KR101704658B1 - Small modular nuclear reactor core with spontaneous neutron sources and nuclear reactor comprising the same - Google Patents

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KR101704658B1 KR1020150041482A KR20150041482A KR101704658B1 KR 101704658 B1 KR101704658 B1 KR 101704658B1 KR 1020150041482 A KR1020150041482 A KR 1020150041482A KR 20150041482 A KR20150041482 A KR 20150041482A KR 101704658 B1 KR101704658 B1 KR 101704658B1
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    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심은 스스로 핵분열을 일으키는 자발핵분열 중성자원, 및 상기 자발핵분열 중성자원의 핵분열에 의해 지속적으로 핵분열성 물질로 변환되는 핵연료성 물질을 포함하는 연쇄 핵분열 반응부; 및 상기 연쇄 핵분열 반응부의 외곽에 배치되고, 상기 핵분열의 연쇄 반응 시 방출되는 중성자속을 상기 연쇄 핵분열 반응부로 리턴시키는 중성자 반사체를 포함한다.The small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention may include a spontaneous fission neutron source causing self-fission and a nuclear fuel material continuously converted into a fissionable material by the fission of the spontaneous fission neutron source A chain fission reactor comprising; And a neutron reflector disposed at the outer periphery of the chain fission reactor and returning neutrons emitted during the chain reaction of the fission to the chain fission reactor.

Description

자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심 및 이를 포함하는 원자로{SMALL MODULAR NUCLEAR REACTOR CORE WITH SPONTANEOUS NEUTRON SOURCES AND NUCLEAR REACTOR COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a small modular reactor core using an autogenous fission neutron source, and a reactor including the reactor core. BACKGROUND ART [0002]

본 발명의 실시예들은 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심 및 이를 포함하는 원자로에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a small modularized reactor core using an autogenous fission neutron source and a reactor including the reactor core.

미임계 원자로는 외부의 중성자원을 주입하여 임계에 도달하는 원자로로 외부 중성자원을 공급하지 않게 되면 미임계 상태로 안전하게 된다. 대부분 미임계 원자로는 대형 가속기와 결합하여 중성자원을 공급받게 된다.A critical nuclear reactor is safely in a critical state if it does not supply an external neutron source to a reactor that reaches critical by injecting an external neutron source. Most critical nuclear reactors combine with large accelerators to receive neutron sources.

이는 원자력 시설의 대형화와 이에 따는 부대시설의 확충 및 관리차원에서 상당한 부담을 주게 된다. 소형 원자력 시스템의 경우는 가속기 대신 핵분열성 물질을 동시에 장전하여 이용한다.This will put a considerable burden on the enlargement of nuclear facilities and the expansion and management of related facilities. In the case of a small nuclear power system, a fissile material is loaded instead of an accelerator.

대부분의 고속로형 소형 모듈화 원자로는 핵분열성(fissile) 물질과 핵연료성(fertile) 물질을 분리하여 배치하고 있으며, 핵연료성(fertile) 물질을 핵분열성(fissile) 물질로 전환시켜 원자로를 임계로 유지하여 출력을 생산하는 원리로 설계되어 있다.Most high-speed, modular modular reactors separate fissile and fertile materials and convert the fertile material into a fissile material to keep the reactor critical. To produce output.

이로 인해 종래에는 원하는 출력을 생산하기 위해 노심 크기를 증가시키거나 핵연료 농축도를 증가시켜야 하는 등 추가적인 고려사항에 대한 필요가 있다.There is thus a need for additional considerations, such as increasing the core size or increasing the fuel enrichment to produce the desired output.

또한, 핵분열성 물질의 공급이 필수적이며 이를 제공하기 위한 별도의 원자력시스템과 생산 공정이 필요하다. 그리고 핵연료 교체없이 30 ~ 40년의 장주기 노심 설계를 위해 노심 출력을 상승시켜야 하며, 고농축 우라늄의 사용이 필수적이다.In addition, the supply of fissile materials is essential, and separate nuclear systems and production processes are needed to provide them. It is necessary to increase the core output for long - term core design of 30 ~ 40 years without replacing nuclear fuel and use of highly enriched uranium is essential.

