KR101925087B1 - 용융 염 원자로에서의 반응성 제어 - Google Patents
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Abstract
용융 염 핵분열 원자로의 반응성을 제어하는 방법. 상기 용융 염 핵분열 원자로는 노심(core) 및 냉각제 탱크(101)를 포함하며, 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브(103)를 포함하고, 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 함유하며, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제 탱크에 침지된다. 상기 방법은 상기 용융 염 냉각제에 중성자 흡수 화합물을 용해시키는 단계를 포함하고, 상기 중성자 흡수 화합물은 할로겐 및 중성자 흡수 원소를 포함한다.
제1 방법은 상기 중성자 흡수 화합물을 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키는 단계를 더 포함하고, 상기 할로겐은 불소 또는 염소이고, 상기 불용성 물질은 원자로의 작동 동안 냉각제의 온도에서 비휘발성이다.
제2 방법에서, 상기 하나 이상의 중성자 흡수 화합물은 중성자의 흡수로 인한 하나 이상의 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 용량의 감소가 노심에서 핵분열 속도를 제어하기 위해 노심의 반응성의 저하를 보상하도록 선택된다.
상기 방법을 구현하기 위한 장치가 또한 제공된다.
제1 방법은 상기 중성자 흡수 화합물을 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키는 단계를 더 포함하고, 상기 할로겐은 불소 또는 염소이고, 상기 불용성 물질은 원자로의 작동 동안 냉각제의 온도에서 비휘발성이다.
제2 방법에서, 상기 하나 이상의 중성자 흡수 화합물은 중성자의 흡수로 인한 하나 이상의 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 용량의 감소가 노심에서 핵분열 속도를 제어하기 위해 노심의 반응성의 저하를 보상하도록 선택된다.
상기 방법을 구현하기 위한 장치가 또한 제공된다.
Description
본 발명은 용융 염 핵분열 원자로에서의 핵분열 반응의 제어에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 원자로에서 중성자 흡수의 속도를 제어하는 가역적 방법에 관한 것이다.
용융 염 핵분열 원자로는 핵분열성 물질이 용융 할라이드 염, 일반적으로 염화물 또는 불화물의 형태로 존재하는 것이다. 그러한 원자로의 신규한 설계가 GB 2508537에 기술되어 있으며, 그에 따르면 용융 연료 염은 냉각제(coolant)로서 작용하는 제2 용융 염에 의해 둘러싸인 튜브 내에 유지되어 있다. 그러한 원자로의 반응성 제어로는 반응성의 부 온도 계수(negative temperature coefficient)를 이용하여 중성자 흡수 제어 봉의 사용 또는 냉각제 염에 중성자 흡수 물질인 불화 유로퓸 또는 불화 카드뮴을 첨가함에 의해 원자로를 임계치 이하가 되도록 고온을 허용하는 것이 제안되었다.
불화 유로퓸 및 불화 카드뮴 모두 냉각제 염에 첨가되는 중성자 독(neutron poison)으로 사용하는 데에 심각한 한계가 있다. 유로퓸은 또한 지르코늄과 같은 덜 전기음성적인 냉각제 염 성분의 환원 없이는 전기적으로 또는 화학적으로 불화물의 금속으로의 환원이 불가능한 강한 전기음성적 금속이다. 카드뮴은 GB 2508537에 설명된 바와 같이, 금속으로 환원되기가 상대적으로 쉽지만, 생성된 금속은 냉각제 염의 온도에서 매우 휘발성이고 독성이기 때문에 원자로와 관련하여 복잡하고 값비싼 특별한 취급이 요구될 것이다.
유로퓸 및 카드뮴은 또한 중성자 독으로 더 일반적으로 사용되는 붕소(boron)보다 고속 중성자에 대해 실질적으로 더 적은 흡수 단면적을 가지므로 덜 유용적이다.
