력이나 인력의 작동없이 자동적으로 용융된 연료봉을 처리하여, 방사능 유출을 차단하거나 최소화하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소는 원자로를 중심으로 한 핵증기 공급 계통과 증기를 공급받아 발전기를 돌리는 터빈·발전기 계통 그리고 기타 부수설비로 구분된다. 여기서, 원자로는 핵 반응시 방출되는 다량의 에너지가 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있도록 하는 기능을 갖는 장치이다.

도 1 은 이러한 원자력 발전소의 원자로와 이를 외부와 격리시키는 격납용기 를 도시한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 원자로의 내부 격납용기(1)는 1차 격벽(2), 2차 격벽(4), 및 격납건물(3) 에 의하여 외부 환경과 격리되어 있고, 내부 격납용기(1)와 외부 터빈 사이에는 가열된 증기가 원자로 외부의 증기터빈을 가동시키고, 냉각된 증기는 다시 내부 격납용기로 유입되는 폐쇄형 냉각수 순환 구조를 하고 있다.

상기 종래의 내부 격납용기(1)의 하부에는 연료봉(6)이 배치되어 있으며, 외부 환경의 급격한 변화 혹은 사고가 발생하여 원자로의 안정장치가 모두 오작동을 하고 제어가 불가능하게 되면, 원자로 내부의 온도가 급격히 상승할 수 있다. 이 경우, 연료봉(6)이 용융되어 원자로 격납용기 외부로 용융된 연료봉이 방출되고, 이러한 용융된 연료봉이 원자로 하부의 콘크리트 구조물 및 지반을 용융시켜, 주변 토양 및 절리를 통해 흐르는 지하수를 오염시키는 상황을 초래할 수 있다.

따라서, 이러한 연료봉(6)의 용융물을 억류시키고 냉각시키는 장치 및 그 방법이 연구되고 있다. 종래에 고온의 연료봉 용융물과 냉각수를 직접 반응시키는 냉각장치가 제안된 바 있으나, 이 방법은 밀폐된 공간에서 고온의 용융물과 냉각수가 직접 반응함으로써 급격한 증기 생성을 초래하여 증기폭발이 발생할 수 있는 문제점이 있으며, 냉각시킬 수 있는 양에 한계가 있고, 증기의 확산 현상에 의해 2차 문제도 발생할 수 있다.

따라서 상기와 같은 문제를 방지할 수 있는 용융된 연료봉의 안전한 처리가 요구된다.

본 발명은 사고 및 원자로의 비정상적인 가동 등에 의하여 원자로의 노심 냉각기능이 상실되고 원자로의 연료봉이 용융된 후 내부 격납용기가 파손되어, 용융된 핵 연료가 외부로 방출되는 중대사고가 발생되었을 경우, 동력이나 인력의 작동없이 자동적으로 내부에 설치된 골재나 콘크리트 등이 용융된 연료봉과 반응하도록 하여 에너지를 감소시킴으로서 격납 건물 내에서 장기간에 걸쳐 용융된 연료봉을 서서히 냉각시키고 방사능 유출을 차단하거나 최소화하는 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 원자로 하부의 절리 혹은 조인트를 그라우팅하여 지하수의 흐름을 차단하는 장치를 포함하는 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치를 제공한다.

본 발명에서는, 상기 원자로 하부에 위치하는 지하수 흐름을 차단하는, 상기 원자로를 둘러싸는 차수벽을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서는, 원자로 하부에 위치하는 슬래브 및 상기 슬래브로부터 하측으로 형성된 수직공동을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서는, 상기 수직공동의 상부에 배치되는 한 개 이상의 차단블럭을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서는, 상기 차단 블록을 정지시키는, 상기 수직공동을 덮는 버팀 덮개 또는 방수 덮개를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서는, 상기 차단블럭은 상기 버팀 덮개 또는 방수 덮개가 제거되는 경우, 상기 수직공동을 밀폐시키도록 이동할 수도 있다.

본 발명에서는, 외부로부터 콘크리트를 상기 수직공동 상부로 유입시킬 수 있는 콘크리트 타설용관을 더 포함할 수도 있다.

