KR101956628B1 - 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조 - Google Patents

Abstract

일 실시예에서 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조는 수역을 가두는 베이스 스라브 및 측벽들을 포함한다. 상기 저장조는 방사성 붕괴를 통해 물을 가열하는 사용후핵연료 집합체를 포함하는 연료 랙(rack)을 포함한다. 수조를 둘러싸는 이중 라이너 시스템은 오염된 수조의 물이 환경으로 누출되는 것을 방지하기 위해 충분한 설비를 제공하는 불침투성 장벽을 형성한다. 공간을 배기시키는 진공펌프시스템에 의해 부기압으로 유지될 수 있는 라이너 사이의 틈새공간이 형성된다. 수조의 물의 온도보다 낮은 해당 끓는점 온도를 가지는 음압으로 공간에서의 압력을 유지함으로써, 가장 안쪽의 라이너를 통해 상기 틈새공간으로의 누출이 증발하고, 라이너 시스템에서 잠재적 누출을 신호로 알리기 위하여 펌프를 통해 추출된다.

Description

환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조 {ENVIRONMENTALLY SEQUESTERED SPENT FUEL POOL}

본 발명은 2014년 10월 7일에 출원된 미국 가출원 62/061,089 에 대한 우선권을 주장하고 상기 출원의 내용 모두는 참조로서 본 출원에 포함된다.

본 발명은 핵연료집합체의 저장고에 관한 것으로 보다 상세하게는 이러한 핵연료집합체의 습식 저장을 위한 개선된 사용후핵연료 저장조에 관한 것이다.

사용후핵연료 저장조(때때로, 둘 또는 그 이상)는 모든 원자력발전소의 필수적인 부분이다. 특정 부지(site)에서는, 독립형 습식저장시설도 원자로에 의해 배출된 초과 연료에 대한 추가적인 저장용량을 제공하도록 건설되었다. 하나 또는 그 이상의 원자로 장치를 제공하는 자율 습식저장시설은 때때로 "원자로에서 이격된(Away-from-Reactor)"을 의미하는 약어 AFR로 언급된다. 대부분의 나라에서는 건식저장시설을 건설함으로써 발전소 내(內) 사용후핵연료 저장용량을 늘려왔던 반면, 프랑스 핵프로그램은 AFR 저장고를 이용하는 것으로 가장 주목 받아왔다.

이 명칭에서 알 수 있듯이, 사용후핵연료 저장조(SFP: spent fuel pool)는 발전소 원자로에서 조사(照射)된 핵연료를 깊은 수조(水槽)에 저장한다. 이 수조는 그 바닥 슬라브(slab)에 위치한 수직형 연료 랙(rack)을 가지며 일반적으로 깊이가 40피트이다. 정상적인 저장 조건하에서는, 저장조 데크(deck) 높이에서의 (방사선의) 선량(線量)이 발전소 작업자들에 대해서 허용할 만큼 낮아야 함을 보장하기 위하여 핵연료의 상단을 적어도 25피트의 물이 덮고 있다. 대부분(모두는 아님)의 원자력발전소의 핵연료 저장조는, 깊은 수조를 형성하는 철근 콘크리트 구조물의 구조적 저장용량의 관점에서 바람직한, 등급 레벨(grade level)에 있다. 수조의 물이 수조의 슬라브 또는 벽의 빈 공간(void) 및 불연속면을 통해 스며나오지 않도록 보장하기 위하여, 1970년대 이래로 건설된 원자력 발전소의 핵연료 저장조 안에 얇은 단일층 스테인리스강 라이너(liner)를 (일반적으로 3/16 인치에서 5/16인치 두께의 범위로) 항상 붙이고 있다. 상기 라이너는 스테인리스강(일반적으로 ASTM 240 - 304 또는 304L) 이음매(seam)의 시트로 이루어져 수조의 물과 강화 콘크리트 사이의 불침투성 장벽을 형성한다. 상기 이음매는 시트의 인접 가장자리를 따라 용접된다. 대부분의 경우, 상기 용접된 라이너 이음매는 누출추적채널을 그 아래에 위치시켜 그 무결성을 모니터링한다(예를 들어, 도1 참조). 그러나, 상기 누출추적채널의 검출능력은 용접부위만으로 한정된다. 이음매 넘어 라이너의 비(卑)금속 금속영역은 감시되지 않은 상태로 남는다.

상기 라이너는 일반적으로 대부분의 원자력발전소에서 신뢰성 있게 작동해왔다. 그러나, 수조의 누수의 특수한 경우가 보고되었다. 수조의 물은 방사성 오염물질(대부분은 원자로에서 "연소"되는 동안 핵연료에 침전된 침전물에 의하여 이동됨)을 가지기 때문에, 수조의 물의 발전소 기면(plant's substrate)까지의 침출 및 가능성 있게 지하수까지의 침출은 공중보건 및 안전에 분명히 해롭다. 수조의 물이 지하수에 도달하는 확률을 줄이기 위하여, 지역 환경과 일부 AFR 수조는 핵연료 저장조가 정수(淨水)로 채워진 제2 외부 수조로 둘러싸이는 pool-in-pool 설계를 채택했다. 상기 이중 수조 설계에 있어서, 오염 수조로부터의 물의 누출이 지하수 오염에 대한 장벽 역할을 하는 외부 수조로 발생할 것이다. 그러나, 상기 이중 수조 설계는 몇 가지 좋지 않은 측면을 가진다. 즉, (1) 저장 시스템의 구조적 저장용량은 이격을 확보하는 스프링과 댐퍼를 제외하고 서로 이격된 2개의 철근 콘크리트 컨테이너에 의해 악영향을 받는다; (2) 외부 수조가 내부 수조와 함께 누출되어 두 장벽을 무너뜨리고 오염수가 외부 환경에 도달할 가능성이 있다; 및 (3) 이중 수조 설계는 저장 시스템의 비용을 크게 증가시킨다.

