KR101887782B1 - 코발트 다발의 노심장전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명 과제의 해결 수단은 중수발전소의 코발트 다발을 노심에 장전하는 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하는 단계를 포함하되, 코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 다발을 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자고출력계통 출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위해 노심 장전 패턴을 설계하는 단계 및 연료 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 장전패턴을 설계하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발 설계 방법에 관한 것이다.

Description

코발트 다발의 노심장전방법{Loading pattern of Cobalt Bundle}

본 발명은 코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 연료를 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자 고출력계통출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위한 코발트다발의 노심장전 방법으로, 원자로 정지계통과 연계되어 유량측정이 이루어지는 채널에는 저유량 트립 계통에 영향이 예상되므로 코발트다발 장전채널에서 제외하고, 원자로 정지계통과 연계된 중성자고출력계통 계측기가 위치하고 있는 주변 채널은 코발트 장입연료다발 교체 시에 일시적인 과출력 신호를 유발시킬 수 있으므로 제외하며, 기준출력 변동이 없도록 설계하고, 12다발 내 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 기존에 사용하는 8다발 교체방식이 아닌 12다발 교체 방식으로 설계된 코발트다발의 노심장전 방법에 관한 것이다.

중수로 연료는 도 1에 도시된 바와 같이 37개 봉으로 구성되어 있으며, 전체가 U-235로 0.72%의 자연우라늄으로 구성되어 있다.

전체 다발수는 4560개이며, 380개 채널에 12개씩 장전되어 있다. 경수가 중수에 비해 중성자흡수가 강해 냉각재와 감속재 모두 중수를 사용해야만 임계유지가 되며, 매일 약 16다발을 교체하여 주어야만 임계유지가 된다.

종래 중수로 원전을 이용한 코발트 생산 방법은 원자로 정상 운전기간 중에는 원자로 내에 인입되어있는 조절봉에 Co-59 동위원소를 장입하여 원자로 운전기간 동안 중성자 조사로 Co-60를 생산한다.

Co-59를 중수로 원자로에서 중성자 조사시키면 Co-60이 생산되며, 이는 산업체 멸균조사용 동위원소로 활용되고 있다.

코발트 심(Pencil) 형태로 장입되어 방사화된 코발트심은 원자로 정비기간 중에 조절봉을 인출하고 장입되어있는 코발트 심을 빼내는 과정이 수반되며 해당 과정 중에 작업종사자가 방사능에 노출된다.

조절봉의 삽입 및 인출은 원자로 정비기간 등의 정해진 시간에만 가능한 작업으로 코발트 생산일자에 유동성이 없다.

중수로 연료다발은 37개 연료봉내에 이산화우라늄이 펠렛 형태로 장입되어 있으며 [도 1]과 같이 380개 연료채널에 각 채널당 12개의 연료다발을 장전해서 운전한다.

주기적으로 매일 혹은 매주 연료다발을 교체하며 운전한다.

국내 중수로 연료다발 교체는 12개 다발위치를 가지는 1개 채널에 8개 다발 씩 교체되어 1~4번 위치에 연료다발은 연료교체 시 9~12번 위치로 이동해 다음 연료교체까지 2번 연소된다.

관련된 일본공개특허공보 특개2011-7733은 감마선 및 중성자선 조사 장치가 개시되어 있고, 일본공개특허공보 특개2013-140136에는 원자로(10) 내에서 조사 대상 물체에 중성자 조사를 통해서 동위원소의 재료를 변환하는 조사대상(250)을 이송 및 회수하기 위한 시스템에 대해 개시되어 있으나, 이와 대비되는 본 발명은 원자로의 기준출력에는 변동이 없도록 설계하면서, 12다발 내 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 기존에 사용하는 8다발 교체방식이 아닌 12다발 교체 방식으로 설계된 코발트다발의 노심장전 방법이므로 선행발명들과 대비하여 구성의 곤란성이 현저하며, 이에 따른 상승된 작용효과가 있으므로 선행기술 1,2와 대비하여 구성 및 작용효과에서 현저한 차이가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중수발전소의 코발트 연료 다발과 동일하게 중수로 핵연료 다발에 코발트 다발을 주입하여 중수로 원자로에서 중성자 조사시키면 Co-59가 Co-60로 개질되어 Co-60 생산이 용이하도록 하는데 있다.