본 발명은 사고 및 원자로의 비정상적인 가동 등에 의하여 원자로의 노심 냉각기능이 상실되고 원자로의 연료봉이 용융된 후 내부 격납용기가 파손되어, 용융된 핵 연료가 외부로 방출되는 중대사고가 발생되었을 경우, 동력이나 인력의 작동없이 자동적으로 내부에 설치된 골재나 콘크리트 등이 용융된 연료봉과 반응하도록 하여 에너지를 감소시키고 원자력 발전소 하부의 지하 암반에 형성된 공동에 매립함으로써 장기간에 걸쳐 용융된 연료봉을 서서히 냉각시키는 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명은 절리와 조인트를 그라우팅하고 지하 차수벽을 설치함으로써 지하수가 방사능에 오염되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 내부 격납용기 주변에 연결된 콘크리트 타설용관으로 콘크리트를 주입시켜 내부에 콘크리트를 타설함으로써, 외부와 완전히 격리하여 주변으로 방사선이 방출되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 은 종래의 원자력 발전소의 원자로와 이를 외부와 격리시키는 격납용기의 단면도.
도 2 는 본 발명의 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치의 단면도.
도 3 은 본 발명의 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치의 다른 실시예의 원자로 주변의 단면도.
도 4 는 본 발명의 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치의 다른 실시예의 원자로 주변의 단면도.
도 5 는 본 발명의 용융된 원자로의 연료봉을 처리하는 장치의 작동을 나타내는 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2 은 본 발명의 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치의 전체적인 구조를 도시한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 장치에서는 내부 격납용기(1) 외부 둘레에는 1차 격벽(2)과, 2차 격벽(4)이 설치된 격납건물(3)이 형성되어 있고, 1차 격벽(2)은 기초슬래브(8)에 의하여 지지된다.

1차 격벽(2)의 하면에는 개구부가 형성되어 있고, 상기 1차 격벽(2)을 지지하는 기초슬래브(8)에는 용융된 연료봉을 매립하기 위한 수직공동(11)이 길게 형성되어 있다.

이러한 수직공동(11)은 지하에 위치하는 암반까지 형성되어 있기 때문에, 중대발생 사고로 연료봉(6)이 용융되어, 내부 격납용기(1)로부터 낙하하는 경우, 수직공동(11) 내로 낙하하게 된다. 이 경우, 상기 수직공동은 암반에 둘러싸여 있기 때문에, 용융된 연료봉(6)이 암반과 반응하여 반응열이 감소하고, 외부로부터 격리함으로써 방사능의 유출을 차단한다.

바람직하게는 상기 수직공동(11)에는 용융대상물질(15)이 적층되어 있다.

더욱 바람직하게는 상기 수직공동(11) 주변의 절리 혹은 조인트를 그라우팅(200)하여 지하수의 흐름을 차단하는 장치를 더 포함함으로써, 절리 혹은 조인트를 따라 흐르는 지하수가 방사능에 오염되는 것을 방지할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 수직공동 주변의 지하수 흐름을 차단하는, 상기 수직공동을 둘러싸는 차수벽(100)을 더 포함함으로써, 상기와 같은 효과를 더욱 확실하게 발휘할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 내부 격납용기(1)의 하부에 방수덮개(14), 블록 버팀 덮개(12), 상기 방수덮개(14)와 블록버팀덮개(12)에 의하여 지지되는 차단블록(13)을 포함한다. 이러한 차단블록은 도 3에 도시된 바와 같이 2 개이거나 도 4에 도시된 바와 같이 1개 등 다수개일 수도 있다.

상기 차단블록(13)은 내부 격납용기(1)의 하측에 배치되어 있고, 도 3, 4 에 도시된 바와 같이 기초 슬래브상에 배치된 원 형상의 지지부재 위에 배치되어 있다. 차단블록(13)은 콘크리트, 납, 혹은 고분자 탄화수소와 같이 방사선을 차폐할 수 있는 물질로 구성되며, 지지부재는 원 형상 뿐만아니라 다각형 형상일 수 있으며 차단블록(13)의 가장자리를 지지한다. 정상적으로 원자로가 작동할 때에는 도 3 에서와 같이 두개의 차단블록(13)은 방수덮개(14) 및 블록 버팀 덮개(12)에 의하여 지지되어 있거나 혹은 도 4에서와 같이, 하나의 차단블록(13)이 이에 마주보는 벽으로부터 방수덮개(14) 및 블록 버팀 덮개(12)에 의하여 지지되어 있다.

이와 같은 구성에서 차단블록(13)은 지지하는 구조물, 즉 방수덮개(14) 및 블록 버팀 덮개(12)가 제거되면 무게중심에 의하여 회전하게 되고, 결과적으로 상기 수직공동(11)을 막는다.

즉, 용융된 연료봉(6)이 방수덮개(14)를 녹이고 떨어지면, 이차적으로 용융된 원료봉(6)은 블록 버팀 덮개(12)를 용융시켜 제거한 후에 수직공동(11)로 낙하한다.

한편, 공동(7)에는 콘크리트 타설용관(30)이 연결되어 있고, 콘크리트 타설용관(30)은 외부의 펌프(31)에 의하여 콘크리트를 공동(7)으로 유입시킬 수 있다. 이러한 콘크리트 타설용관(30)은 도면에 도시된 형태 이외의 다양한 형태로 필요에 따라 변경될 수 있다.