오늘날 설계에 있어서의 결함으로 인하여, 수조의 물의 완벽히 가두고 이음매와 비(卑)금속 금속영역을 포함하는 전체 라이너 구조물의 모니터링을 보장하는 사용후 핵연료 저장조의 새로운 설계가 바람직하다.

본 발명은 라이너(liner)들 사이에 형성된 틈새공간에서의 누출을 수집하고 식별하도록 구성된 이중 불침투성 라이너 시스템 및 누출 검출/배출 시스템을 가지는 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조 시스템을 제공한다. 수조의 내부 공동(cavity, 空洞)에는 하나가 아닌 2개의 라이너가 서로 겹쳐 있으며, 각각은 수조의 물의 외부유출(유입)에 대해 독립적인 장벽을 제공한다. 각 라이너는 물이 차지하는 공간의 전체 범위를 포함하고 또한 수조의 "높은 수위" 위로 연장된다. 수조의 상단에는 수조의 작동 데크(deck)를 따라 최상단에서 수조의 공동의 둘레를 둘러싸는 두꺼운 매설판(바람직하게는 하나의 비한정적 실시의 예에서 최소 2 인치 두께)이 구비될 수 있다. 각 라이너는 상부매설판에 독립적으로 용접될 수 있다. 상부매설판은 2개의 라이너 층 사이의 틈새공간과의 직접 연통하는 적어도 하나의 알림구멍(telltale hole)이 있다. 일 실시의 예에서, 일방향 밸브의 하류측 진공펌프를 포함하는 증기추출시스템은 상기 알림구멍을 통하여 라이너 간 공간의 압력을 상대적으로 높은 진공 상태로 끌어내리는 데 이용된다. 라이너 간 공간의 절대압력("설정압력")은 바람직하게는 수조의 대규모 물의 온도는 본 명세서에서 추가로 설명된 바와 같이 설정 압력에서 물의 끓는 온도 이상 되도록 해야 한다.

일 실시의 예에서, 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조 시스템은 베이스 슬라브; 베이스 슬라브로부터 위로 연장되어 상기 베이스 슬라브에 접해있고 둘레를 형성하는 복수의 수직측벽; 상기 측벽 및 수조의 물을 담고 있는 베이스 슬라브에 의하여 집합적으로 규정되는 공동(cavity, 空洞); 측벽에 인접한 외측 라이너, 상기 외측 라이너에 인접하고 수조의 물에 의해 습윤되는 내측 라이너, 및 라이너들 사이에 형성된 틈새공간을 포함하는 수조 라이너 시스템; 상기 공동에 접하는 측벽의 상면에서 수조의 둘레를 둘러싸는 상부매설판; 및 상기 매설판에 밀봉가능하게 부착되는 상부 말단을 가지는 내부 및 외부 측벽;을 포함한다.

다른 실시의 예에서, 누출 검출 시스템을 가지는 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조는 베이스 슬라브; 베이스 슬라브로부터 위로 연장되어 상기 베이스 슬라브에 접해있고 둘레를 형성하는 복수의 수직측벽; 상기 측벽 및 수조의 물을 담고 있는 베이스 슬라브에 의하여 집합적으로 규정되는 공동(cavity, 空洞); 수조의 물을 가열하는 핵연료봉을 포함하는 사용후핵연료 집합체를 보관하는 공동에 배치된 적어도 하나의 연료저장 랙(rack); 측벽과 베이스 슬라브에 인접한 외측 라이너, 상기 외측 라이너에 인접하고 수조의 물에 의해 습윤되는 내측 라이너, 및 라이너들 사이에 형성된 틈새공간을 포함하는 수조 라이너 시스템; 수조의 둘레를 둘러싸고 상기 공동에 접하는 측벽에 매설되는 상부매설판; 및 상기 상부매설판에 부착되는 내측 및 외측 라이너; 상기 틈새공간과의 유체연통을 하는 측벽을 따라 형성된 유동 플레넘(plenum); 및 상기 유동 플레넘과 유동적으로 연결되고, 상기 틈새공간을 대기압 미만(below)의 음의 설정압력으로 배기하도록 작동가능한 진공펌프를 포함한다.

사용후핵연료 저장조로부터의 누출을 검출하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 측벽, 베이스 슬라브, 냉각수를 포함하는 공동(cavity, 空洞), 및 외측 라이너, 내측 라이너, 및 라이너 간 틈새공간을 포함하는 공동에 배치된 라이너 시스템을 포함하는 사용후핵연료 저장조를 제공하는 단계; 상기 수조에 연료저장 랙(rack)을 배치하는 단계; 복수의 사용후핵연료봉을 포함하는 적어도 하나의 핵연료 집합체를 상기 저장 랙에 삽입하는 단계; 사용후핵연료봉에 의해 생성된 붕괴열로부터 상기 수조의 상기 냉각수를 제1 온도로 가열하는 단계; 상기 제1 온도보다 낮은 해당 끓는점 온도를 가지는 음압까지 진공펌프로 틈새공간에서의 진공을 도출하는 단계; 틈새공간에서 라이너 시스템을 통하여 수조로부터 누출되는 냉각수를 수집하는 단계; 상기 누출냉각수를 비등(沸騰)을 통해 증기로 전환시키는 단계; 및 상기 진공펌프를 이용하여 틈새공간으로부터 증기를 추출하는 단계;를 포함한다. 틈새공간에서의 증기의 존재는 라이너의 파괴를 검출할 수 있게 한다. 상기 방법은 상기 진공펌프에 의하여 추출된 증기를 숯 필터를 통하여 배출하여 오염물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 틈새공간에서의 압력을 모니터링하는 단계; 틈새공간에서 라이너 시스템을 통하여 수조로부터 누출되는 냉각수를 수집하기 전에 틈새공간에서의 제1 압력을 검출하는 단계; 및 틈새공간에서 라이너 시스템을 통하여 수조로부터 누출되는 냉각수를 수집한 후 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력을 검출하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 압력은 냉각수 누출 조건과 관련이 있다.

