KR101653155B1 - 고속로의 노물리 시험을 위한 시험 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속로의 노물리 시험을 위한 시험 장치 및 방법에 관한 것으로, 노물리 시험의 종류를 선택받는 단계와, 상기 선택된 노물리 시험의 종류에 따른 섭동(perturbation) 특성을 확인하는 단계와, 상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 단계와, 상기 노심의 핵 연료봉들 중 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치들을 결정하는 단계와, 상기 산출된 개수 및 위치에 따라 일부의 핵 연료봉들에만 섭동이 가해진 노심에 대해 노물리 시험을 수행하는 단계, 및, 상기 노물리 시험 결과에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고속로의 노물리 시험을 위한 시험 장치 및 방법{TEST APPARATUS AND METHOD FOR FAST REACTOR'S CORE PHYSICS TEST}

본 발명은 고속로의 노물리 시험을 위한 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.

노물리 시험(core physics test)은 원자로 노심의 핵적 특성 검증을 위해 사용되는 시험을 말하는 것으로, 노심에서 발생한 섭동(perturbation)의 영향에 의해 변화되는 노심의 냉각재온도계수(또는 소듐기화반응도가)등의 변화를 측정하는 시험을 말하는 것이다. 따라서 이러한 노물리 시험을 위해서는, 일반적으로 대상 노심을 구성하는 실험 핵 연료봉들 모두에 섭동을 주고, 그 변화를 측정하는 과정으로 이루어 질 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 중 핵 연료봉 및 연료봉은 실험 핵 연료봉 및 실험 연료봉을 의미한다.

한편 상기 핵 연료봉 하나에 상기 섭동을 주기 위해서는, 해당 핵 연료봉에 포함되는 구성 물질들 중 적어도 일부를 교체하거나 배열된 순서를 변경하여야 한다. 예를 들어 상기 핵 연료봉이, 200개 정도의 디스크 형태의 구성 물질들이 특정 재질의 튜브에 차곡차곡 쌓여서 만들어지는 형태인 경우, 상기 핵 연료봉에 섭동을 주기 위해서는, 상기 튜브에 적재되는 디스크들 중 일부의 순서를 변경하거나 다른 물질 또는 속이 비어있는 디스크(empty disk)로 교체하여야 한다. 이러한 섭동 과정은, 상기 노물리 시험을 수행하는 작업자가, 각각의 핵 연료봉을 노심으로부터 적출하고, 적출된 핵 연료봉의 구성 물질을 작업자가 수작업으로 배열하는 과정으로 이루어질 수 있다.

한편, 이러한 노물리 시험은, 주로 경수로의 핵적 특성을 검증하는데 사용되고 있다. 경수로는, 경수로는 경수를 냉각재 및 감속재로 사용하는 원자로를 말하는 것으로, 수십개(약 64개)의 핵 연료봉으로 전체 노심의 핵특성을 반영할 수 있으며, 이처럼 노심을 구성하는 핵 연료봉의 개수가 많지 않으므로, 각각의 핵 연료봉에 섭동을 가하고 그에 따른 노심의 핵적 특성 변화를 측정할 수 있기 때문이다.

그러나 현재는, 경수로보다 꿈의 원자로라고 불리우는 고속로를 사용하고 있는 추세이다. 이는 고속로의 경우 이미 사용한 핵 연료를 재활용하여 다시 사용할 수 있도록 함으로써, 핵 폐기물의 양을 경수로에 비해 크게 줄일 수 있기 때문이다. 그러나 고속로의 경우, 전체 노심의 핵특성을 반영하기 위한 구성하는 핵 연료봉의 수가 거의 1000개에 육박함에 따라, 기존의 노물리 시험 방법은 고속로에 적용시키기 어렵다는 문제점이 있다. 이는 핵 연료봉의 개수가 수십개(약 64개) 정도밖에 되지 않는 경수로의 경우, 모든 핵 연료봉에 각각 상술한 섭동을 가하는 것이 얼마든지 가능하지만, 고속로와 같이, 핵 연료봉의 수가 1000개에 육박하는 경우, 위 경수로와 같은 방식으로 모든 핵 연료봉에 각각 상술한 섭동을 가한다는 것은 생각하기 어렵기 때문이다.

