KR101955926B1 - 중수로핵연료 중심 연료봉에의 Co-59 장입을 통한 Co-60 생산 방안 - Google Patents

중수로핵연료 중심 연료봉에의 Co-59 장입을 통한 Co-60 생산 방안 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 내부에 Co-59(코발트)가 장입되는 중심봉; 및 상기 중심봉과 동일 또는 유사한 직경을 가지고 형성되어, 상기 중심봉을 중심으로 기 설정된 거리만큼 떨어져 위치하는 복수의 핵연료봉을 포함하고, 상기 복수의 핵 연료봉은 상기 중심봉을 중심으로 원형으로 배치되고, 상기 중심봉은, 상기 Co-59가 장입되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역을 감싸도록 마련되고, 중성자 흡수 단멱적이 기 설정된 값 이하인 재료로 형성되는 제2 영역을 포함하며, 중수로의 작동을 통해 중성자가 조사되는 경우, 상기 제1 영역에 장입되는 상기 Co-59가 Co-60으로 변환되는, 중수로 핵연료 다발을 제공한다.

Description

중수로핵연료 중심 연료봉에의 Co-59 장입을 통한 Co-60 생산 방안 {METHOD OF MANUFACTURING CO-60 BY REPLACING FUEL IN CENTER PIN WITH CO-59 TARGET}
본 발명은 중수로 발전소에서 Co-60을 생성하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중수로 발전소에서 중수로 핵연료 다발의 중심봉에 핵연료팰렛을 Co-59 표적으로 교체하여 중성자를 조사함으로써 Co-60이 생성되도록 하는 중수로 핵연료 다발 및 Co-60을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원자핵의 양자수를 나타내는 원자번호는 동일하지만 중성자의 수가 다른 원자를 방사성동위원소라 한다. 대부분의 원자는 안정된 양자와 중성자조합에 비해 원자핵에 중성자의 개수가 한 개 내지 두 개 더 많이 존재하게 되면 원자핵이 불안정해지기 때문에 스스로 붕괴되어 에너지를 방출하면서 질량이 감소하게 된다. 이때 방출되는 붕괴 에너지가 방사선으로 나오게 되는데 강한 전자파인 감마선, 전자인 베타선, 그리고 2개의 양자와 2개의 중성자로 이루어진 헬륨의 핵과 동일한 입자를 방출하는 알파선의 3개중 하나로 이루어진다.
이러한 방사성 동위원소는 자연적으로 존재하는 것과 인공적으로 만들어지는 것으로 구분할 수 있다. 자연적으로 존재하는 방사 성동위원소는 286종이 있으나 이중에서는 우라늄, 라듐 등 14개 종만이 방사선을 방출하는 원소이다. 이에 반해, 자연적으로는 존재하지 않지만 중성자를 핵에 인공적으로 조사하여 제조가 가능한 인공핵종은 현재 약 1000여가지가 넘는다.
이러한 방사성 동위원소중에서 Co-60은 Co-59원자핵에 중성자를 하나 더 흡수시켜 제조되는 것으로서 암세포의 성장을 억제하는 방사선치료, 산업계에서 비파괴검사, 식품류의 대량소독이나 멸균 등 방사성 동위원소 중 가장 활용범위가 넓고 수요가 많다. 하지만, 다른 방사성 동위원소가 연구용 원자로에서 많이 생산되는 것에 비해 Co-60은 생산시 중성자흡수가 많아 연구용 원자로에서 생산하지 못하고 잉여중성자가 많은 상업용 원자로에서 생산되고 있다. 그러나, 상업용 원자로의 대부분을 차지하는 가압경수로의 경우, 잉여중성자는 풍부하나 핵연료봉의 일부에 핵연료 대신 Co-59 표적을 사용하려면 원자로심의 출력안정성과 핵연료봉의 건전성에 영향을 심각하게 미칠 수 있기 때문에 동위원소를 생산하는 것 자체를 거의 시도조차 하지 못하고 있다.
현재, 중수로원자로에서는 원자로의 출력안정성에 거의 영향을 주지 않으면서 잉여중성자자체를 흡수하는 조절봉이 있는데 이를 대신해서 Co-59 표적을 사용하는 방법을 이용함으로써 중수로기술의 원조국가인 캐나다에서 전 세계 Co-60 수요의 85% 가까이를 공급해 오고 있다.