도 5 는 본 발명의 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치의 작동 방법을 도시한다. 도 5 의 (a)~(e)는 본 발명에 의하여 용융된 연료봉(6)이 내부 격납용기(1)로부터 분리되었을 때, 이를 원자로 하부의 주변 암반에 설치된 수직 공동(11)에 매립하는 과정을 도시한다.

도 5 의 (a)는 용융된 연료봉(6)이 내부 격납용기(1)로부터 분리되어 방수덮개(14)로 낙하하여 방수덮개(14)를 용융시키는 과정을 도시한다. 본 발명의 실시예에서는 내부 격납용기(1)의 오작동에 의하여 분리된 고온의 연료봉(6)이 방수덮개(14)와 접촉하여 용융시킨 후에, 두 버팀 블록(13)사이로 낙하하여 버팀 블록 덮개(12)위에 적층된다.

이후, 도 5 의(b)에 도시된 바와 같이, 낙하한 연료봉(6)은 버팀 블록 덮개(12)를 용융시키고 용융대상물질(15)이 저장된 수직공동(11)으로 낙하하게 된다.

이후, 도 5 의(c)에 도시된 바와 같이, 용융된 연료봉(6)이 수직공동(11)으로 낙하하여 적층되며 이후, 용융된 연료봉(6)의 반응열은 용융대상물질을 용융시키는 데 소모된다. 또한, 버팀 블록 덮개(12)가 파단되어 더 이상 서로 지지할 수 없는 두 차단블록(13)이 중앙을 향해 회전이동하게 된다.

이후, 도 5 의 (d)에 도시된 바와 같이, 회전한 두 차단블록(13)은 수직공동(11)을 밀폐시키고, 수직공동(11) 내부의 용융된 원료봉(6)은 용융대상물질과 수직공동(11) 주변의 암반을 용융시키며 서서히 냉각된다.

이후, 도 5 의(e)에 도시된 바와 같이, 밀폐된 제1 격납용기에 연결된 콘크리트 타설용관으로 콘크리트를 유입시켜 콘크리트를 타설함으로써, 수직공동(11)을 외부와 완전히 격리시켜 주변으로 방사선이 유출되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 수직공동을 이용한 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치는 사고 및 원자로의 비정상적인 가동 등에 의하여 원자로의 노심 냉각기능이 상실되고 원자로의 연료봉이 용융된 후 내부 격납용기가 파손되어, 용융된 핵 연료가 외부로 방출되는 중대사고가 발생되었을 경우, 동력이나 인력의 작동없이 자동적으로 내부에 설치된 골재나 콘크리트 등이 용융된 연료봉과 반응하도록 하여 에너지를 감소시키고, 원자력 발전소 하부의 지하 암반에 형성된 공동에 매립함으로써 장기간에 걸쳐 용융된 연료봉을 서서히 냉각시키는 효과를 발휘할 수 있다.

특히, 본 발명은 절리와 조인트를 그라우팅하고 지하 차수벽을 설치함으로써 지하수가 방사능에 오염되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명은 내부 격납용기 주변에 연결된 콘크리트 타설용관으로 콘크리트를 주입시켜 내부에 콘크리트를 타설함으로써, 외부와 완전히 격리하여 주변으로 방사선이 방출되는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명의 일실시예를 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 구성으로 구현할 수 있다.

1 : 원자로 2 : 제1 격납용기
3 : 제2 격납용기 4 : 격벽
6 : 연료봉 7 : 공동
8 : 기초 슬래브 11 : 수직공동
12 : 블럭 버팀 덮개 13 : 차단 블럭
14 : 방수덮개 15 : 용융대상물질
30 : 콘크리트 타설용관 100 : 차수벽

Claims

삭제
원자로 하부에 위치하는 지하수 흐름을 차단하는 장치를 포함하며,
상기 원자로를 둘러싸는 차수벽과,
원자로 하부에 위치하는 슬래브와,
상기 슬래브로부터 하측으로 형성된 수직공동과,
상기 수직공동의 상부에 배치되는 한 개 이상의 차단블럭과,
상기 차단블럭을 정지시키는, 상기 수직공동을 덮는 버팀 덮개 또는 방수 덮개를 포함하고,
상기 차단블럭(블록)은 상기 버팀 덮개 또는 방수 덮개가 제거되는 경우, 상기 수직공동을 밀폐시키도록 이동하는 것을 특징으로 하는 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
청구항 2에 있어서,
외부로부터 콘크리트를 상기 수직공동 상부로 유입시킬 수 있는 콘크리트 타설용관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융된 원자로 연료봉을 처리하는 장치.