본 발명의 목적은, 고속로의 노심에서, 핵 연료봉에 섭동을 주어 상기 고속로 노심의 핵적 특성을 측정할 수 있도록 하는, 고속로에 보다 적합한 노물리 시험을 위한 시험 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 방법은, 노물리 시험의 종류를 선택받는 단계와, 상기 선택된 노물리 시험의 종류에 따른 섭동(perturbation) 특성을 확인하는 단계와, 상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 단계와, 상기 노심의 핵 연료봉들 중 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치들을 결정하는 단계와, 상기 산출된 개수 및 위치에 따라 일부의 핵 연료봉들에만 섭동이 가해진 노심에 대해 노물리 시험을 수행하는 단계, 및, 상기 노물리 시험 결과에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 연료봉들의 위치들을 결정하는 단계는, 상기 산출된 개수 만큼의 연료봉들 서로 간의 평균 이격 거리가 최대값을 가지도록 상기 연료봉들의 위치를 결정하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 연료봉들의 개수를 산출하는 단계는, 상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심의 복수의 영역 별로 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 단계이며, 상기 연료봉들의 위치를 결정하는 단계는, 상기 노심의 복수의 영역 별로 각각 섭동을 가할 연료봉들의 위치를 결정하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 영역은, 상기 노심에서 서로 다른 종류의 핵 연료봉이 삽입되는 영역들이며, 핵 연료봉들 중 제어봉이 삽입되는 노심의 영역을 제외한 영역들임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 노심은, 실제 핵 연료봉의 삽입이 가능 및, 삽입된 핵 연료봉에 따른 핵적 특성의 측정이 가능한 실물 크기의 노심 모형(Mock-up model)임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 연료봉들의 개수를 산출하는 단계는, 현재 설정된 노물리 시험이 소듐 팽창 시험인 경우, 노심의 각 영역 별로, 현재 설정된 팽창률만큼 팽창되었을 경우의 노심 면적을 산출하는 단계와, 산출된 노심 면적과, 정상 노심의 면적을 비교하여 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 상기 노심의 각 영역별로 산출하는 단계를 포함하는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 연료봉들의 위치를 결정하는 단계는, 상기 노심의 복수의 영역 별로, 서로 간의 평균 이격 거리가 최대가 되도록 상기 소듐 냉각봉을 삽입할 위치를 결정하는 단계임을 특징으로 한다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 장치는, 복수의 노물리 시험 각각에 대한 섭동(perturbation) 특성 및 노물리 시험과 관련된 정보들을 포함하는 메모리와, 특정 노물리 시험이 선택되면, 선택된 노물리 시험의 섭동 특성에 근거하여 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 섭동 개수 산출부와, 상기 노심의 핵 연료봉들 중 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치들을 결정하는 섭동 위치 결정부와, 상기 노심과 연결되어, 상기 노심에 대한 노물리 시험을 수행 및 시험 결과에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정하는 노물리 시험 수행부, 및, 상기 복수의 노물리 시험 중 어느 하나를 선택받고, 상기 섭동 개수 산출부 및 섭동 위치 결정부를 제어하여 산출된 개수 및 위치에 따라 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 일부에만 섭동이 가해지면, 상기 일부에만 섭동이 가해진 노심에 대해 노물리 시험이 수행되도록 상기 노물리 시험 수행부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치가, 서로 간의 평균 이격 거리가 최대값을 가지도록 상기 섭동 위치 결정부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심의 복수의 영역 별로 섭동을 가할 연료봉들의 개수가 산출되도록 상기 섭동 개수 산출부를 제어하며, 상기 노심의 복수의 영역 별로 각각 섭동을 가할 연료봉들의 위치가 결정되도록 상기 섭동 위치 결정부를 제어하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 노심은, 실제 핵 연료봉의 삽입이 가능 및, 삽입된 핵 연료봉에 따른 핵적 특성의 측정이 가능한 실물 크기의 노심 모형(Mock-up model)임을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 시험 장치 및 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은, 고속로의 핵 연료봉 중 일부에만 가해진 섭동의 영향에 따라 전체 노심의 핵적 특성이 측정될 수 있도록 함으로써, 핵 연료봉에 섭동을 가하기 위해 소요되는 인적 자원 및 시간을 크게 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 노물리 시험 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 고속로의 노심을 구성하는 핵 연료봉들의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 장치에서 노물리 시험을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따라 섭동될 핵 연료봉들의 위치가 결정된 예들을 보이고 있는 예시도들이다.
도 5는 실제 고속로 노심의 핵적 특성(누설반응도오차)과, 본 발명의 실시 예에 따라 시행된 노물리 시험에 따라 측정된 핵적 특성(누설반응도오차)를 비교한 도면이다.
도 6은 실제 고속로 노심의 핵적 특성(포획반응도오차)과, 본 발명의 실시 예에 따라 시행된 노물리 시험에 따라 측정된 핵적 특성(포획반응도오차)를 비교한 도면이다.
도 7은 실제 고속로 노심의 핵적 특성(핵분열반응도오차)과, 본 발명의 실시 예에 따라 시행된 노물리 시험에 따라 측정된 핵적 특성(핵분열반응도오차)를 비교한 도면이다.
도 8은 고속로의 연료봉에 삽입되는 구성 물질들의 예를 도시한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

먼저 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해, 본 발명의 기본 원리를 설명하면 본 발명에서는, 경수로와 고속로의 중성자의 특성에 착안하여 고속로 노심을 모사한 핵 연료봉들 중 일부만을 선택하고, 선택된 일부의 핵 연료봉들만을 섭동하도록 한다. 이는 고속로의 경우, 높은 운동 에너지를 가지는 고속 중성자에 의한 핵분열로 연쇄 반응을 유지하는 원자로로서, 경수로에서 보다 그 중성자의 운동에너지가 대략 10⁶배 정도로 크기 때문이다. 따라서 자유행정거리가 거의 0에 가까운 경수로의 중성자와 달리, 고속로의 중성자는 그 자유행정거리가 매우 길기 때문에, 섭동이 발생한 핵 연료봉 뿐만 아니라, 그 핵 연료봉 주변으로 중성자가 이동할 수 있다. 따라서 고속로의 핵 연료봉들 중 일부에 대한 섭동을 하는 것만으로도, 노심 전체에 가해지는 섭동의 영향을 측정할 수 있으며, 이에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정할 수도 있다.