지금까지 중수로원자로에서 Co-60을 생산하기 위해 캐나다에서 사용하는 방식은Co-59를 설치한 표적의 설치와 생산된 Co-60의 인출을 위해 원자로용기 위에서 위험한 작업을 해야 하는 어려움이 따른다. 또한, 인출한 Co-60을 원자로 건물 내에서 취급하는데에 어려움이 있어 국내에서는 이러한 방식의 적용은 받아들여지기 어려운 것이 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, KR 10-1502414(중수로 원자로를 이용한 동위원소 제조방법) 등과 같은 특허가 출원되고 있다. KR 10-1502141에는 핵연료봉 37개로 구성된 핵연료집합체인 중수로핵연료번들에 핵연료 팰렛 대신, 동위원소표적을 포함하는 번들 또는 핵연료봉을 원자로 내에 장입하여 중성자를 조사시키는 내용이 개시하고 있으나, 동위원소표적이 핵연료봉의 어디에 위치되는지 정확히 개시되어 있지 않고, 동위원소표적이 핵연료 다발의 중심에 위치되는 내용이 개시되어 있지 않아, 균질성과 안정성을 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1502414호(2015. 03. 09)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 Co-59을 특정 연료봉(구체적으로, 중심봉)에 핵연료 팰렛 대신에 장입하며, 장입된 Co-59가 핵연료 다발의 중심에 위치하도록 하여 중수로원자로심의 노물리적 균질성과 안정성을 유지하며 중성자를 조사받도록 함으로써 Co-60을 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 내부에 Co-59(코발트)가 장입되는 중심봉; 및 상기 중심봉과 동일 또는 유사한 직경을 가지고 형성되어, 상기 중심봉을 중심으로 기 설정된 거리만큼 떨어져 위치하는 복수의 핵연료봉을 포함하고, 상기 복수의 핵 연료봉은 상기 중심봉을 중심으로 원형으로 배치되고, 상기 중심봉은, 상기 Co-59가 장입되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역을 감싸도록 마련되고, 중성자 흡수 단멱적이 기 설정된 값 이하인 재료로 형성되는 제2 영역을 포함하며, 중수로의 작동을 통해 중성자가 조사되는 경우, 상기 제1 영역에 장입되는 상기 Co-59가 Co-60으로 변환되는, 중수로 핵연료 다발을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중심봉은, 상기 제1 영역에 상기 Co-59가 와이어의 형태로 상기 중심봉의 중앙에 장입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 제1 영역에 장입된 Co-59가 상기 중심봉의 중앙에 위치되도록SiC (탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite) 중 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 Co-59는, 직경이 0.5mm 내지 1.5mm로 형성되어, 의료용으로 사용 가능하도록 형성되는 Co-59일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중성자 흡수 단멱적이 기 설정된 값 이하인 재료는, 상기 Co-59의 직경과 동일한 직경을 갖고 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 a) 중수로 핵연료 다발에서, 상기 중수로 핵연료 다발의 중심봉 내부에 Co-59가 장입되는 단계; b) 상기 중수로 핵연료 다발에서, 상기 중심봉에 중성자 흡수 단면적이 기 설정된 값 이하인 재료가 장입되는 단계; 및 c) 상기 중수로 핵연료 다발에서, 상기 중심봉 내부에 장입된 상기 Co-59가 중수로 발전소의 조사에 의해 중성자를 흡수하여 Co-60을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 중심봉은, 상기 Co-59가 장입되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역을 감싸도록 마련되고, 중성자 흡수 단면적이 기 설정된 값 이하인 재료로 형성되는 제2 영역을 포함하는, Co-60을 생성하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 중심봉은, 상기 제1 영역에 상기 Co-59가 와이어의 형태로 상기 중심봉의 중앙에 장입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 제1 영역에 장입된 Co-59가 상기 중심봉의 중앙에 위치되도록 SiC (탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite) 중 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, Co-59가 물리적 및 화학적 안정성을 유지하도록 하고, Co-59가 장입된 핵연료봉에서 Co-60의 생산을 용이하게 할 수 있다.
