KR102380006B1 - 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온의 수용액을 포함하는 풀 및 이의 사용 방법 - Google Patents

다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온의 수용액을 포함하는 풀 및 이의 사용 방법 Download PDF

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Abstract

핵 연료를 저장하는 방법이 기재된다. 일부 경우에, 본 방법은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀(storage pool) 내에 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 침지하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 본 방법은 물 및 그에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는 저장 풀에 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온을 갖는 염을 첨가하는 단계를 포함한다. 본 방법은 이들 둘 모두를 포함할 수 있다. 저장 풀이 또한 기재된다. 저장 풀은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 갖는 수용액과, 상기 수용액에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함한다. 원자로 노심을 정비(servicing)하는 방법이 또한 기재된다.

Description

다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온의 수용액을 포함하는 풀 및 이의 사용 방법 {POOL INCLUDING AQUEOUS SOLUTION OF POLYHEDRAL BORON HYDRIDE ANIONS OR CARBORANE ANIONS AND METHODS OF USING THE SAME}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2014년 4월 25일자로 출원된 미국 가출원 제61/984,538호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
배경기술
일반적으로, 원자력 발전에서, 열 에너지는 핵분열 물질 (예를 들어, 토륨, 우라늄 및 플루토늄)의 연쇄 핵분열(chain fission)에 의해서 발생되고, 발전에 필요한 동력이 상기 열 에너지로부터 얻어진다. 핵분열 물질은 전형적으로 소결체(sintered body)의 형태로 제조되어 핵 연료 봉에 수용된다. 핵 연료 봉은 묶음으로 배열되어 핵 연료 집합체(nuclear fuel assembly)를 형성한다. 원자로 노심(nuclear reactor core)에서, 추가 중성자의 수 및 속도를 제어하고, 핵분열 물질의 연쇄 반응 (반응도: >1)을 방지하기 위해서 제어 봉 및 감속재(moderator)가 일반적으로 사용된다. 감속재는, 예를 들어, 중수 (D2O), 경수 (H2O), 흑연 및 베릴륨을 포함할 수 있다. 원자로는 감속재의 성질에 따라 몇몇 유형으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 경수 원자로(light-water nuclear reactor; LWR)에는 가압수 원자로(pressurized water reactor; PWR) 및 비등수 원자로(boiling water reactor; BWR)가 포함된다. 원자로의 다른 유형에는 중수 감속재를 포함하는 중수 원자로(heavy-water nuclear reactor; HWR), 및 고온 가스 냉각 원자로(high-temperature gas-cooled reactor; HTGR)가 포함된다.
주기적으로, 원자로 노심으로부터 핵 연료 봉의 일부분을 제거하고 새로운 연료 봉으로 대체한다. 폐(spent) 연료 봉은 전형적으로 물이 적절한 방사선 차폐를 제공하기에 충분히 깊은 물의 풀(pool) 내에서 랙(rack)에 수년 동안 (예를 들어, 10년 내지 20년 동안) 저장된다. 물을 냉각하여 폐 연료 봉에 의해 발생되는 열을 제어한다. 저장 풀에서 중성자를 흡수하고 임계(criticality)를 방지하기 위해 10B 원자를 포함하는 고체 중성자-흡수 물질 (예를 들어, 금속 또는 중합체 매트릭스 내의 탄화붕소)이 전형적으로 저장 랙에 사용된다. 붕산으로부터의 용해성 붕소가 또한 이러한 목적을 위해 풀의 물에 첨가될 수 있다.
핵 연료 봉을 위한 저장 풀에서의 붕산의 사용은 몇몇 문제를 갖는다. 붕산은, 예를 들어, 랙 구성 물질(racking material) 또는 임의의 노출된 연료 피복(fuel cladding)의 부식을 야기할 수 있다. 게다가, 물에서의 붕산의 용해도는 전형적으로 20℃에서 용액 100 그램당 약 4.7 그램인 것으로 보고되어 있다. 저장 풀 내의 저농도의 용해성 붕소는 임계를 방지하는 그의 유용성을 제한하고/하거나 비상 상황 시 그의 유용성을 제한할 수 있다.