이를 위해 본 발명은 현재 설정된 노물리 시험에 설정된 섭동 특성에 따라 고속로 노심의 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 핵 연료봉의 개수 및 위치를 선택할 수 있도록 하고, 섭동된 연료봉들의 개수 및 위치가 반영된 노물리 시험을 수행 및 그 수행 결과로부터 상기 고속로 노심의 핵적 특성이 측정될 수 있도록 한다.

도 1은 이러한 본 발명과 관련된 노물리 시험 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 그리고 도 2는 고속로의 노심을 구성하는 핵 연료봉들의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.

우선 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 고속로의 노물리 시험 장치(100)는, 제어부(102) 및 상기 제어부(102)와 연결되는 메모리(104), 섭동 개수 산출부(106), 섭동 위치 결정부(108), 노물리 시험 수행부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 상기 섭동 개수 산출부(106)는, 고속로의 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 핵 연료봉의 개수를 산출할 수 있다. 여기서 상기 섭동 개수 산출부(106)는 상기 섭동을 가할 연료봉의 개수를 현재 선택된 노물리 시험의 시험 특성에 근거하여 산출할 수 있다. 예를 들어 섭동 개수 산출부(106)는 현재 설정된 노물리 시험이 소듐 팽창 실험인 경우, 고속로 내의 격자 연료 집합체 면적(Area of the original fuel assembly lattice)의 팽창률에 따라 삽입될 핵 연료봉들의 수를 산출할 수 있다. 또는 상기 섭동 개수 산출부(106)는 현재 설정된 노물리 시험이 소듐 소거(vacancy) 실험인 경우, 상기 소듐 소거 실험에서 설정된 소듐 소거 비율에 따라 소듐 대신 비어있는 디스크(empty disk)를 포함할 핵 연료봉들의 개수를 산출할 수 있다.

여기서 상기 섭동 개수 산출부(106)는 고속로의 노심의 각 영역 별로 섭동이 가해질 연료봉들의 개수를 산출할 수 있다. 여기서 상기 노심의 각 영역이란, 서로 다른 종류의 핵 연료봉들이 삽입되는 영역일 수 있다. 예를 들어 도 2에서 보이고 있는 것과 같이, 고속로의 노심이 내부 노심(Inner Core) 영역, 외부 노심(Outer Core) 영역, 제어봉(Control Rod) 영역, 반경방향 반사체(Steel Radial Reflector) 영역, 붕소 쉴드 로드(Boron Shield Rod) 영역으로 구성되는 경우라면, 상기 제어봉 영역, 내부 노심 영역, 외부 노심 영역, 반경방향 반사체 영역, 및 붕소 쉴드 로드 영역은 각각 서로 다른 종류의 핵 연료봉들이 삽입되는 영역들일 수 있다. 이러한 경우 상기 섭동 개수 산출부(106)는 노심의 각 영역별로 섭동이 가해질 연료봉들의 개수를 산출할 수 있다. 그리고 이러한 경우 연료봉들의 종류별로 섭동이 가해질 연료봉들의 개수가 산출될 수도 있다.

일 예로, 수행되는 노물리 시험이 팽창률이 1%인 소듐 팽창 실험인 경우, 상기 섭동 개수 산출부(106)는 상기 내부 노심에 몇 개의 핵 연료봉이 더 삽입되면 상기 내부 노심의 면적이 1% 팽창될 수 있는지를 산출하고 그에 따라 상기 내부 노심에 삽입될 핵 연료봉의 개수를 결정할 수 있다. 그리고 이와 마찬가지로 면적을 1% 팽창시키기 위해 더 필요한 외부 노심 영역에 삽입될 연료봉의 개수 및 반경방향 반사체 영역에 삽입될 연료봉의 개수 및, 붕소 쉴드 로드 영역에 삽입될 연료봉의 개수를 각각 산출할 수 있다.

다만 여기서 상기 제어봉은 예외가 될 수 있다. 제어봉은 원자로의 노심에서 발생하는 핵분열의 수를 제어하기 위한 것으로, 노물리 시험에서 섭동이 가해지는 대상이 될 수 없기 때문이다.

그리고 섭동 위치 결정부(108)는, 상기 섭동 개수 산출부(106)에서 산출된 각 핵 연료봉의 개수에 대응되는 핵 연료봉들의 위치를 각각의 종류별로 선택할 수 있다. 여기서 섭동 위치 결정부(108)는, 섭동이 가해지는 핵 연료봉들 사이의 거리가 최대가 되도록 각 연료봉들의 위치를 결정할 수 있다. 아룰 위해 섭동 위치 결정부(108)는 핵 연료봉들 사이의 이격 거리 평균이 최대가 될 수 있도록 섭동이 가해질 연료봉들의 위치를 결정할 수 있다. 이는 섭동이 가해지는 핵 연료봉들이 노심 내에서 최대한 고르게 흩어져서 위치할수록 보다 고르게 노심 전체에 상기 섭동의 영향이 가해질 수 있기 때문이다.