초소형 장주기 노심을 설계 시 필요 이상의 핵연료 가공 공정을 단순화 하고 원하는 설계 요건과 안전성 및 핵 비확산성을 향상시키기 위해 핵분열성 물질을 대체할 필요가 있다.When designing a tiny, long-core core, it is necessary to replace the fissile material to simplify the processing of the nuclear fuel more than necessary and to improve the desired design requirements, safety and nuclear non-proliferation.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-1991-0014957호(발명의 명칭: 복합 가연성 흡수재 핵연료 및 원자로 노심, 공개일자: 1991년 8월 31일)가 있다.
Related Prior Art Korean Patent Publication No. 10-1991-0014957 (entitled: Combustible Combustible Absorber Fuel and Reactor Core, Published Date: August 31, 1991) is known.

본 발명의 일 실시예는 자발핵분열 중성자원을 이용하여 핵연료성 물질을 핵분열성 물질로 지속적으로 변환하여 핵분열 연쇄 반응을 통해 원자로를 임계로 유지할 수 있도록 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심 및 이를 포함하는 원자로를 제공한다.
One embodiment of the present invention is a small modularized reactor core using a spontaneous fission neutron source that continuously maintains the reactor through a fission chain reaction by continuously converting the nuclear fuel material into a fissile material by using the spontaneous fission neutron source. Thereby providing a reactor containing the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심은 스스로 핵분열을 일으키는 자발핵분열 중성자원, 및 상기 자발핵분열 중성자원의 핵분열에 의해 지속적으로 핵분열성 물질로 변환되는 핵연료성 물질을 포함하는 연쇄 핵분열 반응부; 및 상기 연쇄 핵분열 반응부의 외곽에 배치되고, 상기 핵분열의 연쇄 반응 시 방출되는 중성자속을 상기 연쇄 핵분열 반응부로 리턴시키는 중성자 반사체를 포함한다.The small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention may include a spontaneous fission neutron source causing self-fission and a nuclear fuel material continuously converted into a fissionable material by the fission of the spontaneous fission neutron source A chain fission reactor comprising; And a neutron reflector disposed at the outer periphery of the chain fission reactor and returning neutrons emitted during the chain reaction of the fission to the chain fission reactor.

상기 연쇄 핵분열 반응부는 상기 자발핵분열 중성자원 및 상기 핵연료성 물질이 원자로 노심의 중심부로부터 반경 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.In the chain fission reactor, the spontaneous fission neutron source and the nuclear fuel material may be sequentially disposed along the radial direction from the center of the reactor core.

상기 자발핵분열 중성자원 및 상기 핵연료성 물질은 상기 원자로 노심에 착탈 가능하게 배치될 수 있다.The spontaneous fission neutron source and the nuclear fuel material may be removably disposed in the reactor core.

상기 핵연료성 물질은 상기 자발핵분열 중성자원의 외곽에 배치되되, 여러 겹이 서로 탈착 가능하게 겹쳐져 배치될 수 있다.The nuclear fuel material is disposed on the outer periphery of the spontaneous fission neutron source, and the plurality of coils may be disposed so as to be detachable from each other.

상기 핵연료성 물질은 상기 여러 겹의 일부 또는 전부가 서로 다른 두께를 가질 수 있다.The fuel material may have a different thickness of some or all of the multiple plies.

상기 자발핵분열 중성자원은 캘리포늄(Cf)-252, 아메리슘(Am)-베릴륨(Be), 플루토늄(Pu)-베릴륨(Be), 베릴륨(Be)-리튬(Li) 중 적어도 하나로 형성되고, 상기 핵연료성 물질은 우라늄(U)-238, 토륨(Th)-232 중 적어도 하나로 형성되며, 상기 중성자 반사체는 흑연(Graphite), 베릴륨(Be) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.Wherein the spontaneous fission neutron source is formed of at least one of californium (Cf) -252, americium-beryllium (Be), plutonium (Pu) beryllium (Be), beryllium (Be) The nuclear fuel material is formed of at least one of uranium (U) -238 and thorium (Th) -232, and the neutron reflector may be formed of at least one of graphite and beryllium (Be).