또한, 본 발명은 노심출력분포를 기존과 동일하게 유지하면서 생산된 코발트 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험이 감소되는 등의 Co-60 동위원소 생산에 유리한 점이 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 중수발전소의 코발트 다발을 노심에 장전하는 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하는 단계를 포함하되, 코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 다발을 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자고출력계통 출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위해 노심 장전 패턴을 설계하는 단계 및 연료 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 장전패턴을 설계하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발의 노심장전방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로 특정 위치는 생산된 코발트 Co-60의 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험을 감소시키 위하여 12 연료 다발의 채널내 2번째와 11번째 다발을 고정하여 장전하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발의 노심장전방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 해당하는 채널 연료교체 방법을 12 다발 교체 방식이 되도록 설계하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발의 노심장전방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단으로, 12 다발내 특정 위치에 장전되어 코발트 Co-59에서 코발트 Co-60으로 개질된 코발트 다발은 사용후핵연료와 동일한 경로의 연료교체방식으로 방출하는 단계를 포함하는 코발트 다발의 노심장전방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 중수발전소의 코발트 다발 설계 방법으로 중수로 핵연료 다발에 중수발전소의 코발트 다발(Co-59)를 주입하여 중수로 원자로에서 중성자 조사시키면 Co-59가 Co-60로 개질되어 Co-60 생산이 보다 용이하게 생산할 수 있도록 하는 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 노심출력분포를 기존과 동일하게 유지하면서 생산된 코발트 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험이 감소되는 등의 Co-60 동위원소 생산에 유리한 상승된 효과가 있다.

도 1은 중수로 연료가 채널에 장전된 모양을 도시한 것이다.
도 2는 노심내 코발트 다발 장전채널 패턴(E03/E20/S03/S20)에 대한 채널출력 영향평가1)를 도시한 것이다.(오차 = (정상다발-코발트다발)/정상다발 * 100(%))
도 3는 노심내 코발트 다발 장전채널 패턴(B06/B17/V06/V17)에 대한 채널출력 영향평가를 도시한 것이다.(오차 = (정상다발-코발트다발)/정상다발 * 100(%))
도 4는 채널내 코발트 다발 장전방안을 도시한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.

작업종사자의 방사능 노출시간을 줄이고 동일한 양의 코발트 동위원소를 생산하기 위해 원자로 내부에서 중성자 조사시키는 방법이다.

연료교체방식으로 방출된 코발트 장입다발은 일반 사용후핵연료와 동일한 경로를 통해 사용후연료저장조에 위치하도록 구성된다.

사용후연료저장조에 코발트 장입다발은 차폐용기에 안전하게 포장하여 생산된 Co-60 가공시설로 이송된다. 생산된 코발트 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험이 감소된다.

본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.

<실시 예>

본 발명에 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.

도 1은 중수로 연료가 채널에 장전된 모양을 도시한 것이다.

도 2는 노심내 코발트 다발 장전채널 패턴(E03/E20/S03/S20)에 대한 채널출력 영향평가1)를 도시한 것이다.(오차 = (정상다발-코발트다발)/정상다발 * 100(%))

도 3는 노심내 코발트 다발 장전채널 패턴(B06/B17/V06/V17)에 대한 채널출력 영향평가를 도시한 것이다.(오차 = (정상다발-코발트다발)/정상다발 * 100(%))

도 4는 채널내 코발트 다발 장전방안을 도시한 것이다.

본 발명은 중수로를 이용한 코발트 Co-60의 생산 방법이다.

본 발명은 코발트가 장입된 코발트다발을 이산화우라늄이 장입된 연료다발 대신 장전하고 연료교체로 방출되기 전까지 원자로 내에서 Co-59에 중성자 조사되도록 하는 것이다.

본 발명은 코발트 다발을 노심에 장전함에 있어 운전원 취급혼란을 방지하기 위해 도 4에서와 같이 채널내 2번째와 11번째 다발을 고정하여 장전함으로서 생산된 코발트 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 연료 다발에 코발트 Co-59를 장입하되, 코발트 장입 연료다발이 설계출력 및 원자로 안전성에 해가 되지 않도록 하기 위해서는 발전소 운영 제한사항이 검토되어야 한다.

중수로 연료다발의 교체는 중수로 노심의 설계출력을 유지하기 위해 원자로의 노심출력분포를 고려하여 발전소 노심관리원이 선택하여 교체 채널을 결정한다.