한편 상기 노물리 시험 수행부(110)는, 노물리 시험을 수행할 수 있는 고속로 모델에 연결된 것일 수 있다. 여기서 상기 고속로 모델은, 실제 고속로에 대응되며, 실제 고속로에서 사용될 수 있는 핵 연료봉이 삽입될 수 있는 실물 크기의 모형(Mock-up Model)일 수 있다. 상기 노물리 시험 수행부(110)는, 상기 섭동 개수 산출부(106) 및 섭동 위치 결정부(108)로부터 결정된 섭동 핵 연료봉의 개수 및 위치에 따라, 상기 연결된 고속로 모델 노심의 일부 핵 연료봉들이 섭동되면, 현재 설정된 노물리 시험 순서에 따라 노물리 시험을 수행하고, 그 수행 결과에 따라 상기 고속로 모델의 핵적 특성을 측정할 수 있다.

상술한 설명에서는 상기 노물리 시험 수행부(110)가 고속로 모델에 연결되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 본 발명의 실시 예에 따른 예일 뿐 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉 상기 노물리 시험 수행부(110)는 실제 고속로에 연결되어, 연결된 실제 고속로 노심의 핵적 특성을 측정할 수도 있다.

한편 메모리(104)는 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 장치(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어 상기 메모리(104)는 각각의 다양한 노물리 시험 별로, 노물리 시험의 수행에 필요한 다양한 정보들을 저장할 수 있다. 예를 들어 노물리 시험에 필요한 다양한 절차들에 대한 정보 및, 각각의 노물리 시험에서 필요로 하는 섭동 특성들에 대한 정보들(예를 들어 소듐 팽창 실험 - 팽창률, 소듐 소거 시험 - 감소율)이 저장될 수 있다.

또한 상기 메모리(104)는, 상기 섭동 개수 산출부(106) 및 섭동 위치 결정부(108)에서 필요로 하는 각종 데이터들을 저장할 수 있다. 즉, 상기 메모리(104)에는 상기 고속로의 노심을 구성하는 핵 연료봉의 종류들 및 상기 노심에서 서로 다른 종류의 핵 연료봉이 삽입되는 면적에 대한 정보가 포함될 수 있으며, 각 노심의 영역에 삽입되는 서로 다른 종류별 핵 연료봉들의 개수에 대한 정보들이 더 저장될 수도 있다.

한편 제어부(102)는 연결된 각 구성 요소, 즉 섭동 개수 산출부(106), 섭동 위치 결정부(108) 및 노물리 시험 수행부(110)를 제어할 수 있다. 제어부(102)는 사용자로부터, 노물리 시험의 종류를 선택받을 수 있으며, 상기 선택된 노물리 시험의 종류에 따른 섭동 특성을 메모리(104)로부터 독출할 수 있다. 그리고 제어부(102)는 섭동 개수 산출부(106) 및 섭동 위치 결정부(108)를 제어하여 상기 독출된 섭동 특성에 따라 현재 고속로 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 핵 연료봉들의 개수 및 위치를 결정할 수 있다.

그리고 제어부(102)는 노물리 시험 수행부(110)를 제어하여, 노물리 시험을 수행할 수 있다. 즉, 제어부(102)는, 상기 섭동을 가할 핵 연료봉들의 위치 및 개수에 따라 상기 노물리 시험 수행부(110)와 연결된 고속로 모델의 노심에 삽입된 핵 연료봉들의 섭동이 완료되면, 상기 노물리 시험 수행부(110)를 제어하여, 현재 선택된 노물리 시험의 수행 절차에 근거하여 노물리 시험을 수행할 수 있다. 그리고 수행된 노물리 시험 결과에 따라 현재 섭동에 따른 상기 고속로 모델 노심의 핵적 특성을 측정할 수 있다.

도 3은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 장치에서, 고속로에서 노물리 시험을 수행하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험 장치(100)의 제어부(102)는 복수의 노물리 시험들 중 어느 하나를 선택받을 수 있다(S300). 이러한 노물리 시험은, 냉각재 온도 계수(또는 소듐 기화 반응도가)등과 같은 노심의 핵적 특성을 측정을 검증하기 위한 시험으로, 매우 다양한 종류의 시험이 있을 수 있다. 그러나 이하의 설명에서는 설명의 편의상, 상기 노물리 시험의 예로 냉각재인 소듐이 팽창하는 경우를 가정한 소듐 팽창 시험을 주로 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나 상기 소듐 팽창 시험에 본 발명이 국한되는 것이 아님은 물론이며, 다른 노물리 시험(예를 들어 소듐 소거 시험 등)에도 얼마든지 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 S300 단계에서, 노물리 시험이 선택되면 제어부(102)는, 현재 선택된 노물리 시험에 따른 섭동 특성을 판단할 수 있다(S302). 여기서 섭동 특성은, 현재 선택된 노물리 시험에 따라 노심을 구성하는 핵 연료봉들에 어떤 섭동이 가해져야 하는지를 의미하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제어부(102)는 현재 선택된 노물리 시험이 소듐 팽창 시험인 경우, 팽창하는 소듐에 따라 더 필요한 소듐의 양을 섭동 특성으로 판단할 수 있으며, 현재 선택된 노물리 시험이 소듐 소거 시험인 경우, 소거된 소듐에 따라 줄어든 소듐의 양을 섭동 특성으로 판단할 수 있다.