본 발명의 바람직한 실시의 예의 특징들을 유사한 구성요소들은 유사하게 기재되는 하기의 도면들을 참조하여 설명한다.
도1은 단일 사용후핵연료 저장조 라이너(liner) 시스템에서 누출에 대한 용접이음매의 무결성을 모니터링하는 데에 이용되는 공지된 접근법에 대한 단면도이다.
도2는 본 발명에 따라 이중 라이너와 누출 집진 및 모니터링 시스템을 가지는 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조의 측단면도이다.
도3은 도2의 라이너 및 누출 집진/모니터링 시스템을 가지는 핵연료 저장조의 평면도이다.
도4는 도2로부터의 상세도이며 핵연료 저장조의 측벽 및 베이스 슬라브로부터 라이너들의 교차점에서 라이너 시스템의 하단 접합부분(bottom joint)를 도시한다.
도5는 도2로부터의 상세도이며 측벽 라이너의 말단 상단부에서 라이너 시스템의 상부 접합부분를 도시한다.
도6은 사용후핵연료봉을 포함하는 핵연료 집합체의 일 예의 사시도이다.
도7은 본 발명에 따른 진공 누출 집진 및 모니터링 시스템의 개략도이다.
모든 도면은 개략적이며 반드시 일정한 비율일 필요가 없다. 하나의 도면에서 도시된 및/또는 참조번호가 지정된 부품들은 구체적으로 상이한 참조번호로 지정되고 본 명세서에서 설명되지 않는 한, 간략화를 위해 참조번호의 지정 없이 다른 도면에 나타나는 동일한 부품들로 간주될 수 있다. 본 명세서에서 도면번호(예를 들어, 도1)에 대한 언급은 달리 표시되지 않는 한, 그룹 내의 모든 하위 도면(예를 들어, 도 1A, 1B 등)에 대한 참조로 해석되어야 한다.

본 발명의 특징 및 이점은 바람직한 실시예들을 참고하여 본 명세서에 도시되고 설명된다. 바람직한 실시예들의 설명은 전체 명세서의 한 부분으로 간주되는 첨부된 도면들과 연계하여 해석되도록 한다. 따라서, 본 발명은 단독으로 또는 특징들의 다른 조합으로 존재할 수 있는 특징들의 여러 가능한 비한정적 조합들을 예시하는 이러한 바람직한 실시예들로 한정되어서는 명백하게 아니된다.

본 명세서에 개시되는 실시예들의 설명에 있어서, 방향 또는 지향에 대한 어떠한 참조도 단지 설명의 편의를 위함이고 본 발명의 범위를 제한하는 어떠한 방법으로도 의도되어서는 아니 된다. '하부의', '상부의', '수평의', '수직의', '위로', '아래로', '위에', '아래에', '상단' 및 '하단'뿐만 아니라 이들의 파생어(예를 들면, '수평으로', '아래쪽으로', '위쪽으로' 등)은 논의된 도면에서 개시되거나 도시된 대로 방향을 참조하는 것으로 해석되어야 한다. 이러한 연관 용어들은 단지 설명의 편의를 위함이고, 장치를 특정 방향으로 구성하거나 작용하는 것을 요구하지 않는다. 명백히 달리 기재되지 않는 한, '부착된', '첨부된', '연결된', '결합된', '상호연결된' 및 유사어는 뗄 수 있거나 견고한 부착 또는 그러한 관계뿐만 아니라 구조물들이 그 구조물들 사이의 개입구조물들을 통하여 직접적으로 또는 간접적으로 서로 고정되고 부착되는 관계를 참조한다.

도2 내지 도6을 참조하면, 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조 시스템은 실질적으로 접하는 수평 기저벽 또는 슬라브(42)로부터 위로 상승하는 복수의 수직측벽(41)을 포함하는 사용후핵연료 저장조(40)를 포함한다 (언젠가 그리고 설치공차로 인해 수조를 비우고 씻고/오염물질을 제거하는 경우, 낮은 지점으로의 배수를 위해 일부 경사면은 바닥벽의 윗면에 의도적으로 구비될 수 있음을 인지). 베이스 슬라브(42)와 측벽들(41)은 하나의 비한정적 실시의 예에서 철근 콘크리트로 형성될 수 있다. 상기 핵연료저장조 베이스 슬라브(42)는 상면이 등급G를 규정하는 토양 지반(26)에 형성될 수 있고 그 위에 놓일 수 있다. 본 출원에 예시된 실시의 예에서, 측벽은 등급 이상으로 상승된다. 고려될 수 있는 다른 가능한 실시의 예에서, 베이스 슬라브(42)와 측벽들(41)은 측벽들의 외면들을 둘러싸는 토양 지반(26)에 대안적으로 매립될 수 있다. 두 배치 중 어느 한쪽의 배치가 이용될 수 있으며 본 발명을 한정하지 않는다.