기존의 수냉 및 감속 원자로는 반응성을 줄이기 위해 물에 첨가된 붕산 나트륨을 사용하는데, 이는 필요에 따라 물에서 붕산염(borate)이 쉽게 제거되는 이점을 갖는다. 따라서, 유사한 방법이 GB 2508537에 기술된 융융 염 원자로에 대해 이용될 수 있는 큰 이점이 있지만, 붕산염은 냉각제의 융융 염과 화학적으로 상용성이 없다. 제어 물질로서 붕소의 사용은 붕소가 고속 중성자 스펙트럼에서도 높은 중성자 흡수 단면적을 가지기 때문에 고속 스펙트럼 원자로에서 특히 중요하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 용융 염 핵분열 원자로의 반응성을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 용융 염 핵분열 원자로는 노심(core) 및 냉각제 탱크를 포함하며, 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하고, 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 함유하며, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제 탱크에 침지된다. 상기 방법은 상기 용융 염 냉각제에 할로겐 및 중성자 흡수 원소를 포함하는 중성자 흡수 화합물을 용해시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 중성자 흡수 화합물을 불소 또는 염소인 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키는 단계를 더 포함하고, 상기 불용성 물질은 원자로의 작동 동안 냉각제의 온도에서 비휘발성이다.
본 발명의 추가적인 일 측면에 따르면, 용융 염 핵분열 원자로의 반응성을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 용융 염 핵분열 원자로는 노심(core) 및 냉각제 탱크를 포함하며, 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하고, 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 함유하며, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제 탱크에 침지된다. 상기 방법은 상기 용융 염 냉각제에 하나 이상의 중성자 흡수 화합물을 용해시키는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 중성자 흡수 화합물은 중성자의 흡수로 인한 하나 이상의 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 용량의 감소가 노심에서 핵분열 속도를 제어하기 위해 노심의 반응성의 저하를 보상하도록 선택된다. 상기 중성자 흡수 화합물은 할로붕산염(haloborate)일 수 있고, 상기 할로붕산염은 불화붕산염(fluoroborate) 또는 염화붕산염(chloroborate)일 수 있다.
또한, 본 발명의 추가적인 일 측면에 따르면, 핵분열 원자로에서 사용하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 유입구, 혼합 챔버, 여과 유닛, 출구, 및 펌프를 포함한다. 상기 유입구는 핵분열 원자로의 냉각제 염의 풀(pool)에 잠기도록 구성된다. 상기 혼합 챔버는 냉각제 염 내의 중성자 흡수 화합물을 상기 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질, 및 염으로 환원시키기 위해 유입구를 통해 유입된 냉각제와 환원제를 혼합하도록 구성된다. 상기 여과 유닛은 상기 냉각제 염으로부터 상기 불용성 물질을 여과하도록 구성된다. 상기 출구는 상기 여과된 냉각제 염을 냉각제 염의 풀로 회수하도록 구성된다. 상기 펌프는 냉각제 염을 상기 출구를 통해 상기 풀로부터 상기 혼합 챔버 내로 흐르게 한 후, 여과 유닛 내로 흐른 후, 상기 출구의 외부로 흐르게 하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 추가적인 일 측면에 따르면, 핵분열 원자로에서 작동하도록 구성된 장치가 제공된다. 상기 장치는 애노드, 캐소드, 및 전압 조정기를 포함한다. 상기 애노드 및 캐소드는 각각 핵분열 원자로의 냉각제 염에 잠기도록 구성된다. 상기 전압 조정기는 상기 냉각제 염의 중성자 흡수 화합물을 전해시키는 데 충분하고, 상기 냉각제 염의 다른 성분을 전해시키는 데 불충분한 전압을 상기 애노드 및 캐소드 사이에 공급하도록 구성된다.
또한, 본 발명의 추가적인 일 측면에 따르면, 핵분열 원자로가 제공된다. 상기 핵분열 원자로는 노심, 냉각제 탱크, 중성자 흡수제 첨가 유닛, 및 환원 유닛을 포함한다. 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함한다. 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 함유하며, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제에 침지된다. 상기 중성자 흡수제 첨가 유닛은 중성자 흡수 화합물을 상기 용융 염 냉각제에 용해시키도록 구성되며, 상기 중성자 흡수 화합물은 할로겐 및 중성자 흡수 원소를 포함한다. 상기 환원 유닛은 상기 중성자 흡수 화합물을 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키도록 구성되며, 상기 할로겐은 불소 또는 염소이고, 상기 불용성 물질은 원자로의 작동 동안 상기 냉각제의 온도에서 비휘발성이다.