또한, 생산된 Co-60을 용이하게 분리 및 추출할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발을 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발의 중심봉의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Co-60의 생성 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Co-60을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발을 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 중수로 핵연료 다발(1)은 중심봉(10), 지지체(20), 간격체(30), 소결체(40), 봉단 접합판(50), 돌출부(60) 및 핵연료봉(70)을 포함할 수 있다.
중수로 핵연료 다발(1)은 도1에 도시된 바와 같이 중앙에 중심봉(10)이 배치되고, 중심봉(10)을 중심으로 환형으로 층을 형성하는 복수의 핵연료봉(70)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 중수로 핵연료 다발(1)은 중심봉(10)을 중심으로 복수의 핵연료봉(70)이 기 설정된 거리 떨어져 환형으로 층을 형성하도록 형성될 수 있다.
Co-59가 장입되지 않은 중심봉(10)이외의 복수의 핵연료봉(70)은 내부에 소결체(40)가 장입된다. 구체적으로, 일반 핵연료봉은 튜브내에 실린더 형태의 소결체가 장입될 수 있다. 중심봉(10)은 중수로 핵연료 다발(1)의 중심에 위치하고, 중심봉(10) 튜브 내부 중심에 Co-59가 장입될 수 있다. 이때, Co-59는 의료용으로 사용 가능한 칫수(구체적으로, 직경이 0.5mm ~ 1.5mm)로 형성될 수 있다. 중심봉(10)은 내부에 Co-59가 장입된 제1 영역을 제외한 영역(이하, 제2 영역)에 중성자 흡수 단면적이 작은 하나 이상의 재료가 장입될 수 있다. 여기서, 중성자 흡수 단면적이 작은 재료란, 중심봉(10) 내부에 장입된 Co-59가 중수로 발전소에서 조사되는 중성자를 흡수하여 방사성 동위원소를 생성하는데 방해되지 않을 정도의 중성자 흡수 단면적을 가진 재료로, 예를 들어, SiC(탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite) 등을 의미할 수 있다. 이하에서는, 상기 중성자 흡수 단면적이 적은 재료를 SiC(탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite)인 것으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며, Co-59가 중성자를 흡수하는데 방해되지 않을 정도의 중성자 흡수 단면적을 가진 재료라면 사용 가능할 수 있다. 중심봉(10)에 Co-59 및 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입되는 구체적인 내용은 도 3에서 후술하도록 한다.
지지체(20)는 중수로 핵연료 다발(1)을 지지할 수 있다. 구체적으로, 복수개의 지지체(20)는 중심봉(10)을 중심으로 환형으로 층을 형성하는 복수의 핵연료봉(70)의 외측면을 원형으로 둘러싸여 형성될 수 있다. 지지체(20)는 중심봉(10)의 길이 방향과 동일 또는 유사한 길이로 형성될 수 있다.
지지체(20)는 중심봉(10)을 기준으로 외측 방향에 외측으로 돌출된 돌출부(60)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 지지체(20)는 복수개의 돌출부(60)가 길이 방향을 따라 기 설정된 거리만큼 이격되어 형성될 수 있다. 중수로 핵연료 다발(1)의 외측에 형성되는 지지체(20)에 마련된 돌출부(60)에 의해, 중수로 핵연료 다발(1)은 중수로 원자력발전소 내에 삽입되어 고정될 수 있게 된다.
간격체(30)는 중수로 핵연료 다발(1)을 이루는 구성들 간의 간격을 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 간격체(30)는 중심봉(10), 핵연료봉(70) 및 지지체(20) 간의 이격된 사이사이에 형성되어 중심봉(10), 핵연료봉(70) 및 지지체(20) 간의 간격을 유지시킬 수 있다. 간격체(30)에 의해 중심봉(10), 핵연료봉(70) 및 지지체(20) 간의 간격이 유지되도록 하여 핵연료봉(70)들간의 상호간 접촉이 차단됨으로써, 중심봉(10) 내부에 장입되는 소결체(40)의 중성자 흡수가 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.
Co-59가 중심봉(10) 내부에 장입될 수 있다. 구체적으로, Co-59는 중심봉(10) 내부에 장입되고, 중수로 핵연료 다발(1)이 중수로 원자력발전소 내에 장입되어 중성자가 조사되는 경우, 방사성 동위원소를 생성할 수 있다. Co-59는 와이어(Wire) 형태로 중심봉(10) 내부에 장입될 수 있다. Co-59 는 중심봉(10) 내부의 중심에 장입될 수 있다. Co-59가 중심봉(10)의 중심에 장입되는 구체적인 내용은 도 3에서 후술하도록 한다.