일 실시의 예에 있어서, 사용후핵연료 저장조(40)는 평면도에 있어서 직선형상을 가질 수 있다. 수조가 2개의 보다 긴 마주보는 측벽과 2개의 보다 짧은 마주보는 측벽 (예를 들어, 단부 벽)을 갖는 긴 직사각형 형상 (평면도 상에서)을 갖는 4개의 측벽(41)이 제공 될 수 있다. 정사각형 형상, 다른 다각형 형상 및 비 다각형 형상과 같은 핵연료 저장조(40)의 다른 구성이 가능하다.

사용후핵연료 저장조(40)의 측벽(41)과 베이스 슬라브(42)는 냉각수조물W 및 각각이 다수의 개별 사용후핵연료봉을 포함하는 핵연료다발 또는 집합체(28)를 담고 있는 복수의 수중 사용후핵연료 집합체 저장 랙(rack)(27)을 포함하도록 구성된 공동(cavity, 空洞)(43)을 정의한다. 저장 랙(27)은 전형적인 방식으로 베이스 슬라브(42)상에 배치된다. 도1 내지 도6을 계속 참조하면, 상기 사용후핵연료 저장조(40)는 사용후핵연료 저장조(40)를 둘러싸는 작동 데크(operating deck)(22)로부터 아래방향으로 충분한 깊이 D1까지 연장되어 적절한 방사선 차폐 목적으로 연료집합체(28)를 수조물W의 표면 수위S 아래로 잠근다(예를 들어, 도6 참조). 일 실시의 예에서, 핵연료 저장조는 적어도 10피트의 물이 연료집합체의 상단 위에 존재할 수 있는 깊이를 가질 수 있다.

핵연료 집합체 저장 랙(27)은 도2 및 3에 도시되어 있으며, 출원 내용 모두가 참조로서 본 출원에 포함되는 2014년 6월 20일에 출원된 공동 양도된 미국 특허출원 14/367,705에 추가로 설명되어 있다. 상기 저장 랙(27)은 복수의 개별 핵연료봉을 포함하는 연료집합체(28)를 유지하도록 각각 구성된 복수의 수직연장 개별 셀들을 포함한다. 다수의 핵연료봉(28a)을 유지하는 연장된 연료집합체(28)가 도6에 도시되어 있으며, 출원 내용 모두가 참조로서 본 출원에 포함되는 2013년 7월 9일에 출원된 공동 양도된 미국 특허출원 14/367,705에 추가로 설명되어 있다. 가압수형 원자로(PWR)에 대한 통상적인 연료집합체(28)는 집합체 당 10×10 내지 17×17 핵연료봉 격자배열로 150개 이상의 핵연료봉을 각각 보유할 수 있다. 상기 집합체는 통상적으로 각각 약 1400 내지 1500 파운드 무게로 약 14피트 높이일 수 있다.

일 실시의 예에서 측벽(41) 및 저장조(40)의 모든 면을 둘러싸는 실질적으로 수평인 작동 데크(22)는 강철 및/또는 철근 콘크리트로 형성될 수 있다. 저장조(40)내의 수조물W(예를 들어, 액체 냉각제)의 표면 수위는 연료집합체 적재 하역 작업 중에 데크로의 유출을 방지하고 지진발생을 설명하는 데에 충분한 양으로 인해 작동 데크(22) 아래에서 이격될 수 있다. 하나의 비한정적 실시의 예에서, 예를 들어, 작업 데크(22)의 표면은 일 실시의 예에서의 부지에 대해 최대 100년 홍수 수위보다 적어도 5피트 위일 수 있다. 작동 데크 높이 아래로 연장되는 상기 사용후핵연료 저장조(40)는 대략 40피트 또는 그보다 깊을 수 있다 (예를 들어, 일 실시의 예에서 42피트). 핵연료 저장조는 필요한 만큼의 사용후핵연료 집합체를 수용할 만큼 충분히 길다. 일 실시의 예에서, 핵연료 저장조(40)는 폭이 대략 60피트일 수 있다. 수조 주위에 작동 데크 공간이 충분히 있어서 작업자들을 위한 공간 및 시설 유지 보수에 필요한 도구와 장비를 준비하기 위한 공간을 제공한다. 돌발적인 물의 배수 및 사용후핵연료의 노출을 방지하기 위해 바닥 30피트 깊이 이내의 사용후핵연료 저장조(40)에는 침투가 없을 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 이중 라이너를 포함하는 사용후핵연료 저장조 라이너 시스템은 환경에 대한 수조 물의 누출 위험을 최소화하기 위해 구비된다. 상기 라이너 시스템은 냉각수 누출 집진 및 검출/모니터링을 수용하도록 추가적으로 설계되어 라이너 시스템의 무결성 파괴로 야기되는 누출 상태를 나타낸다.

상기 라이너 시스템은 라이너들 사이에 형성된 틈새공간(62)에 의하여 제2 내측 라이너(61)와 이격된 제1 외측 라이너(60)를 포함한다. 라이너(60)의 외부면은 핵연료 저장조 측벽(41)의 내부면(63)에 맞서 또는 적어도 인접하여 배치되고, 대향하는 내부면은 라이너(61)의 외부면 및 틈새공간(62)에 인접하여 배치된다. 라이너(61)의 내부면은 핵연료 저장조의 물W에 접촉되고 습윤된다. 라이너(61)와 라이너(60) 사이에 스페이서(spacer) 없이 라이너(61)에 대한 라이너(60)의 배치는, 본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이, 상기 공간 및 그곳으로의 임의의 수조 누출이 진공시스템에 의하여 배출되도록 하기에 충분한 폭의 자연스러운 틈새공간을 제공한다는 것을 유의해야 한다. 라이너 구성에 이용되는 재료의 자연스러운 표면 거칠기와 평탄도의 약간의 변화는 라이너 사이에 필요한 공간 또는 간극을 제공한다. 그러나, 고려될 수 있는 다른 실시의 예에서, 원하는 경우, 라이너 사이의 틈새공간(62)에 분포되는 금속 또는 비금속 스페이서가 구비될 수 있다.