추가적인 측면 및 바람직한 특징이 종속항들에 정의된다.
몇몇 바람직한 구현예가 첨부된 도면을 참조하여, 오직 예시의 방법으로서 기재되며, 상기 도면에서:
도 1은 중성자 흡수제를 제거하기 위한 전기화학적 메커니즘을 포함하는 원자로의 단면이다; 및
도 2는 중성자 흡수제를 제거하기 위한 화학적 메커니즘을 포함하는 원자로의 단면이다.
도 1은 중성자 흡수제를 제거하기 위한 전기화학적 메커니즘을 포함하는 원자로의 단면이다; 및
도 2는 중성자 흡수제를 제거하기 위한 화학적 메커니즘을 포함하는 원자로의 단면이다.
본 문서에서 사용된, 하기의 용어는 화학 분야에서 표준인, 다음의 의미를 갖는다:
원소: 단일 유형의 원자(화합물의 구성 원소를 설명하기 위해 사용될 때) 또는 단일 유형의 원자로부터 형성된 화학 물질(물질을 설명하기 위해 사용될 때).
화합물: 전기적 힘에 의해 서로 결합된 두 개 이상의 상이한 원소를 포함하는 화학 물질.
물질: 물리적 분리(즉, 화학 결합의 파괴 없이)에 의해 구성 원소로 분리될 수 없는 화학 물질, 예를 들어, 화합물, 합금 또는 원소 물질(혼합물을 포함하지 않음).
핵반응의 반응성의 감소는 반응성의 임시 제어를 목적으로, 예를 들어 핵분열이 진행됨에 따라 떨어질 것으로 예상되는 초기의 높은 반응성 및 반응성의 완전 차단을 보상할 수 있다.
이것은 중성자 흡수 물질을 상기 냉각제 염에 첨가함으로써 달성될 수 있다. 상기 물질은 냉각제 염에 용해되어야 한다. 반응성의 임시 제어가 요구되는 경우, 예를 들어 소위 "반응성 심(reactivity shim)"으로 작용하는 경우, 중성자를 흡수한 후에 중성자 흡수 특성이 감소된 중성자 흡수 물질을 사용하여 상기 중성자 흡수제를 점진적으로 파괴할 수 있다. 그러한 흡수제는 종종 가연성 독(burnable poison)으로 불린다. 오래 지속되는 중성자 독이 필요한 곳에서는, 상기 독에 의한 중성자 흡수의 생성물이 또한 중성자 독인 느리게 연소하는 독(slow burning poison)이 사용될 수 있다. GB 2508537 A에 기술된 상기 원자로에서, 냉각제 염에 지르코늄 불화물의 하프늄 오염이 느리게 연소하는 독으로 작용하였다. 첨가된 가연성 독의 양은 상기 독에 의한 중성자 흡수의 감소가 노심의 반응성의 점진적인 저하를 보상하여, 원자로의 수명 주기 동안 첨가되는 추가 반응성 물질 또는 추가 중성자 독에 대한 필요성을 완화하거나 제거하기 위해 조정될 수 있다.
이러한 방법으로 카드뮴 및 유로퓸 염을 사용하는 것이 원자로의 폐쇄에 효과적이지만, 비-응급 상황에서의 사용은 문제가 된다. 유로퓸 및 하프늄은 매우 반응성이 강한 금속이며, 또한 지르코늄과 같은, 냉각제에서의 주요 염을 금속성 형태로 환원시키지 않고 환원에 의해 냉각제 염으로부터 쉽게 제거될 수 없다. 카드뮴은 금속으로 쉽게 환원되지만, 냉각제 염의 온도에서, 금속 카드뮴은 매우 휘발성이고 독성이기 때문에 핵 원자로의 환경에서 어려울 수 있는 전문적인 관리를 요구한다.