봉단 접합판(50)은 중수로 핵연료 다발(1)을 이루는 구성들 간의 결합을 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 봉단 접합판(50)은 중수로 핵연료 다발(1)의 단면과 동일 유사한 크기의 플레이트 형상으로 형성되어, 중수로 핵연료 다발(1)의 양끝단에 마련될 수 있다. 봉단 접합판(50)은 중수로 핵연료 다발(1)을 이루는 중심봉(10), 핵연료봉(70) 및 지지체(20)의 양 끝단과 일면(구체적으로, 중수로 핵연료 다발(1)과 맞닿는 내면)이 연결될 수 있다. 이를 통해, 봉단 접합판(50)는 중수로 핵연료 다발(1)을 고정시킬 수 있게 된다.
핵연료봉(70)은 중심봉(10)을 중심으로 환형으로 층을 형성할 수 있다. 구체적으로, 핵연료봉(70)은 복수개 마련되어 중심봉(10)을 중심으로 일정거리 이격하여 환형으로 형성되고, 중심봉(10)의 길이와 동일 유사한 길이를 가지고 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발의 중심봉의 단면도이다. 구체적으로, 도 3의 (a)는 종래의 중수로 핵연료 다발 중심봉의 단면도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발(1) 중심봉(10)의 단면도이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 종래에는 중심봉 내부에 우라늄 펠릿에 장입된다. 하지만, 도 3의 (b)를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 중수로 핵연료 다발(10)의 중심봉(10)은 중심봉(10)의 중심에 Co-59가 장입된다. 구체적으로, 중심봉(10)의 중심에는 Co-59가 장입되어 마련되게 된다. 중심봉(10)의 중심(즉, 제1 영역(102))에 Co-59가 장입됨과 동시에 중심을 제외한 다른 영역(즉, 제2 영역(104))에는 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입될 수 있다.
중심봉(10)의 중심에 Co-59를 장입함과 동시에 제2 영역(104)에 중성자 흡수 단면적이 적은 재료(구체적으로, SiC (탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite) 중 적어도 하나의 재료)를 장입함으로써, 중심봉(10)에 장입되는 Co-59가 중심봉(10)의 중심에 위치할 수 있게 된다.
이를 통해, 중심봉(10)의 중심에 Co-59가 위치하게 됨으로써, 중수로 원자력발전소 내에 삽입된 중심봉(10)의 중심에 장입되는Co-59는 중성자를 균일하게 조사받을 수 있게 되어 Co-60을 생산할 수 있게 된다.
이때, 상기 제2 영역(104)에 장입되는 중성자 흡수 단면적이 적은 재료는 중심봉(10)의 중심에 장입되는 Co-59와 동일 또는 유사한 직경으로 형성되어 Co-59를 감싸도록 형성된다.
이를 통해, 중심봉(10)에 장입되는 Co-59가 중수로 조사중에 손상되지 않도록 할 수 있다.
여기서는, 중심봉(10)에 Co-59가 장입되는 동시에 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 중심봉(10)에 Co-59가 장입된 후, 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입될 수도 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Co-60의 생성 과정을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 중심봉(10)이 마련된 중수로 핵연료 다발(1)은 중수로 원자력발전소에 장착될 수 있다. 중수로 핵연료 다발(1)이 중수로 원자력발전소에 장착되면 중수로 원자력발전소는 중수로 핵연료 다발(1)에 중성자를 조사할 수 있다.
이때, 중심봉(10) 내부에 장입된 Co-59는 조사되는 중성자와 화학적 반응을 통해 방사성 동위원소(구체적으로, Co-60)를 생산할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Co-60을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다. 도면에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다. 또한 실시예에 따라 상기 방법에 도시되지 않은 하나 이상의 단계들이 상기 방법과 함께 수행될 수도 있다.
도 5를 참조하면, 중수로 핵연료 다발(1)에서, 중수로 핵연료 다발(1)에 마련된 중심봉(10)은 내부에 Co-59가 장입된다(S502). 구체적으로, 중수로 핵연료 다발(10)에 마련된 중심봉(10)은 내부에 중성자를 조사받아 방사성 동위원소를 생성하기 위한 Co-59가 장입될 수 있다.