라이너(60, 61)는 제한없이 스테인리스강, 알루미늄 또는 기타를 포함하여, 바람직하게 부식에 강한 임의의 적합한 금속으로 이루어질 수 있다. 일부 실시의 예에서, 각 라이너는 주변 가장자리를 따라 함께 밀봉 용접되어 사용후핵연료 저장조(40)의 베이스 슬라브(42)와 측벽(41)을 캡슐화(encapsulate)하는 연속 라이너 시스템을 형성하는 다수의 실질적으로 평평한 금속판들로 이루어질 수 있다.

내측 및 외측 라이너(60, 61)는 (라이너의 위치에 따라 라이너의 주요 대향 면들 사이에서 수평으로 또는 수직으로 측정된) 동일하거나 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 일 실시의 예에서, 상기 두께들은 동일할 수 있다. 그러나, 일부 예의 경우에, 초기에 빈 핵연료 저장 랙(27)을 사용후핵연료 저장조(40)에 적재할 때 잠재적인 내(耐) 충격성을 위해 내측 라이너(61)가 외측 라이너(60)보다 두꺼운 것이 바람직할 수 있다.

일 실시에서, 외측 및 내측 라이너(60, 61)(그들 사이에 틈새공간을 가지는)는 사용후핵연료 저장조(40)의 수직측벽(41)을 따라 연장되고 수평 베이스 슬라브(42)를 완전히 가로질러 수조의 습윤표면영역을 완전히 덮는다. 이는 라이너(60, 61)의 수평부분(60b, 61b) 및 수직부분(60a, 61a)을 형성하여 사용후핵연료 저장조(40)로부터 수조의 물W의 외부 누출에 대한 불침투성 장벽을 제공한다. 베이스 슬라브(42)상의 라이너의 수평부분(60b, 61b)은 용접에 의하여 저장조(40)의 측벽(41)을 따라 수직부분(60a, 61a)에 연결될 수 있다. 도4의 세부사항은 도시된 바와 같이 상기 부분(60a, 60b)을 각 말단 가장자리를 따라 밀봉하고 상기 부분(61a, 61b)을 각 말단 가장자리를 따라 밀봉하는 밀봉용접(65)(예를 들어, 도시된 필릿(fillet) 용접 등)의 이용을 포함하는 하단 라이너 접합부분(64)의 하나 또는 많은 가능한 구조물을 도시한다. 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 이유들로 인해, 바람직하게는 상기 접합부분(64)는 라이너 수평부분들(60b, 61b) 사이의 수평 틈새공간(64)을 라이너 수직부분(60a, 61a) 사이의 수직 틈새공간(64)에 유동적으로 연결시키도록 구성되고 배열된다.

하나의 비한정적 실시의 예에서 라이너 수직부분(60a, 61a)의 상부 말단 가장자리들(60c, 61c) 사이의 상단 라이너 접합부분(65)이 도5의 세부사항에 도시된다. 사용후핵연료 저장조(40)의 상단에는 핵연료 저장조의 둘레 전체를 둘러싸는 실질적으로 두꺼운 금속 매설판(70)이 구비된다. 매설판(70)은 일 실시의 예에서 연속적일 수 있으며, 측벽의 상부에서 측벽(41)의 내부면(63) 전체를 따라 수평으로 연장된다. 매설판(70)은 내측 및 외측 라이너(60, 61)의 상부 말단(60c, 61c) 위로 연장되는 수조에 대향하는 내부 수직면의 노출부위를 가진다. 매설판(70)의 대향 외측 수직면은 측벽(41)에 전체적으로 매설된다. 위로 향하는 매설판(70)의 상면(71)은 측벽(41)의 상면(44)과 실질적으로 동일 평면상에 있을 수 있어서 그 사이에 매끄러운 천이를 형성한다. 다른 가능한 구현에 있어서, 상면(71)은 측벽의 상면(44) 위로 연장될 수 있다. 매설판(70)은 도시된 바와 같이 핵연료 저장조(40)로부터 측벽(41)의 측면 방향 폭보다 작은 거리만큼 수평방향 외측으로 측벽(41)으로 연장된다.

상기 매설판(70)은 내측 라이너(61), 외측 라이너(60) 및 일부 실시의 예에서 결합된 내측 및 외측 라이너의 수평두께보다 큰 수평두께를 가진다.

상기 상부매설판(70)은 콘크리트 측벽(41)의 상면(44)에 매설되고, 라이너(60, 61)의 상기 상부 말단 가장자리(60c, 61c)(즉, 각 수직부분(60a, 61a))가 상기 판에 영구적으로 연결되도록 하는 충분한 수직 깊이 또는 높이를 가진다. 라이너(60, 61)의 상부 말단 가장자리들은 (도시된 바와 같이 일 실시의 예에서 수조 측벽(41)의 상면과 동일 평면상에 있을 수 있는) 매설판(70)의 상면(71) 아래에서 각각 거리 D2와 D1에서 종료된다. 외측 라이너(60)가 내측 라이너(61)보다 높이에 있어서 수직방향으로 짧도록 거리 D1은 거리 D2보다 작다. 일 실시의 예에서, 상부매설판(70)은 라이너(60, 61)의 상부 말단 가장자리(60c, 61c) 아래에서 종료되는 바닥단부를 가지어, 라이너들을 판에 용접하는 것을 용이하게 한다.