상기 연쇄 핵분열 반응부는 상기 자발핵분열 중성자원이 모두 소진되는 경우, 상기 핵연료성 물질에서 상기 핵분열성 물질로 변환된 물질에서 중성자를 지속적으로 방출하여, 상기 원자로 노심을 유효 임계도 내로 수명 기간 동안 유지하도록 할 수 있다.The chain fission reactor continuously discharges the neutrons from the nuclear fissionable material converted into the fissile material when the spontaneous fission neutron source is exhausted, thereby maintaining the reactor core within the effective criticality within the lifetime can do.

상기 연쇄 핵분열 반응부에 의해 상기 원자로 노심의 반경 방향을 따라 순차적으로 연쇄 반응하는 경우, 상기 유효 임계도는 1을 기준으로 미리 설정된 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.When the chain fission reaction unit sequentially performs a chain reaction along the radial direction of the reactor core, the effective threshold value may have a value within a predetermined error range based on 1.

상기 원자로 노심은 원통형 또는 구형으로 형성될 수 있다.The reactor core may be formed in a cylindrical or spherical shape.

본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심은 상기 중성자 반사체의 사방을 둘러싸도록 형성되고, 상기 자발핵분열 중성자원의 핵분열에 의해 발생되는 방사선을 차폐하는 외부 공기층을 더 포함할 수 있다.The small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention further includes an outer air layer formed to surround the four sides of the neutron reflector and shielding radiation generated by the fission of the spontaneous fission neutron source can do.

본 발명의 일 실시예에 따른 원자로는 상기 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심을 포함한다.
The reactor according to an embodiment of the present invention includes a small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 자발핵분열 중성자원을 이용하여 핵연료성 물질을 핵분열성 물질로 지속적으로 변환함으로써, 지속적 핵분열 연쇄 반응을 통해 원자로를 임계로 유지할 수 있도록 한다.
According to an embodiment of the present invention, the nuclear material is continuously converted into a fissile material by using the spontaneous fission neutron source, thereby enabling the reactor to be maintained in a critical state through the continuous fission chain reaction.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심의 사시도이다.
도 2는 도 1의 a-a 선에 따른 수평 단면도이다.
도 3은 도 1의 b-b 선에 따른 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 노심 유효 임계도 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a perspective view of a small modularized reactor core using an autogenous fission neutron source according to an embodiment of the present invention.
2 is a horizontal sectional view taken along the line aa in Fig.
3 is a vertical sectional view taken along the line bb in Fig.
FIG. 4 is a graph showing the result of the core effective threshold according to the embodiment of the present invention and the comparative example.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 발명의 일 실시예는 종래의 미임계 원자로에서 활용하는 가속기를 이용한 중성자 발생을 자발핵분열 중성자원으로 대체하여 임계에 도달하는 개념이다.An embodiment of the present invention is a concept of reaching a critical point by replacing neutron generation using an accelerator used in a conventional critical nuclear reactor with an autogenous fission neutron source.

또한, 본 발명의 일 실시예는 소형 모듈화 원자로에 핵분열성 물질과 핵연료성 물질의 분리 배치하는 개념을 확장하여 핵분열성 물질 대신 스스로 핵분열을 일으키는 자발핵분열 중성자원을 이용하여 소형 모듈화 원자로를 달성하는 개념이다.In addition, one embodiment of the present invention extends the concept of separating and arranging a fissile material and a fuel material in a small modular reactor, thereby achieving a small modularized reactor using a spontaneous fission neutron source that causes fission by itself instead of a fissile material to be.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에서는 적절한 위치에 상기 자발핵분열 중성자원성 물질을 배치하고 그 주위에 상기 핵연료성 물질을 배치하여 지속적으로 핵연료성 물질을 핵분열성 물질로 변환하게 된다.To this end, in one embodiment of the present invention, the spontaneous fission neutron source material is disposed at an appropriate position and the nuclear fuel material is disposed around the spontaneous fission neutron source material, thereby continuously converting the nuclear fuel material into the fissile material.

이때, 상기 자발핵분열 중성자원 물질이 소진되면 상기 핵연료성 물질에서 핵분열성 물질로 전환된 물질에서 중성자를 지속적으로 방출하여 상기 소형 모듈화 원자로를 임계로 수명기간 동안 유지시킬 수 있다.At this time, when the spontaneous fission neutron source material is exhausted, neutrons are continuously released from the material converted from the nuclear material into the fissile material, so that the small modularized reactor can be maintained for a critical period of life.