따라서, 상기 냉각제로부터 상기 중성자 독의 차후의 제거가 유용한 경우, 상기 냉각제에 물질을 첨가함으로써 상기 원자로의 반응성을 제어하는 보다 실용적인 방법이 필요하다.
두 그룹의 화학 물질이 이 작업을 할 수 있는 것으로 발견되었다.
첫째로, 화학적 또는 전기 화학적으로 금속성 형태로 쉽게 환원될 수 있고, 강한 중성자 흡수를 가지며, 상기 원자로의 온도에서 고형물 또는 비 휘발성 액체인 금속을 형성할 수 있는 상대적으로 비반응성인 금속 (파울링(Pauling) 전기음성도> 1.5)의 할라이드 그룹이다. 가돌리늄은 1.81의 전기음성도, 1312℃의 융점 및 열 중성자와 고속 중성자 스펙트럼에 걸쳐 우수한 중성자 흡수를 갖는 이들 원소 중에서 가장 우수하다. 인듐 및 은(silver)도 또한 이 목적을 위한 유용한 할라이드이며, 인듐은 상기 냉각제 염의 온도에서 액체이지만 매우 낮은 증기압을 갖는다.
상기 중성자 독의 제거는 금속성 형태로의 환원에 의한다
불화 지르코늄을 포함하는 냉각제의 경우, 이는 상기 냉각제 염에 지르코늄(zirconium) 금속 또는 이불화 지르코늄을 첨가함으로써 쉽게 달성된다. 사불화 토륨을 포함하는 냉각제 염의 경우, 이것은 토륨(thorium) 금속을 첨가함으로써 수행될 수 있다. 반응성 1족 및 2족 금속을 포함하는 다른 환원제가 또한 사용될 수 있다. 침전된 금속은 그 때 경사법 또는 여과에 의해 제거될 수 있거나 상기 냉각제 탱크의 바닥으로 떨어질 수 있고, 무기한으로 남겨질 수 있다.
상기 금속 염의 화학적 환원에 대한 대안은 전기화학적 환원으로서, 생성된 금속은 전극 위에 퇴적물로서 축적되거나 전극 아래의 용기에 접촉 또는 용기 내에 축적되는 것이 허용되며, 상기 금속은 인듐의 경우과 마찬가지로 상기 원자로의 온도에서 용융된다.
두 번째 그룹의 화학 물질은 사불화붕산 나트륨(또는 다른 1족 금속)이다. 사불화붕산 나트륨은 대부분의 용융 염에서 쉽게 용해된다. 불화 지르코늄계 용융 염의 경우, 상기 염에 붕사(borax)를 첨가하여 반응시켜 사불화붕산 나트륨 및 산화 지르코늄을 생성하는 것에 의해 인시츄(in situ)로 생성될 수 있다. 상기 냉각제 염에 지르코늄 또는 토륨과 같은 반응성 금속을 첨가하면 지르코늄 붕화물(boride) 또는 토륨 붕화물과 같은 붕화물의 형태로 상기 붕소가 침전된다.
나트륨 및 칼륨과 같은 강한 환원성의 금속, 마그네슘 및 칼슘과 같은 중간 반응성의 금속, 및 이트륨, 스칸듐, 지르코늄, 티타늄 및 바나듐과 같은 낮은 반응성의 금속을 포함하여, 충분한 반응성을 갖는 임의의 금속이 사용될 수 있지만, 이미 지르코늄 또는 토륨과 같은 상기 냉각제 염의 성분인 불화물을 갖는 금속은 실질적으로 냉각제 염의 조성을 변화시키지 않는다는 이점을 갖는다. 첨가된 금속이 지르코늄, 바나듐 및 티타늄 디(di) 또는 트리(tri) 할라이드와 같은 반응성이 낮은 원자가 할라이드를 갖는다면, 이는 상기 냉각제 염에서 인시츄(in situ)로 생성되거나 금속 대신 직접적으로 첨가될 수 있는 추가적인 이점이 있다. 이 경우에, 금속 붕화물을 생성하는 반응은 고체 표면상에 추가 반응을 억제하는 붕화물 층을 생성할 수 있는 고체와 액체 사이의 불균일 반응보다는 신속하게 완성되는 용액 반응이다.