한편, 제어부(102)는 S302 단계에서, 현재 선택된 노물리 시험에 따른 섭동 특성 및, 노물리 시험의 수행에 필요한 각종 정보들이 확인되면, 선택된 노물리 시험의 섭동 특성에 따라 섭동될 연료봉들의 개수를 결정할 수 있다(S304). 예를 들어 제어부(102)는 소듐 팽창 시험의 경우, 상기 섭동 특성에 따라 결정된 팽창률에 근거하여 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 산출할 수 있다.

상기 수학식 1에서 격자 연료 집합체 면적은 노심의 면적이 될 수 있다. 여기서 노심은, 상기 노물리 시험 수행부(110)에 연결되어 노물리 시험을 수행할 실제 고속로 노심 또는 실제 핵 연료봉이 삽입될 수 있는 실물 크기의 모형 고속로 노심(Mock-Up fast neutron reactor core)일 수도 있다. 이러한 경우 제어부(102)는 상기 S304 단계에서, 현재 섭동 특성으로 설정된 팽창률 및, 상기 노물리 시험을 수행할 노심의 면적에 근거하여, 현재 설정된 팽창률만큼 팽창되었을 경우의 격자 연료 집합체 면적, 즉 팽창시의 노심 면적을 산출할 수 있다. 그리고 산출된 노심(팽창된 노심)의 면적과, 정상 노심(팽창되지 않은 노심)의 면적을 비교하여, 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 산출할 수 있다.

여기서 제어부(102)는 상기 노심의 각 영역별로 현재 설정된 팽창률만큼 소듐이 팽장하는 경우에 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 산출할 수도 있다. 즉, 상기 도 2에서 설명한 바와 같이, 제어봉, 내부 노심, 외부 노심, 반경 방향 반사체, 붕소 쉴드 로드들로 구성되는 노심의 경우라면, 제어부(102)는 제어봉을 제외한 나머지 핵 연료봉, 즉 내부 노심, 외부 노심, 반경 방향 반사체, 붕소 쉴드 로드로 구성되는 노심의 영역별로 각각 상기 팽창률만큼 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 산출할 수 있다.

하기 표 1은, 팽창률이 1% ~ 8% 인 경우에, 본 발명의 실시 예에 따라 이처럼 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수들이 산출된 예를 보이고 있는 것이다.

상기 표 1에서, ‘IC’는 내부 노심(Inner Core), ‘OC’는 외부 노심(Outer Core), 'CR'은 제어봉(Control Rod), 'SRR'은 반경방향 반사체(Steel Radial reflector), 'BSR'은 붕소 쉴드 로드(Boron Shield Rod)에 더 삽입될 소듐 냉각봉의 개수를 의미하는 것이다. 즉, 상기 표 1에 따르면, 8%(표 1의 7.99%)의 팽창이 발생하는 경우를 가정하기 위해서는 내부 노심에 27개, 외부 노심에 36개, 반경방향 반사체에 51개 및, 붕소 쉴드 로드에 63개, 총 177개의 소듐 냉각봉이 더 삽입되어야 한다는 것을 알 수 있다.

한편 상기 S304 단계에서 섭동될 연료봉들의 개수가 결정되면, 제어부(102)는 섭동될 연료봉들의 위치를 결정할 수 있다(S306). 여기서 제어부(102)는 상기 S306 단계에서, 노심의 핵 연료봉들 중, 상기 섭동될 핵 연료봉들 사이의 간격을 최대한 넓게 할 수 있다. 이는 섭동이 가해지는 핵 연료봉들이 최대한 노심의 전체 면적에 고르게 분포할수록, 상기 섭동에 대한 노심의 전체적인 특성을 측정할 수 있기 때문이다. 이를 위해 제어부(102)는 상기 S304 단계에서 결정된 개수만큼, 서로 간의 이격된 거리의 평균값이 최대값이 되도록 상기 섭동이 적용될 핵 연료봉들의 위치를 상기 S306 단계에서 결정할 수 있다. 이 경우 만약 위에서 설명한 소듐 팽창 시험과 같이, 소듐 냉각봉이 팽창률에 따른 면적만큼 더 삽입되는 경우라면, 제어부(102)는 상기 S306 단계에서, 노심의 전체 영역에 골고루 분포되도록 소듐 냉각봉이 더 삽입될 위치를 결정할 수 있다.