이는 상기 핵연료성 물질에서 변환된 핵분열성 물질이 인접 핵연료성 물질을 변환시켜 핵분열 연쇄 반응을 지속하기에 상기 소형 모듈화 원자로에 적용이 충분히 가능하다.This is fully applicable to the small modular reactor because the fissionable material converted from the nuclear fuel material continues the fission chain reaction by converting the adjacent fuel material.

상기 자발핵분열 중성자원은 별도의 추가 공정없이 공급받을 수 있고, 상기 핵연료성 물질은 토륨, 우라늄 등 자연 상태의 연료를 그대로 사용 가능하다.The spontaneous fission neutron source can be supplied without any additional process, and the fuel material can use natural fuel such as thorium, uranium, etc. as it is.

본 발명의 일 실시예에서는 원하는 출력에 따라 이러한 자발핵분열 중성자원과 핵연료성 물질의 양과 위치를 조정할 수 있으며, 추가 연료 장전 없이 수명 기간을 연장할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the amount and position of the spontaneous fission neutron source and the fuel material can be adjusted according to a desired output, and the lifetime can be extended without additional fuel loading.

본 발명의 일 실시예에서 제안된 자발핵분열 중성자원을 이용한 배치는 원통형 및 구형의 원자로에 적용될 수 있으며, 출력에 따라 적절한 크기로 조정이 가능하다.The arrangement using the proposed spontaneous fission neutron source in one embodiment of the present invention can be applied to cylindrical and spherical reactors and can be adjusted to an appropriate size according to the output.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심 및 이를 포함하는 원자로는 다양한 출력의 요건을 만족하며 다양한 모양의 핵연료 설계에 확장이 가능하다.Therefore, a small modularized reactor core using a spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention and a reactor including the same can satisfy various output requirements and can be extended to design various shapes of nuclear fuel.

또한, 본 발명의 일 실시예에서는 중성자속의 누출을 줄이고 다시 노심으로 되돌아 올 수 있도록 외부 반사체 개념을 고려할 수 있다.Also, in the embodiment of the present invention, the concept of the external reflector can be considered so as to reduce leakage of the neutron flux and return to the core.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 소형 모듈화된 노심으로 인해 이동 및 설치가 용이하고, 수명 후 해체 처리시 부담을 줄일 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the small and modular core facilitates the movement and installation, and the burden can be reduced in the dismantling process after the lifetime.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심은 원자로에 탑재되며, 이때 상기 소형 모듈화 원자로 노심은 원통 형상 또는 구 형상으로 형성될 수 있다.A small modularized reactor core using a spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention is mounted on a reactor, wherein the small modular reactor core can be formed into a cylindrical shape or a sphere shape.

이하의 실시예에서는 상기 소형 모듈화 원자로 노심이 원통 형상으로 형성되는 예를 대표적인 예로 하여 설명한다.In the following embodiments, an example in which the small modularized reactor core is formed into a cylindrical shape will be described as a representative example.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심의 사시도이고, 도 2는 도 1의 a-a 선에 따른 수평 단면도이며, 도 3은 도 1의 b-b 선에 따른 수직 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a small modularized reactor core using a spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a horizontal sectional view taken along line aa of FIG. 1, Sectional view.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심(100)은 연쇄 핵분열 반응부(110, 120), 중성자 반사체(130), 및 외부 공기층(140)을 포함할 수 있다.1 through 3, a small modular reactor core 100 using a spontaneous fission neutron source according to an embodiment of the present invention includes a chain fission reactor 110 and 120, a neutron reflector 130, (140).

상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)는 자발핵분열 중성자원(110) 및 핵연료성 물질(120)을 포함하여 구성될 수 있다.The chain fission reactors 110 and 120 may include a spontaneous fission neutron generator 110 and a nuclear fuel material 120.

상기 자발핵분열 중성자원(110)은 스스로 핵분열을 일으키며, 이러한 자발적 핵분열을 통해 중성자를 발생시킨다.The spontaneous fission neutron source 110 causes self-fission and generates neutrons through such spontaneous fission.