다양한 실시의 예에서, 매설판(70)은 스테인리스강, 알루미늄 또는 바람직하게는 이종금속용접의 필요 없이 외측 및 내측 수조 라이너(60, 61)를 구성하는데 이용되는 금속 용접에 적합한 금속과 같은 적절한 내(耐) 부식성 금속으로 형성될 수 있다.

도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 내측 및 외측 라이너(60, 61)의 상부 말단 가장자리(60c, 61c)는 수직으로 엇갈리게 배열될 수 있고 서로 독립적으로 상부매설판(70)에 개별적으로 밀봉 용접될 수 있다. 밀봉 용접부(66)는 라이너(61)의 상부 말단 가장자리(61c)를 매설판(70)의 내부 수직면의 노출된 부분과 결합시킨다. 제2 밀봉 용접부(67)는 또한 상기 밀봉 용접부(66) 아래에서 상기 밀봉 용접부(66)로부터 수직으로 이격된 위치에서 라이너(60)의 상부 말단 가장자리(60c)를 매설판(70)의 내부 수직면의 노출된 부분과 결합시킨다. 이는 일 실시의 예에서 사용후핵연료 저장조(40)의 둘레 전체를 수평으로 둘러싸는 완전 밀봉폐쇄된 유동 플레넘(plenum)(68)을 정의한다. 상기 유동 플레넘(68)은 도시된 바와 같이 틈새공간(62)과 유체연통을 한다. 유동 플레넘(68)의 하나의 수직면은 내측 라이너(61)의 일부에 의하여 경계 지어지며, 플레넘의 대향 수직면은 상부매설판(70)의 내부 수직면에 의하여 경계 지어진다.

상부 유동 플레넘(68)은 일부 실시의 예에 있어서 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 불연속적인 경우, 상부매설판(70)에서의 유동통로(105)가 별개의 통로의 각 섹션에 제공되는 것이 바람직하다.

밀봉 용접부(66, 67)는 라이너(60, 61)를 상부매설판(70)에 밀봉시키는데 필요한 임의의 유형의 적합한 용접부일 수 있다. 지지판, 바(bar), 또는 다른 유사한 용접부속품은 이용되는 용접부의 구성 및 치수에 따라 필요한 대로 용접부를 형성하는 데에 이용될 수 있다. 본 발명은 용접부의 유형에 의해 제한되지 않는다.

일 실시의 예에서, 외측 및 내측 라이너(60, 61)는 상부매설판(70)에서만 사용후핵연료 저장조(40)에 밀봉가능하게 부착된다. 매설판 아래의 라이너의 나머지 부분은 라이너를 이들 부분에 고정시키는 수단 없이 측벽(41)과 베이스 슬라브(42)에 접촉할 수 있다.

적어도 내측 라이너(61)는 일 실시의 예에서 바람직하게 수조의 물W의 예상되는 가장 높은 수위(표면S)보다 더 높은 높이를 가진다는 것을 유의해야 한다. 만약 상기 수위가 어떤 이유로 인해 내측 라이너를 초과하면, 상부매설판(70)은 수조의 물에 의하여 직접 습윤되고 유체를 수용하여 수조가 작동 데크(22)상으로 넘치지 않도록 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 외측 및 내측 라이너(60, 61)사이의 틈새공간의 기압을 누출 제어 및/또는 검출을 위한 비교적 높은 진공 상태로 떨어뜨리는 데 이용되는 증기 추출 또는 진공시스템(100)이 구비된다. 도7은 진공시스템(100)의 일 실시의 예의 개략도이다.

도5 및 7을 참조하면, 진공시스템(100)은 일반적으로 진공펌프(101)와 숯 필터(102)를 포함한다. 진공펌프(101)는 수조 라이너(60, 61) 사이의 틈새공간(62) 내에서 진공 또는 음압을 생성할 수 있는 적합한 상업적으로 이용 가능한 임의의 전기구동 진공펌프일 수 있다. 상기 진공펌프(101)는 상부매설판(70)의 상면(71)으로부터 수조 라이너(60, 61) 사이에 형성된 상부 유동 플레넘(68)까지 연장되는 유동통로(105) 또는 자동표시기와 유동적으로 결합하는 적합한 유동도관(103)을 통해 틈새공간(68)과 유동적으로 연결된다. 유동도관(103)은 진공을 견딜 수 있는 임의의 적합한 금속 또는 비금속 튜빙(tubing) 또는 파이핑(piping)으로 형성될 수 있다. 적합하게 구성된 유체커플링(104)은 유동도관(103)을 연결시키기 위해 유동통로(105)의 출구말단에 구비되어 밀봉될 수 있다. 유동통로의 입구말단은 유동 플레넘(68)내에서 상부매설판(70)의 내부 수직면을 관통한다. 상기 유동통로(105) 및 외부 유동도관(103)은 유동플레넘(68)을 진공펌프(101)에 유동적으로 결합시키는 인접유동도관을 제공한다. 일방향 체크밸브는 유동플레넘(105)과 진공펌프(101)의 흡입구 사이에 배치되어 공기 및/또는 증기가 일 방향으로 라이너 시스템에서 펌프로 흐르도록 허용한다.