원자로 정지계통과 연계되어 유량측정이 이루어지는 채널에는 저유량트립계통에 영향이 예상되므로 장전채널에서 제외하는 것이 바람직하다.

원자로 정지계통과 연계된 중성자고출력계통 계측기가 위치하고 있는 주변 채널은 코발트 장입연료다발 교체 시에 일시적인 과출력신호를 유발시킬 수 있으므로 제외하고 [도 2, 3]과 같이 노심장전 패턴을 설계하는 것이 바람직하다.

노심장전 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하고, 12다발 내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 도 4와 같이 장전패턴을 설계하는 것이 바람직하다.

12 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 해당하는 채널 연료교체 방법은 기존에 사용하는 8 다발 교체방식이 아닌 12다발 교체 방식이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 코발트 다발의 노심장전방법의 기술적 구성을 보다 구체적으로 살펴본다.

코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 연료를 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자고출력계통 출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위해 도 2, 3 과 같이 노심 장전 패턴을 설계하는 단계를 포함한다.

노심장전 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하는 단계를 포함한다.

12 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 도 4에서와 같이 장전패턴을 설계하는 단계를 포함한다.

상기 특정 위치는 생산된 코발트 Co-60의 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험을 감소시키 위하여 12 다발의 채널내 2번째와 11번째 다발을 고정하여 장전하는 단계를 포함한다.

상기와 같이 12 다발 내 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 해당하는 채널 연료교체 방법을 종래 사용하는 8다발 교체방식이 아닌 12 다발 교체 방식이 되도록 설계하는 단계를 포함한다.

12 다발내 특정 위치에 장전되어 코발트 Co-60이 생성된 코발트 다발은 연료교체방식으로 방출된 일반 사용후핵연료와 동일한 경로를 통해 사용후연료저장조에 위치하도록 하는 단계를 포함한다.

즉, 본 발명은 중수발전소의 코발트 다발을 노심에 장전하는 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하는 단계를 포함하되, 코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 다발을 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자고출력계통 출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위해 노심 장전 패턴을 설계하는 단계 및 연료 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 장전패턴을 설계하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명은 생산된 코발트 Co-60의 인출과정이 단순하고 작업자가 방사능에 노출되는 위험을 감소시키 위하여 12 연료 다발의 채널내 2번째와 11번째 다발을 고정하여 장전하는 단계를 포함한다.

본 발명은 특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 해당하는 채널 연료교체 방법을 12 다발 교체 방식이 되도록 설계하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 12 다발내 특정 위치에 장전되어 코발트 Co-59에서 코발트 Co-60으로 개질된 코발트 다발은 사용후핵연료와 동일한 경로의 연료교체방식으로 방출하는 단계를 포함한다.

본 발명 과제의 해결 수단은 중수발전소의 코발트 다발을 노심에 장전하는 패턴을 설계함에 있어 기준출력 변동이 없도록 설계하는 단계를 포함하되, 코발트 다발을 노심에 장전하여 원하는 시점에 코발트 다발을 방출하여 운반 및 활용을 위해 노심출력분포를 최소화하고 중성자고출력계통 출력감소 및 평가를 재수행하지 않기 위해 노심 장전 패턴을 설계하는 단계 및 연료 다발내 특정 위치에 코발트 다발이 장전되어 운전원 혼란이 없도록 장전패턴을 설계하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발의 노심장전방법을 제공하여 주기적으로 Co-60동위원소를 보다 용이하게 생산할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (4)

1. 중수발전소에서 코발트 Co-59에서 코발트 Co-60으로 개질을 위한 코발트 다발의 노심장전방법에 있어서,
   특정 위치에 코발트 다발이 항상 장전되어 운전원 혼란이 없도록 하기 위해 해당하는 채널 연료교체 방법을 12 다발 교체 방식으로 설계하는 단계;
   생산된 코발트 Co-60의 인출과정을 단순하면서 작업자가 방사능에 노출되는 위험을 감소시키기 위하여 12 연료 다발의 채널내 2번째와 11번째로 위치를 특정하여 다발을 장전하는 단계; 및
   12 다발내 특정 위치에 장전되어 코발트 Co-59에서 코발트 Co-60으로 개질된 코발트 다발은 사용후 핵연료와 동일한 경로의 연료교체방식으로 방출하는 단계를 포함하는 중수발전소의 코발트 다발의 노심장전방법.
   
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