한편 제어부(102)는 상기 S306 단계에서, 섭동될 핵 연료봉들의 위치들을 결정하는 데 있어, 노심의 각 영역별로 그 위치들을 결정할 수 있다. 즉, 제어부(102)는 노심의 내부 노심 영역, 외부 노심 영역, 반경 방향 반사체 영역, 붕소 쉴드 로드 영역 각각 마다 섭동될 연료봉들이 해당 영역에서 최대한 고르게 분포되도록 그 위치를 결정할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 노물리 시험에 따라 섭동될 핵 연료봉들의 위치가 결정, 즉 위에서 설명한 바와 같이 소듐 팽창 시험의 경우, 소듐 냉각봉들이 삽입될 위치들이 결정된 예들을 보이고 있는 것이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여 살펴보면, 도 4a 및 4b는, 소듐 팽창 시험에서 소듐의 양이 1%에서 8%까지 팽창되는 경우에, 이에 대응되는 소듐 냉각봉(410)들이 노심의 각 영역에 삽입되는 예들을 보이고 있는 것이다.

우선 소듐이 1% 팽창되는 경우의 예(1% expansion case)를 보이고 있는 도면을 참조하여 살펴보면, 제어봉이 삽입되는 영역(400)을 제외하고, 상기 표 1에서 산출된 개수에 따라 노심의 내부 노심 영역(402)에 3개의 소듐 냉각봉이, 외부 노심 영역(404), 반경방향 반사체(406), 및 붕소 쉴드 로드(408) 영역에 각각 6개의 소듐 냉각봉의 삽입 위치가 결정되는 것을 알 수 있다. 또한 도 4a의 ‘1% expansion case’에서 보이고 있는 것처럼, 삽입되는 소듐 냉각봉들이 각 영역(402, 404, 406, 408)에서 서로 간에 최대한 멀리 이격된 위치에 삽입 위치가 결정되는 것을 알 수 있다.

한편 팽창률이 2% ~ 8% 인 경우 역시, 이와 유사하게 삽입될 소듐 냉각봉들의 개수 및 위치들이 결정될 수 있다. 즉, 상기 표 1에서 보이고 있는 것과 같이 각각의 팽창률에 따라 삽입될 소듐 냉각봉들의 개수가 산출되면, 제어부(102)는 산출된 소듐 냉각봉들을 노심의 각 영역별로 서로 간의 이격 거리가 최대가 되도록 소듐 냉각봉들의 삽입 위치를 결정할 수 있다. 도 4a 및 도 4b의 2% expansion case ~ 8% expansion case는 이러한 각각의 팽창률에 따라 소듐 냉각봉들의 삽입 위치들이 결정된 예들을 보이고 있는 것이다.

한편, 상기 S304 단계 및 S306 단계에서 섭동될 핵 연료봉들의 개수 및 위치들이 결정되면, 결정된 개수 및 위치를 반영한 섭동이 이루어질 수 있다(S308). 예를 들어 상기 S308 단계에서는, 상기 섭동될 핵 연료봉들의 개수 및 위치에 따라, 적어도 하나의 새로운 핵 연료봉들(예를 들어 소듐 냉각봉 등)이 상기 노물리 시험 수행부(110)에 연결된 고속로 노심 또는 노심 모델에 더 삽입(소듐 팽창 시험의 경우)되거나, 상기 노심 또는 노심 모델에 삽입된 핵 연료봉들 중, 상기 S306 단계에서 결정된 위치에 대응되는 연료봉들의 구성 물질이 변경될 수도 있다. 일 예로 소듐 소거 시험인 경우, 소듐의 양이 다른 핵 연료봉들보다 상기 소듐 소거 시험에서 설정된 소거 비율만큼 더 적은 핵 연료봉들이, 상기 S306 단계에서 결정된 위치에 삽입될 수 있다.

이처럼 상기 S304 단계와 S306 단계에서 결정된 개수 및 위치를 반영하여 핵 연료봉들의 섭동이 이루어지면, 제어부(102)는 현재 설정된 노물리 시험의 절차에 따라 노물리 시험을 수행할 수 있다. 그리고 노물리 시험이 완료되면, 제어부(102)는 상기 노물리 시험 결과를 이용하여 고속로의 핵적 특성을 측정할 수 있다.

한편 도 5 내지 도 7은, 섭동 특성이 팽창률 8%인, 8% expansion case에서 측정된 핵적 특성들을 도시한 것이다. 도 5는 노물리 시험 결과, 실제 고속로 노심(Target core)의 핵적 특성 중 누설반응도오차를 측정한 결과와, 본 발명의 실시 예에 따라 일부의 핵 연료봉만 섭동된 노심 모델(Mock-up model)에서 측정된 누설반응도오차를 비교한 도면이다. 그리고 도 6은 노물리 시험 결과, 실제 고속로 노심(Target core)에서 측정된 포획반응도오차와, 본 발명의 실시 예에 따라 일부의 핵 연료봉만 섭동된 노심 모델(Mock-up model)에서 측정된 포획반응도오차를 비교한 도면이다. 그리고 도 7은 노물리 시험 결과, 실제 고속로 노심(Target core)에서 측정된 핵분열반응도오차와, 본 발명의 실시 예에 따라 일부의 핵 연료봉만 섭동된 노심 모델(Mock-up model)에서 측정된 핵분열반응도오차를 비교한 도면이다.