그 때, 상기 침전된 붕화물은 여과, 경사법 또는 다른 물리적 공정에 의해 제거될 수 있다.
이들 방법의 특히 유용한 변형은 냉각제 염을 전기화학적으로 환원시킴으로써 사불화 지르코늄 또는 토륨과 같은 냉각제 염에 존재하는 적합한 금속 할라이드에 기초한 붕화물이 사용된 전극 상에 층으로서 형성되도록 하는 것이다. 따라서, 침전된 붕화물의 제거는 단순화되고, 붕소 제거 속도의 매우 정확한 제어가 전기화학적 전류 밀도를 제어함으로써 달성될 수 있다. 전기화학적 전류의 역전은 또한 붕소를 가용성 상태의 상기 냉각제 염으로 되돌리기 위해 사용될 수 있다.
도 1 및 2는 각각 본 발명의 각 구현예에 따른 원자로의 단면을 나타낸다. 양 도면 모두에서, 상기 원자로는 냉각제 염(102)를 함유하는 탱크(101)를 포함한다. 연료 튜브(103)는 상기 냉각제 염 내에 위치하여 상기 원자로의 노심을 형성한다. 열 교환기(104)는 냉각제 염으로부터 상기 열을 회수하고, 유동 배플(flow baffle)(105)은 상기 냉각제 염의 대류를 개선하기 위해 배치된다.
도 1의 상기 원자로는 상기 기술된 바와 같은 중성자 흡수제를 제거하기 위한 전기화학적 메커니즘을 추가적으로 포함한다. 상기 전기화학적 메커니즘은 상기 냉각제 염의 외부에 배치될 수 있는 전압 조정기(1001) 및 상기 냉각제 염 내에 위치된 애노드(1002) 및 캐소드(1003)를 포함한다. 상기 애노드(1002) 및 캐소드(1003)은 서로 끼워진 장방형 플레이트의 스택에 그들 사이의 냉각제 염으로 연결될 수 있다. 상기 전극 조립체(즉, 상기 애노드 및 캐소드)는 전압 조정기(1001)에 전기 접속된 상태로 상기 원자로 탱크 내의 유동 배플 구조물(flow baffle structure) 내에 장착될 수 있다. 상기 기술된 바와 같은 환원성 중성자 흡수 화합물은 그 때 상기 애노드(1002) 및 캐소드(1003)의 양단에 전압을 인가함으로써 상기 중성자 흡수 화합물의 전기분해를 일으키고, 상기 중성자 흡수 화합물의 상기 중성자 흡수 원소를 함유하는 불용성 물질을 상기 캐소드 또는 애노드 상에 형성시킴으로써(상기 중성자 흡수 화합물의 화학적 성질에 따름) 상기 냉각제 염으로부터 제거될 수 있다. 상기 중성자 흡수 원소를 함유하는 상기 불용성 물질은 관련된 전극 상에 침착되고, 상기 중성자 흡수 화합물은 전류의 역전(전기분해의 역전)에 의해 냉각제 염으로 되돌려질 수 있고, 대안적으로, 상기 전극이 추출되고 세정될 수 있고, 상기 중성자 흡수 화합물이 별도로 첨가될 수 있다. 상기 유동 배플은 천공되어 배플 내부의 상기 냉각제 염을 상기 탱크의 잔류물과 혼합할 수 있게 한다.