라이너(60, 61) 사이의 틈새공간(62)의 진공시스템(100)에 의하여 유지되는 절대압력(즉, "설정압력")은 바람직하게 핵연료봉/집합체에서 생성된 폐기물 붕괴열에 의하여 가열되는 사용후핵연료 저장조(40)의 대규모 물의 온도가 설정압력에서 물의 끓는 온도 이상이 되도록 되어야 한다. 아래의 테이블은 이용될 수 있는 설정압력의 몇 가지 예를 나타내는 수은(Hg) 인치 단위의 진공 수준에서의 물의 끓는 온도를 제공한다.

임의의 현저한 압력 상승은 라이너(60, 61) 사이의 틈새공간(62)에서 물의 잠재적 누출을 나타낼 것이다. 틈새공간에서 진공펌프(101)에 의하여 유지되는 부기압(sub-atmospheric) 조건으로 인해, 수조로부터 내측 라이너(61)를 통해 이 공간으로 누출될 수 있는 임의의 물은 증발될 것이며, 압력센서(104)에 의해 모니터링되고 검출될 수 있는 압력을 상승시키게 된다. 진공펌프(101)는 바람직하게는 구동되도록 설정되어 틈새공간(62)의 압력을 "설정압력"으로 끌어내려야 한다.

하나의 비한정적 실시의 예로서의 작동에 있어서, 진공펌프(100)가 작동되어 2 인치 수은(Hg) 압력의 틈새공간(62)에서 음압(진공)을 생성한다면, 그 음압에서의 물의 대응하는 끓는점은 상기 테이블로부터 화씨 101도(℉)이다. 사용후핵연료 저장조(40)의 수조의 물W의 대규모 물의 온도가 화씨 101도 보다 높은 임의의 온도이고 내측 수조 라이너(61)를 통해 틈새공간(62)으로 누출이 발생하면, 누출 액체가 즉시 증발하여 증기가 생성된다. 진공펌프(100)는 유동 플레넘(68), 상부매설판(70)의 유동통로(105), 및 유동도관(103)을 통해 증기를 회수한다 (도5 및 도7의 수증기의 방향흐름 화살표 참조). 상기 펌프(101)의 흡입 측에 배치된 압력센서(104)는 라이너 시스템에서의 잠재적 누출을 나타내는 대응하는 압력 상승을 검출할 것이다. 일부 실시의 예에서, 압력센서(104)는 적절하게 구성된 컴퓨터 프로세서 기반의 발전소 모니터링 시스템(107)의 제어패널과 작동가능하게 연결될 수 있다. 발전소 모니터링 시스템(107)은 연속적으로 또는 간헐적으로 라이너 사이의 틈새공간(62)에서 측정된 압력을 모니터링하고 검출하여 잠재적 수조 누출 상태를 운영자에게 경고한다. 이러한 발전소 모니터링 시스템은 추가적인 설명 없이 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.

상기 진공펌프(101)로부터 배기 및 배출에 있어서의 추출된 증기는 대기 중으로 배출되기에 앞서 숯 필터 또는 다른 유형의 여과재와 같은 적합한 여과장치(102)를 통해 보내져서, 미립자 오염물질의 대기 중으로의 방출을 방지할 수 있다.

유리하게는, 누출이 사용후핵연료 저장조(40)로부터 진공시스템(100)을 통해 검출되면, 핵연료저장조를 캡슐화(encapsulate)하는 제1 외측 라이너(60)는 제2 장벽 및 방어선을 제공하여 수조의 물W이 환경으로 직접 누출되는 것을 방지하는 것을 유의해야 한다.

알림 통로, 진공펌프, 및 구비될 수 있는 누출 모니터링/검출 기능이 있는 필터 조합을 포함하는 진공추출 시스템의 개수에 제한이 없음을 유의해야 한다. 경우에 따라, 4개의 독립시스템이 적절한 중복성을 제공할 수 있다. 추가적으로, 제3 또는 심지어 제4 라이너 층이 추가되어 수조의 물의 환경으로의 누출에 대한 장벽의 개수를 증가시킬 수 있음이 또한 인식된다. 제1 라이너 간 공간의 누설방지가 이유가 무엇이든 헬륨 분광학과 같은 분야에서의 고 충실도 검사에 의해 입증될 수 없다면, 경우에 따라 제3 층이 완화수단으로서 이용될 수 있다.

전술한 설명 및 도면은 본 발명의 바람직한 실시의 예들을 나타내지만, 다양한 추가, 변경 및 치환이 첨부된 특허청구범위의 균등물의 기술적 사상 및 범위의 이탈 없이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 본 발명은 기술적 사상 또는 본질적인 특징을 벗어나지 않고, 다른 형태, 구조, 배치, 비율, 크기 및 다른 요소, 재질 및 구성 요소와 함께 실시될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 명세서에 설명되는 방법/프로세스에서 많은 변형이 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있다. 당업자는 실시의 예들이 본 명세서에서 설명되는 원리에서 벗어남 없이 특정환경 및 동작가능 요구사항에 특히 적응되는 구조, 배치, 비율, 크기, 재질 및 구성요소의 많은 변경을 통해 사용될 수 있으며, 또한 본 발명의 실시에 사용될 수 있음을 더 이해할 것이다. 따라서, 현재 개시된 실시의 예들은 모든 측면에서 제한적이지 않으면서 예시적인 것이다. 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 균등물의 범위에서 벗어나지 않고 당업자에 의해 이루어질 수 본 발명의 다른 변형과 실시의 예를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.