다음으로, 중수로 핵연료 다발(1)에서, 중수로 핵연료 다발(1)에 마련된 중심봉(10)은 내부에 중성자 흡수 단면적이 적은 재료를 장입한다(S504). 구체적으로, 중수로 핵연료 다발(1)에 마련된 중심봉(10)은 상기 S502 단계에서 Co-59가 장입됨과 동시에 중성자 흡수 단면적이 적은 재료(구체적으로, SiC (탄화규소, silicon carbide) 및 C(흑연, Graphite) 중 적어도 하나의 재료)가 장입될 수 있다. 중심봉(10)에 Co-59와 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입됨으로써, Co-59는 중심봉(10)의 중심에 위치하게 되고, 이를 통해 중성자를 균일하게 조사받을 수 있게 된다.
다음으로, 중수로 핵연료 다발(1)은 중수로 원자력발전소에 장착된다(S506). 구체적으로, 중심봉(10)에 Co-59 및 중성자 흡수 단면적이 적은 재료가 장입된 후, 중수로 핵연료 다발(1)은 방사성 동위원소를 생성하기 위해 중수로 원자력발전소에 장착될 수 있다.
다음으로, 중수로 핵연료 다발(1)은 중수로 원자력발전소에서 방사성 동위원소를 생성한다(S508). 구체적으로, 중수로 핵연료 다발(1)은 중수로 원자력발전소에 장착되고, 중수로 원자력발전소로부터 중성자를 조사받은 경우, 중심봉(10)에 장입된 Co-59가 조사되는 중성자를 흡수하여 Co-60이 생성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 중수로 핵연료 다발
10 : 중심봉
20 : 지지체
30 : 간격체
40 : 소결체
50 : 복단 접합판
60 : 동출부
70 : 핵연료봉
102 : 제1 영역
104 : 제2 영역

Claims (8)

  1. 중수로에서 Co-59를 Co-60으로 변환하는 중수로 핵연료 다발에 있어서,
    길이 방향으로 연장된 형상의 중심봉; 그리고
    상기 중심봉의 길이 방향과 나란한 방향으로 연장된 형상을 가지며, 상기 중심봉의 측면에 이격되어 배치되는 복수의 핵연료봉을 포함하고,
    상기 중심봉은,
    상기 길이 방향으로 연장된 형상을 가지며, Co-59를 함유하는 내부봉; 그리고
    상기 내부봉을 감싸며, 상기 길이 방향으로 연장된 형상의 중공부를 형성하여 상기 내부봉을 수용하고, 기 설정된 값 이하의 중성자 흡수 단면적을 가지는 제1 재료로 형성되는 외부봉을 포함하는,
    중수로 핵연료 다발.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부봉은,
    와이어의 형태로 상기 외부봉의 상기 중공부에 장입되는,
    중수로 핵연료 다발.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는,
    SiC(탄화규소, silicon carbide)와 C(흑연, graphite) 중 적어도 하나를 포함하는,
    중수로 핵연료 다발.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내부봉은,
    직경이 0.5mm 내지 1.5mm로 형성되어, 의료용으로 사용 가능하도록 형성되는, 중수로 핵연료 다발.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 핵연료봉은,
    상기 중심봉을 중심으로 환형으로 배치되고, 서로 이격된,
    중수로 핵연료 다발.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 핵연료봉은,
    상기 중심봉을 중심으로 환형으로 층을 형성하는,
    중수로 핵연료 다발.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부봉과 상기 외부봉은,
    동축(coaxial)인,
    중수로 핵연료 다발.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는,
    상기 중수로에서 발생되는 중성자에 대한 중성자 흡수 단면적이 기 설정된 값 이하인,
    중수로 핵연료 다발.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070133731A1 (en) * 2004-12-03 2007-06-14 Fawcett Russell M Method of producing isotopes in power nuclear reactors
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070133731A1 (en) * 2004-12-03 2007-06-14 Fawcett Russell M Method of producing isotopes in power nuclear reactors
KR101502414B1 (ko) * 2014-06-24 2015-03-13 박윤원 중수로 원자로를 이용한 동위원소 제조방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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