도 2의 상기 원자로는 상기 기술된 바와 같은 화학적 환원에 의해 중성자 흡수 화합물의 제거를 위한 메커니즘을 포함한다. 상기 메커니즘은 흡기 튜브(2003), 펌프 및 환원제 혼합 장치(2001), 필터(2002), 및 리턴 튜브(2004)를 포함한다. 상기 중성자 흡수 화합물을 포함하는 냉각제 염은 펌프에 의해 흡기 튜브(2003)를 통해 흡입되고, 상기 환원제 혼합 장치(2001)에서 환원제와 혼합된다. 상기 환원제는 상기 중성자 흡수 화합물을 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질 및 상기 비-중성자 흡수 원소를 포함하는 염으로 환원시키기 위해 선택된다. 상기 불용성 물질은 그때 필터(2002)에서 여과된다. 상기 필터(2002)는 예를 들어 원심 필터일 수 있다. 대안적으로 상기 필터(2002)는 침강 탱크, 또는 상기 불용성 물질의 특성에 따른 임의의 다른 적절한 필터일 수 있다. 상기 여과된 냉각제 염은 그때 상기 리턴 튜브(2004)를 통해 상기 원자로 탱크로 반환된다.
상기 기술은 비-중성자 흡수 할로겐으로서 불소의 이용을 언급하였지만, 염소를 사용하는 동일한 공정이 동등하게 유효하다는 것을 이해해야 한다.
Claims (17)
- 용융 염 핵분열 원자로의 반응성을 제어하는 방법으로서,
상기 용융 염 핵분열 원자로는 노심(core) 및 냉각제 탱크(coolant tank)를 포함하며, 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하고, 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 포함하고, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제 탱크에 침지되며,
상기 방법은:
상기 용융 염 냉각제에 할로겐 및 중성자 흡수 원소를 포함하는 중성자 흡수 화합물을 용해시키는 단계; 및
상기 중성자 흡수 화합물을 불소 또는 염소인 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키는 단계를 포함하고,
상기 불용성 물질은 원자로의 작동 동안 상기 냉각제의 온도에서 비휘발성이며,
상기 중성자 흡수 원소는 1.5 초과의 파울링(Pauling) 전기음성도를 가지며 중성자 흡수제인, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 중성자 흡수 화합물을 환원시키는 단계는 상기 용융 염 냉각제에 환원제를 첨가하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 중성자 흡수 화합물을 환원시키는 단계는 상기 중성자 흡수 화합물의 전기화학적 환원을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 냉각제로부터 상기 불용성 물질을 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 불용성 물질을 추출하는 단계는 하기 중 어느 하나 이상을 포함하는, 방법:
상기 냉각제의 상부 또는 하부로부터 상기 불용성 물질을 회수하는 단계;
여과(filtration) 단계;
침강(sedimentation) 단계;
원심분리(centrifugation) 단계;
불활성 가스로 살포(sparging) 단계. - 제3항에 있어서,
상기 냉각제로부터 상기 불용성 물질을 추출하는 단계를 더 포함하고,
상기 불용성 물질을 추출하는 단계는 전극 상에 상기 불용성 물질의 수집을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중성자 흡수 화합물은 금속 할라이드이고, 상기 중성자 흡수 원소는 금속이고, 상기 불용성 물질은 순수 금속 또는 상기 금속의 불용성 염인, 방법. - 제7항에 있어서,
상기 금속은 인듐 및 은 중 어느 하나인 것인, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중성자 흡수 화합물은 할로붕산염(haloborate) 이고, 상기 할로붕산염은 불화붕산염(fluoroborate) 또는 염화붕산염(chloroborate)이고, 상기 중성자 흡수 원소는 붕소이고, 상기 불용성 물질은 불용성 붕화물(boride)인, 방법. - 제2항에 있어서,