즉, 상기 자발핵분열 중성자원(110)은 중성자의 삽입을 통해 핵분열이 발생하는 것이 아니라, 자발적으로 핵분열을 일으켜 중성자를 발생시킬 수 있다.That is, the spontaneous fission neutron source 110 does not generate fission through the insertion of neutrons, but can generate spontaneous fission and generate neutrons.

이를 위해, 상기 자발핵분열 중성자원(110)은 캘리포늄(Cf)-252, 아메리슘(Am)-베릴륨(Be), 플루토늄(Pu)-베릴륨(Be), 베릴륨(Be)-리튬(Li) 등으로 형성될 수 있다.For this purpose, the spontaneous fission neutron source 110 may include at least one of the following types: neutrons such as californium (Cf) -252, americium-beryllium (Be), plutonium (Pu) beryllium (Be) As shown in FIG.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초기 핵분열 반응을 시작하기 위한 별도의 중성자원을 삽입할 필요가 없게 된다.Thus, according to one embodiment of the present invention, there is no need to insert a separate neutron source to initiate an initial fission reaction.

상기 자발핵분열 중성자원(110)은 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 중심부에 원통형으로 배치될 수 있다.The spontaneous fission neutron source 110 may be disposed in a cylindrical shape at the center of the small modular reactor core 100.

이때, 상기 자발핵분열 중성자원(110)은 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 구현을 위해 소형 모듈화에 맞는 직경 및 높이를 가질 수 있다.At this time, the spontaneous fission neutron source 110 may have a diameter and a height suitable for compact modularization for realizing the compact modular reactor core 100.

상기 핵연료성 물질(120)은 상기 자발핵분열 중성자원(110)의 핵분열에 의해 지속적으로 핵분열성 물질로 변환된다.The fuel material 120 is continuously converted to a fissile material by the fission of the spontaneous fission neutron source 110.

이를 위해, 상기 핵연료성 물질(120)은 우라늄(U)-238, 토륨(Th)-232 등으로 형성될 수 있다.For this purpose, the fuel material 120 may be formed of uranium (U) -238, thorium (Th) -232, or the like.

상기 핵연료성 물질(120)은 상기 자발핵분열 중성자원(110)의 외곽에 배치된다.The fuel material 120 is disposed outside the spontaneous fission neutron source 110.

즉, 상기 자발핵분열 중성자원(110) 및 상기 핵연료성 물질(120)은 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 중심부로부터 반경 방향을 따라 순차적으로 배치된다.That is, the spontaneous fission neutron generator 110 and the nuclear fuel material 120 are sequentially disposed along the radial direction from the center of the small modular reactor core 100.

이때, 상기 자발핵분열 중성자원(110) 및 상기 핵연료성 물질(120)은 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)에 착탈 가능하게 배치될 수 있다.At this time, the spontaneous fission neutron source 110 and the nuclear fuel material 120 may be detachably disposed in the small modular reactor core 100.

여기서, 상기 핵연료성 물질(120)은 여러 겹이 서로 탈착 가능하게 겹쳐져 배치될 수 있다. 또한, 상기 핵연료성 물질(120)은 상기 여러 겹의 일부 또는 전부가 서로 다른 두께를 가질 수 있다.Here, the fuel material 120 may be arranged so that a plurality of layers are mutually superimposed on each other. In addition, the fuel material 120 may have a thickness different from that of some or all of the multiple plies.

상기 착탈의 방식은 슬라이딩 끼움 방식이 바람직하며, 상기 자발핵분열 중성자원(110)과 상기 핵연료성 물질(120) 중 어느 하나에 슬라이딩 돌기가 형성되고, 다른 하나에 슬라이딩 돌기가 활주되어 끼워지는 슬라이딩 홈이 형성될 수 있다.The sliding attachment method is preferable for the attachment and detachment. The sliding protrusion is formed on one of the spontaneous fission neutron source 110 and the nuclear fuel material 120, and the sliding protrusion is slidably inserted into the other one of the sliding protrusions. Can be formed.