도 5 내지 도 7에서 보이고 있는 것과 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 일부의 핵 연료봉만 섭동된 노심 모델(Mock-up model)에서 측정된 핵적 특성과, 실제 고속로 노심(Target core)에서 노심 전체에 균일하게 섭동이 가해진 경우에 측정된 핵적 특성이 일정 유효 범위 내에서 거의 동일한 것을 알 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 소듐 냉각봉이 더 삽입되는 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 이는 상기 노물리 시험이 소듐 팽창이 이루어지는 것을 가정하였기 때문일 뿐, 본 발명에서 사용될 수 있는 노물리 시험이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉 얼마든지 다양한 다른 노물리 시험이 선택될 수 있으며, 이에 따라 다른 섭동 특성이 설정될 수도 있다.

예를 들어 소듐 소거 시험은, 핵 연료봉에서 소듐의 수가 일정 비율 감소하는 경우에, 노심의 핵적 특성을 측적하는 노물리 시험이 될 수 있다. 이러한 경우 상기 섭동 특성은, 상기 감소된 소듐의 비율이 될 수 있으며, 이에 따라 노심의 핵 연료봉을 구성하는 구성 물질들 중 일정 비율로 소듐을 감소시킴으로서 섭동이 이루어질 수 있다.

예를 들어 도 8에서 보이고 있는 것과 같이, 연료봉이 속이 비어있는 튜브 형태로 구성되고, 상기 연료봉에 디스크 형태의 서로 다른 구성 물질들이 적재되어 핵 연료봉이 형성되는 경우, 상기 핵 연료봉 내에 적재되는 디스크 형태의 구성 물질들의 수가 변경되면 섭동이 이루어질 수 있다. 즉, 특정 핵 연료봉에 적재되는 디스크 형태로 형성된 소듐 대신, 비어있는 디스크, 즉 엠프티 디스크(empty disk)를 삽입하여 소듐이 소거된, 즉 섭동이 적용된 핵 연료봉을 형성할 수 있다.

이러한 경우 본 발명에서는, 상기 소거될 소듐의 비율에 근거하여 노심의 각 영역 별로 일정 개수의 핵 연료봉들의 개수를 산출할 수 있다. 예를 들어 소듐 5% 감소 시험인 경우, 각 영역 별로 핵 연료봉에 포함되는 소듐의 양과 각 영역별로 삽입되는 핵 연료봉의 개수에 따라 각 영역별 소듐의 양을 산출할 수 있다. 그리고 각 영역별 소듐의 양으로부터 5%에 해당되는 양을 산출하고, 노심의 각 영역별 핵 연료봉 하나에 포함되는 소듐의 양에 근거하여, 노심의 각 영역 별로 섭동, 즉 소듐 디스크를 제거할 핵 연료봉의 개수를 산출할 수 있다.

그리고 본 발명에서는, 상기 산출된 개수 만큼의 핵 연료봉들을 각 노심 영역 별로 선택할 수 있다. 여기서 상기 선택된 핵 연료봉들은 서로 간의 평균 이격 거리가 최대인 것들일 수 있다. 그리고 상기 선택된 핵 연료봉들의 구성 물질이 변경되어 섭동이 이루어지면, 본 발명에서는 노물리 시험을 수행하여 상기 소듐의 양이 줄어든 상태에서의 노심의 핵적 특성을 측정할 수 있다.

이처럼 본 발명은, 핵 연료봉을 구성하는 특정 물질이 변경되거나, 또는 특정 물질이 감소되거나 증가하는 경우 그에 따른 핵적 특성을 측정하는 노물리 시험에서도 얼마든지 적용될 수도 있다. 이러한 경우 본 발명은, 감소 또는 증가시킬 상기 특정 물질의 비율에 근거하여 노심의 각 영역 별로 일정 개수의 핵 연료봉들의 개수를 산출할 수 있으며, 산출된 개수 만큼 노심의 각 영역들로부터 섭동이 이루어질 연료봉의 위치들을 결정할 수 있다. 여기서 상기 섭동이 이루어질 연료봉들의 위치는, 노심의 각 영역에서 상기 섭동이 이루어진 연료봉들이 최대한 고르게 분포할 수 있도록 하기 위하여, 서로 간의 평균 이격 거리가 최대값을 가질 수 있도록 그 위치들이 결정될 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서는, 도 8에서 보이고 있는 것처럼, 튜브 형태의 핵 연료봉에 디스크 형태의 구성 물질들이 적재되는 형태로 핵 연료봉이 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나 이는 본 발명의 예를 든 것일 뿐 본 발명이 이러한 형태의 핵 연료봉에 국한되는 것이 아님은 물론이다.