상기 중성자 흡수 화합물은 할로붕산염(haloborate)이고, 상기 할로붕산염은 불화붕산염(fluoroborate) 또는 염화붕산염(chloroborate)이고, 상기 중성자 흡수 원소는 붕소이고, 상기 불용성 물질은 불용성 붕화물(boride)이고,
상기 환원제는 토륨(thorium), 지르코늄(zirconium) 또는 이불화 지르코늄(zirconium difluoride)인, 방법. - 용융 염 핵분열 원자로의 반응성을 제어하는 방법으로서,
상기 용융 염 핵분열 원자로는 노심(core) 및 냉각제 탱크(coolant tank)를 포함하며, 상기 노심은 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하고, 상기 냉각제 탱크는 용융 염 냉각제를 포함하고, 상기 연료 튜브는 상기 냉각제 탱크에 침지되며,
상기 방법은 상기 용융 염 냉각제에 하나 이상의 중성자 흡수 화합물을 용해시키는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 중성자 흡수 화합물은 중성자의 흡수로 인한 상기 하나 이상의 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 용량의 감소가 노심에서 핵분열 속도를 제어하기 위해 노심의 반응성의 저하를 보상하도록 선택되는, 방법. - 핵분열 원자로에 사용하기 위한 장치로서,
상기 장치는:
상기 핵분열 원자로의 냉각제 염의 풀(pool)에 잠기도록 구성되는 유입구;
상기 냉각제 염 내의 중성자 흡수 화합물을 상기 중성자 흡수 화합물의 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질, 및 염으로 환원시키기 위해 상기 유입구를 통해 유입된 냉각제와 환원제를 혼합하도록 구성되는 혼합 챔버;
상기 냉각제 염으로부터 상기 불용성 물질을 여과하도록 구성되는 여과 유닛;
상기 여과된 냉각제 염을 냉각제 염의 풀로 회수하도록 구성되는 출구; 및
상기 냉각제 염을 상기 출구를 통해 상기 풀로부터 상기 혼합 챔버 내로 흐르게 한 후, 여과 유닛 내로 흐른 후, 상기 출구의 외부로 흐르게 하도록 구성되는, 펌프를 포함하며,
상기 중성자 흡수 원소는 1.5 초과의 파울링(Pauling) 전기음성도를 가지며 중성자 흡수제인, 장치. - 제12항에 있어서,
상기 여과 유닛은 하기 중 어느 하나인 장치:
원심 필터;
침강 탱크;
다공성 필터. - 용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하는 노심(core);
중성자 흡수 화합물을 포함하는 용융 염 냉각제를 함유하는 냉각제 탱크;
상기 냉각제에 각각 침지된 애노드 및 캐소드; 및
상기 중성자 흡수 화합물을 전해시키는 데 충분하고, 상기 냉각제의 다른 성분을 전해시키는 데 불충분한 전압을 상기 애노드 및 캐소드 사이에 공급하도록 구성되는 전압 조정기를 포함하고,
상기 연료 튜브는 상기 냉각제에 침지된, 핵분열 원자로. - 핵분열 원자로로서,
용융 염 핵분열성 연료를 함유하는 연료 튜브를 포함하는 노심;
용융 염 냉각제를 함유하는 냉각제 탱크;
상기 연료 튜브는 상기 냉각제에 침지되며;
할로겐 및 중성자 흡수 원소를 포함하는 중성자 흡수 화합물을 상기 용융 염 냉각제에 용해시키도록 구성되는 중성자 흡수제 첨가 유닛; 및
상기 중성자 흡수 화합물을 불소 또는 염소인 상기 할로겐의 염 및 상기 중성자 흡수 원소를 포함하는 불용성 물질로 환원시키도록 구성되는 환원 유닛을 포함하며, 상기 불용성 물질은 상기 핵분열 원자로의 작동 동안 상기 냉각제의 온도에서 비휘발성이며,
상기 중성자 흡수 원소는 1.5 초과의 파울링(Pauling) 전기음성도를 가지며 중성자 흡수제인, 핵분열 원자로. - 제15항에 있어서,
상기 환원 유닛은 제12항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 장치인, 핵분열 원자로. - 제15항에 있어서,
상기 환원 유닛은 상기 냉각제에 각각 침지되는 애노드 및 캐소드; 및
상기 중성자 흡수 화합물을 전해시키는 데 충분하고, 상기 용융 염 냉각제의 다른 성분을 전해시키는 데 불충분한 전압을 상기 애노드 및 캐소드 사이에 공급하도록 구성되는 전압 조정기를 포함하는, 핵분열 원자로.
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