또 달리, 상기 착탈의 방식은 상기 슬라이딩 결합 방식 이외에, 스크류 결합 방식 등, 상기 자발핵분열 중성자원(110)과 상기 핵연료성 물질(120)이 착탈 가능하게 결합되는 다양한 방식을 포함할 수 있다.Alternatively, the attachment and detachment method may include various methods in which the spontaneous fission neutron source 110 and the fuel material 120 are detachably coupled, such as a screw coupling method, in addition to the sliding coupling method.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 상기 자발핵분열 중성자원(110)과 상기 핵연료성 물질(120)을 착탈 가능하게 구성함으로써, 반경 방향으로의 원자로 노심 크기를 자유로이 설계할 수 있도록 한다.As described above, in one embodiment of the present invention, the spontaneous fission neutron source 110 and the nuclear fuel material 120 are detachably installed, so that the size of the reactor core in the radial direction can be freely designed.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 요구되는 출력에 따라 이러한 자발핵분열 중성자원(110)과 핵연료성 물질(120)을 확대 또는 축소할 수 있는 설계의 유연성을 가질 수 있다.Thus, according to one embodiment of the present invention, it is possible to have a design flexibility to expand or contract these spontaneous fission neutron sources 110 and the fuel material 120 according to the required output.

한편, 상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)는 상기 자발핵분열 중성자원(110)이 모두 소진되는 경우, 상기 핵연료성 물질(120)에서 상기 핵분열성 물질로 변환된 물질에서 중성자를 지속적으로 방출하여, 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)을 유효 임계도 내로 수명 기간 동안 유지하도록 할 수 있다.When the spontaneous fission neutron sources 110 are exhausted, the continuous fission reactors 110 and 120 continuously discharge neutrons from the material converted into the fissile material from the fuel material 120 , The small modularized reactor core 100 can be maintained within the effective criticality for a lifetime.

여기서, 상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)에 의해 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 반경 방향을 따라 순차적으로 연쇄 반응하는 경우, 상기 유효 임계도는 1을 기준으로 미리 설정된 오차 범위 내의 값을 가질 수 있다.Here, when the chain reaction is sequentially performed along the radial direction of the small modular reactor core (100) by the chain fission reactors (110, 120), the effective threshold is set to a value within a predetermined error range based on 1 Lt; / RTI >

또 달리, 본 발명의 일 실시예에서는 제어봉을 인출하거나 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)을 상기 외부 반사체(130)로 둘러싸인 중심 영역으로 서서히 이동하여 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 임계도를 유효 임계도 내로 유지할 수 있다.Alternatively, in an embodiment of the present invention, the control rod may be pulled out or the small modularized reactor core 100 may be slowly moved to a central region surrounded by the external reflector 130 to improve the criticality of the small modularized reactor core 100 It can be kept within a criticality.

상기 중성자 반사체(130)는 상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)의 외곽에 배치된다. 구체적으로, 상기 중성자 반사체(130)는 상기 자발핵분열 중성자원(110) 및 상기 핵연료성 물질(120)을 완전히 둘러싸도록 형성될 수 있다.The neutron reflector 130 is disposed outside the chain fission reactors 110 and 120. Specifically, the neutron reflector 130 may be formed to completely surround the spontaneous fission neutron source 110 and the fuel material 120.

상기 중성자 반사체(130)는 상기 핵분열의 연쇄 반응 시 방출되는 중성자속을 상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)로 리턴(return)시키는 역할을 할 수 있다.The neutron reflector 130 may return neutrons emitted during the chain reaction of the fission to the fission reactors 110 and 120.

이를 위해, 상기 중성자 반사체(130)는 흑연(Graphite), 베릴륨(Be) 등으로 형성될 수 있다.For this purpose, the neutron reflector 130 may be formed of graphite, beryllium (Be), or the like.

다시 말해, 상기 중성자 반사체(130)는 흑연, 베릴륨 등으로 형성됨으로써, 상기 핵분열의 연쇄 반응 시 방출되는 중성자속을 상기 연쇄 핵분열 반응부(110, 120)로 리턴시킬 수 있다.In other words, the neutron reflector 130 is formed of graphite, beryllium, or the like, so that the neutron flux emitted upon the chain reaction of the fission can be returned to the fission reaction units 110 and 120.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 중성자 반사체(130)를 통해 상기 중성자속의 누출을 줄일 수 있다.Thus, according to an embodiment of the present invention, leakage of the neutron flux through the neutron reflector 130 can be reduced.