즉, 본 발명은 상기 디스크 형태가 아니라 다른 형태로 그 구성물질의 조성비를 변경할 수 있도록 구현된 핵 연료봉에 적용될 수 있음은 물론이며,‘봉’과 같은 원통형의 형태 뿐만 아니라, 내부의 구성 물질을 쉽게 변경할 수 있도록 형성되는 다양한 형태의 틀을 이용하는 모든 경우에 적용될 수도 있음은 물론이다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 상기 제어부(102)를 포함할 수도 있다.

그러나 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 노물리 시험 장치 102 : 제어부
104 : 메모리 106 : 섭동 개수 산출부
108 : 섭동 위치 결정부 110 : 노물리 시험 수행부

Claims (11)

1. 노심(reactor core)의 핵적 특성을 측정하기 위한 노물리 시험(Core physics test)을 수행하는 방법에 있어서,
   노물리 시험의 종류를 선택받는 단계;
   상기 선택된 노물리 시험의 종류에 따른 섭동(perturbation) 특성을 확인하는 단계;
   상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 단계;
   상기 노심의 핵 연료봉들 중 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치들을 결정하는 단계;
   상기 산출된 개수 및 위치에 따라 일부의 핵 연료봉들에만 섭동이 가해진 노심에 대해 노물리 시험을 수행하는 단계; 및,
   상기 노물리 시험 결과에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정하는 단계를 포함하며,
   상기 연료봉들의 위치들을 결정하는 단계는,
   상기 산출된 개수 만큼의 연료봉들 서로 간의 평균 이격 거리가 최대값을 가지도록 상기 연료봉들의 위치를 결정하는 단계임을 특징으로 하는 노물리 시험 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 연료봉들의 개수를 산출하는 단계는,
   상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심의 복수의 영역 별로 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 단계이며,
   상기 연료봉들의 위치를 결정하는 단계는,
   상기 노심의 복수의 영역 별로 각각 섭동을 가할 연료봉들의 위치를 결정하는 단계임을 특징으로 하는 노물리 시험 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 영역은,
   상기 노심에서 서로 다른 종류의 핵 연료봉이 삽입되는 영역들이며, 핵 연료봉들 중 제어봉이 삽입되는 노심의 영역을 제외한 영역들임을 특징으로 하는 노물리 시험 방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 노심은,
   실제 핵 연료봉의 삽입이 가능 및, 삽입된 핵 연료봉에 따른 핵적 특성의 측정이 가능한 실물 크기의 노심 모형(Mock-up model)임을 특징으로 하는 노물리 시험 방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 연료봉들의 개수를 산출하는 단계는,
   현재 설정된 노물리 시험이 소듐 팽창 시험인 경우, 노심의 각 영역 별로, 현재 설정된 팽창률만큼 팽창되었을 경우의 노심 면적을 산출하는 단계;
   산출된 노심 면적과, 정상 노심의 면적을 비교하여 더 필요한 소듐 냉각봉의 개수를 상기 노심의 각 영역별로 산출하는 단계를 포함하는 단계임을 특징으로 하는 노물리 시험 방법.
   
7. 삭제
8. 노심(reactor core)의 핵적 특성을 측정하기 위한 노물리 시험(Core physics test)을 수행하는 장치에 있어서,
   복수의 노물리 시험 각각에 대한 섭동(perturbation) 특성 및 노물리 시험과 관련된 정보들을 포함하는 메모리;
   특정 노물리 시험이 선택되면, 선택된 노물리 시험의 섭동 특성에 근거하여 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 섭동을 가할 연료봉들의 개수를 산출하는 섭동 개수 산출부;
   상기 노심의 핵 연료봉들 중 상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치들을 결정하는 섭동 위치 결정부;
   상기 노심과 연결되어, 상기 노심에 대한 노물리 시험을 수행 및 시험 결과에 따라 상기 노심의 핵적 특성을 측정하는 노물리 시험 수행부; 및,
   상기 복수의 노물리 시험 중 어느 하나를 선택받고, 상기 섭동 개수 산출부 및 섭동 위치 결정부를 제어하여 산출된 개수 및 위치에 따라 상기 노심을 구성하는 핵 연료봉들 중 일부에만 섭동이 가해지면, 상기 일부에만 섭동이 가해진 노심에 대해 노물리 시험이 수행되도록 상기 노물리 시험 수행부를 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 섭동을 가할 연료봉들의 위치가, 서로 간의 평균 이격 거리가 최대값을 가지도록 상기 섭동 위치 결정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 노물리 시험 장치.
   
9. 삭제
10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 섭동 특성에 근거하여 상기 노심의 복수의 영역 별로 섭동을 가할 연료봉들의 개수가 산출되도록 상기 섭동 개수 산출부를 제어하며,
    상기 노심의 복수의 영역 별로 각각 섭동을 가할 연료봉들의 위치가 결정되도록 상기 섭동 위치 결정부를 제어하는 것을 특징으로 하는 노물리 시험 장치.
    
11. 제8항에 있어서, 상기 노심은,
    실제 핵 연료봉의 삽입이 가능 및, 삽입된 핵 연료봉에 따른 핵적 특성의 측정이 가능한 실물 크기의 노심 모형(Mock-up model)임을 특징으로 하는 노물리 시험 장치.

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