Claims (20)

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10. 베이스 슬라브;
    베이스 슬라브로부터 위로 연장되어 상기 베이스 슬라브에 접해있고 둘레를 형성하는 복수의 수직측벽;
    냉각수를 담고 있는 상기 베이스 슬라브 및 상기 수직측벽에 의하여 집합적으로 규정되는 공동(cavity, 空洞);
    상기 냉각수를 가열하는 핵연료봉을 포함하는 사용후핵연료 집합체를 보관하는 상기 공동에 배치된 적어도 하나의 연료저장 랙(rack);
    상기 베이스 슬라브와 상기 수직측벽에 인접한 외측 라이너, 상기 외측 라이너에 인접하고 상기 냉각수에 의해 습윤되는 내측 라이너, 및 상기 외측 라이너와 내측 라이너 사이에 형성된 틈새공간을 포함하는 수조 라이너 시스템;
    상기 틈새공간과의 유체연통을 하고 상기 수직측벽을 따라 형성된 유동 플레넘(plenum); 및
    상기 유동 플레넘과 유동적으로 연결되고, 상기 틈새공간을 대기압 미만의 음의 설정압력으로 배기하도록 작동가능한 진공펌프;를 포함하는,
    누출 검출 시스템을 가지는 환경적으로 격리된 사용후핵연료 저장조.
11. 제10항에 있어서,
    상기 수조의 둘레를 둘러싸고 상기 공동에 접하는 상기 수직측벽에 매설되는 상부매설판
    을 더 포함하며,
    상기 외측 라이너 및 상기 내측 라이너는 상기 상부매설판에 엇갈리게(staggered relationship) 부착되어 상기 유동 플레넘을 형성하며,
    상기 진공펌프는 상기 상부매설판을 통해 상기 유동 플레넘과 유동적으로 연결되는,
    사용후핵연료 저장조.
12. 제11항에 있어서,
    상기 진공펌프를 상기 틈새공간에 유동적으로 연결시키는 유동통로를 더 포함하는,
    사용후핵연료 저장조.
13. 제12항에 있어서,
    상기 진공펌프의 흡입구를 상기 유동통로에 유동적으로 연결시키는 유동도관에 배치된 압력센서를 더 포함하는,
    사용후핵연료 저장조.
14. 제11항에 있어서,
    상기 내측 라이너 및 상기 외측 라이너의 상부 말단은 상기 유동 플레넘을 형성하도록 상기 상부매설판에 개별적으로 용접되는,
    사용후핵연료 저장조.
15. 제10항에 있어서,
    상기 내측 라이너와 상기 외측 라이너 사이의 상기 틈새공간에서 측정된 압력을 모니터링하고 검출하는 컴퓨터 프로세서 기반의 발전소 모니터링 시스템을 더 포함하는,
    사용후핵연료 저장조.
16. 제10항에 있어서,
    상기 진공펌프로부터 배출물에 유동적으로 연결되고 상기 내측 라이너 및 상기 외측 라이너 사이에서의 상기 틈새공간으로부터 수집된 증기로부터 오염물질을 제거하도록 작동가능한 숯 필터를 더 포함하는,
    사용후핵연료 저장조.
17. 제11항에 있어서,
    상기 내측 라이너 및 상기 외측 라이너의 상부 말단은 상기 공동 내에서 상기 상부매설판의 상면 아래 지점에서 종료되는,
    사용후핵연료 저장조.
18. 복수의 수직측벽, 베이스 슬라브, 냉각수를 포함하는 공동(cavity, 空洞), 및 외측 라이너, 내측 라이너, 및 상기 외측 라이너와 내측 라이너 사이의 틈새공간을 포함하는 상기 공동에 배치된 라이너 시스템을 포함하는 사용후핵연료 저장조를 제공하는 단계;
    상기 사용후핵연료 저장조에 연료저장 랙(rack)을 배치하는 단계;
    복수의 사용후핵연료봉을 포함하는 적어도 하나의 핵연료 집합체를 상기 저장 랙에 삽입하는 단계;
    상기 사용후핵연료봉에 의해 생성된 붕괴열로부터 상기 사용후핵연료 저장조의 상기 냉각수를 제1 온도로 가열하는 단계;
    상기 제1 온도보다 낮은 해당 끓는점 온도를 가지는 음압까지 진공펌프로 상기 틈새공간에서 진공을 도출하는 단계;
    상기 틈새공간에서 상기 라이너 시스템을 통하여 상기 사용후핵연료 저장조로부터 누출되는 냉각수를 수집하는 단계;
    상기 누출냉각수를 비등(沸騰)을 통해 증기로 전환시키는 단계; 및
    상기 진공펌프를 이용하여 상기 틈새공간으로부터 상기 증기를 추출하는 단계;를 포함하고,
    상기 틈새공간에서의 증기의 존재를 통해 라이너의 파괴가 검출될 수 있는,
    사용후핵연료 저장조로부터의 누출을 검출하는 방법.
19. 제18항에 있어서,
    오염물질을 제거하도록 상기 진공펌프에 의하여 추출된 상기 증기를 숯 필터를 통하여 배출하는 단계를 더 포함하는,
    사용후핵연료 저장조로부터의 누출을 검출하는 방법.
20. 제18항에 있어서,
    상기 틈새공간에서의 압력을 모니터링하는 단계;
    상기 틈새공간에서 상기 라이너 시스템을 통하여 상기 사용후핵연료 저장조로부터 누출되는 냉각수를 수집하기 전에 상기 틈새공간에서의 제1 압력을 검출하는 단계; 및
    상기 틈새공간에서 상기 라이너 시스템을 통하여 상기 사용후핵연료 저장조로부터 누출되는 냉각수를 수집한 후 상기 제 1 압력보다 높은 제 2 압력을 검출하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제2 압력은 냉각수 누출 조건과 관련이 있는,
    사용후핵연료 저장조로부터의 누출을 검출하는 방법.

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