상기 외부 공기층(140)은 상기 중성자 반사체(130)의 사방을 둘러싸도록 형성될 수 있다.The outer air layer 140 may surround the neutron reflector 130.

상기 외부 공기층(140)은 상기 자발핵분열 중성자원(110)의 핵분열에 의해 발생되는 방사선을 차폐하는 역할을 할 수 있다.
The outer air layer 140 may shield the radiation generated by the fission of the spontaneous fission neutron source 110.

도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 노심 유효 임계도 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing the result of the core effective threshold according to the embodiment of the present invention and the comparative example.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 모듈화 원자로 노심(100)은 적절한 위치(중심부)에 소량의 자발핵분열 중성자원(110)을 설치하고, 그 주위에 핵연료성 물질(120)를 배치함으로써, 상기 자발핵분열 중성자원(110)의 자발적 핵분열에 의해 핵분열 연쇄 반응을 지속으로 일으키게 설계한다.2 and 3, a small modularized reactor core 100 according to an embodiment of the present invention includes a small amount of spontaneous fission neutron source 110 at a proper position (central portion) By arranging the material 120, the spontaneous fission of the spontaneous fission neutron source 110 is designed to sustain the fission chain reaction continuously.

이에 따라, 상기 핵연료성 물질(120)이 설정된 기준 이상으로 충분히 전환되기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 1로부터 설정된 오차 범위에 포함되는 유효 임계도(실시예)를 유지하면서, 핵분열 연쇄 반응을 유지할 수 있다.Accordingly, the fuel material 120 is sufficiently converted to a predetermined standard or more, and therefore, as shown in FIG. 4, while maintaining the effective criticality (example) included in the error range set from 1, Lt; / RTI >

또한, 상기 자발핵분열 중성자원(120)이 모두 소진되는 경우, 상기 핵연료성 물질(110)에서 상기 핵분열성 물질로 변환된 물질에서 중성자를 지속적으로 방출할 수 있다. 이로써, 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)은 유효 임계도 내로 수명 기간 동안 오랫동안 상기 핵분열 연쇄 반응을 유지할 수 있다.In addition, if the spontaneous fission neutron source 120 is exhausted, the neutron can be continuously released from the material converted from the nuclear fuel material 110 into the fissile material. Thereby, the small modularized reactor core (100) can maintain the fission chain reaction for a long period of time within an effective criticality.

정리하자면, 실시예의 경우, 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 중심부로부터 반경 방향을 따라 상기 자발핵분열 중성자원(110) 및 상기 핵연료성 물질(120)이 순차적으로 배치되고, 상기 자발핵분열 중성자원(110)의 핵분열에 의해 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 중심부로부터 핵분열이 연쇄적 또는 지속적으로 발생되도록 함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 소형 모듈화 원자로 노심(100)의 유효 임계도가 1 근처가 되도록 유지할 수 있다.The spontaneous fission neutron source 110 and the fuel material 120 are sequentially disposed along the radial direction from the center of the small modularized reactor core 100 and the spontaneous fission neutron source 110 so that the effective criticality of the small modularized reactor core 100 as shown in Figure 4 is close to 1, as shown in Figure 4, . ≪ / RTI >

반면, 도 4에 도시된 비교예의 경우, 종래의 원자로 노심에서, 방사 시간에 따른 노심 유효 임계도 결과를 나타낸 것인데, 상기 실시예와는 달리 유효 임계도가 1 근처로 유지되지 않는 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, in the case of the comparative example shown in FIG. 4, the core effective criticality according to the spinning time is shown in the conventional reactor core, but unlike the embodiment, the effective criticality is not maintained close to 1 .

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

110: 자발핵분열 중성자원
120: 핵연료성 물질
130: 중성자 반사체
140: 외부 공기층110: Spontaneous fission neutron source
120: Nuclear fuel material
130: Neutron reflector
140: outer air layer

Claims (11)

스스로 핵분열을 일으키는 자발핵분열 중성자원, 및 상기 자발핵분열 중성자원의 핵분열에 의해 지속적으로 핵분열성 물질로 변환되는 핵연료성 물질을 포함하는 연쇄 핵분열 반응부; 및
상기 연쇄 핵분열 반응부의 외곽에 배치되고, 상기 핵분열의 연쇄 반응 시 방출되는 중성자속을 상기 연쇄 핵분열 반응부로 리턴시키는 중성자 반사체를 포함하며,
상기 연쇄 핵분열 반응부는 상기 자발핵분열 중성자원 및 상기 핵연료성 물질이 원자로 노심의 중심부로부터 반경 방향을 따라 순차적으로 배치되고,
상기 자발핵분열 중성자원은 캘리포늄(Cf)-252, 아메리슘(Am)-베릴륨(Be), 플루토늄(Pu)-베릴륨(Be), 베릴륨(Be)-리튬(Li) 중 적어도 하나로 형성되고, 상기 핵연료성 물질은 우라늄(U)-238, 토륨(Th)-232 중 적어도 하나로 형성되며,
상기 중성자 반사체는 흑연(Graphite), 베릴륨(Be) 중 적어도 하나로 형성되고,
상기 연쇄 핵분열 반응부는 상기 자발핵분열 중성자원이 모두 소진되는 경우, 상기 핵연료성 물질에서 상기 핵분열성 물질로 변환된 물질에서 중성자를 지속적으로 방출하여, 상기 원자로 노심을 유효 임계도 내로 수명 기간 동안 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
A sequential fission reactor including an autogenous fission neutron source that causes self-fission and a fuel material that is continuously converted into a fissile material by fission of the spontaneous fission neutron source; And
And a neutron reflector disposed on the outer side of the chain fission reaction unit and returning a neutron flux emitted upon the chain reaction of the fission to the chain fission reaction unit,
Wherein the sequential fission reactors are arranged such that the spontaneous fission neutron sources and the nuclear fuel materials are sequentially disposed along the radial direction from the center of the reactor core,
Wherein the spontaneous fission neutron source is formed of at least one of californium (Cf) -252, amerium (Am) - beryllium (Be), plutonium (Pu) - beryllium (Be), beryllium (Be) The fuel material is formed of at least one of uranium (U) -238, thorium (Th) -232,
The neutron reflector is formed of at least one of graphite and beryllium (Be)
The chain fission reactor continuously discharges the neutrons from the nuclear fissionable material converted into the fissile material when the spontaneous fission neutron source is exhausted, thereby maintaining the reactor core within the effective criticality within the lifetime A small modularized reactor core using a spontaneous fission neutron source.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 자발핵분열 중성자원 및 상기 핵연료성 물질은
상기 원자로 노심에 착탈 가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
The method according to claim 1,
The spontaneous fission neutron source and the nuclear fuel material
Wherein the reactor core is detachably disposed in the reactor core, and a small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source.
제3항에 있어서,
상기 핵연료성 물질은
상기 자발핵분열 중성자원의 외곽에 배치되되, 여러 겹이 서로 탈착 가능하게 겹쳐져 배치되는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
The method of claim 3,
The fuel material
Wherein a plurality of layers are disposed on the outer periphery of the spontaneous fission neutron source so that the plurality of layers are mutually superimposed so as to be detachable from each other.
제4항에 있어서,
상기 핵연료성 물질은
상기 여러 겹의 일부 또는 전부가 서로 다른 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
5. The method of claim 4,
The fuel material
Characterized in that some or all of the multiple layers have different thicknesses. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI > small modularized reactor core using spontaneous fission neutron sources.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 원자로 노심은
원통형 또는 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
The method according to claim 1,
The reactor core
Wherein the reactor core is formed in a cylindrical or spherical shape. The small modularized reactor core using the spontaneous fission neutron source.
제1항에 있어서,
상기 중성자 반사체의 사방을 둘러싸도록 형성되고, 상기 자발핵분열 중성자원의 핵분열에 의해 발생되는 방사선을 차폐하는 외부 공기층
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심.
The method according to claim 1,
An outer air layer which is formed so as to surround all sides of the neutron reflector and shields radiation generated by the fission of the spontaneous fission neutron source;
Wherein the modularized reactor core comprises a spontaneous fission neutron source.
제1항, 제3항 내지 제5항, 제9항 및 제10항 중 어느 한 항에 따른 자발핵분열 중성자원을 이용한 소형 모듈화 원자로 노심을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.A reactor comprising a small modular reactor core using spontaneous fission neutron sources according to any one of claims 1, 3 to 5, 9 and 10.
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