다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액이 본 발명에 따른 방법 및 저장 풀에 제공된다. 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온은 중성자를 흡수하여 제어되지 않은 핵분열 반응을 방지한다. 일부 실시 형태에서, B10H10 2-, B11H14 -, CB11H12 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함하는 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온은 붕산보다 더 큰 중량 퍼센트의 붕소를 가지며, 그들이 해리되는 염 중 적어도 일부는 물에서 붕산보다 더 용해성이다. 그 결과로, 전형적으로, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액은 붕산 용액보다 더 큰 붕소 가용성(availability)을 가지며, 이는 임계를 방지하는 용액의 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 이러한 용액에서의 더 큰 붕소 가용성으로 인해, 이러한 용액은 비상 상황 또는 예상치 못한 영구적 발전소 정지(shutdown) 시에 활성 연료 봉의 이동 또는 저장을 위해 유용할 수 있다. 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액은 또한 붕산 용액보다 시스템을 덜 부식시킬 것으로 예상된다.
일 태양에서, 본 발명은 원자로 노심의 외부에 핵 연료를 저장하는 방법을 제공한다. 일부 경우에, 본 방법은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내에 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 침지하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 본 방법은 물 및 그에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는 저장 풀에 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온을 갖는 염을 첨가하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 본 방법은 이들 둘 모두를 포함한다. 적어도 하나의 염을 첨가하는 것은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 제공하는 것이다. 핵 연료 봉 또는 핵 연료 봉의 일부분은 일반적으로 원자로 노심의 외부에 있다.
다른 태양에서, 본 발명은 저장 풀을 제공한다. 저장 풀은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액 및 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함한다. 핵 연료 봉은 사용(used) 연료 봉 (폐 연료 봉일 수 있음) 또는 미사용(fresh) 연료 봉일 수 있다. 핵 연료 봉 또는 이의 일부분은 랙에 저장될 수 있다. 저장 풀은 핵 연료 봉 또는 이의 일부분 위로 20 피트 (6.1 미터) 이상의 수용액을 가질 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 원자로를 정비(servicing)하는 방법을 제공한다. 본 방법은 적어도 하나의 사용 연료 봉을 원자로 노심으로부터 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함한다. 사용 연료 봉은 폐 연료 봉일 수 있다. 일부 경우에, 본 방법은 또한 적어도 하나의 미사용 핵 연료 봉을 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함한다.
본 출원에 있어서,
단수형("a", "an" 및 "the")과 같은 용어는 단지 단수형 실체를 말하고자 하는 것이 아니라, 특정 예가 예시에 사용될 수 있는 일반적인 부류를 포함하고자 한다. 단수 용어는 용어 "적어도 하나"와 상호 교환적으로 사용된다.
목록 뒤에 있는 구문 "~중 적어도 하나를 포함하다"는 목록 내의 항목 중 임의의 하나 및 목록 내의 2개 이상의 항목의 임의의 조합을 포함함을 지칭한다. 목록 뒤에 있는 구문 "~중 적어도 하나"는 목록 내의 항목 중 임의의 하나 또는 목록 내의 2개 이상의 항목의 임의의 조합을 지칭한다.
본 명세서에서 용어 "폐", "사용", 및 "미사용"은 핵 연료의 활성의 다양한 정도를 지칭한다. "폐" 핵 연료 및 "사용" 핵 연료 둘 모두는 원자로에서 사용된 적이 있다. "폐" 핵 연료는 더 낮은 활성을 가지며 재사용가능한 것으로 여겨지지 않을 수 있는 반면, "사용" 핵 연료는 재사용가능할 수 있다. "미사용" 핵 연료는 원자로에서 사용된 적이 없으며 최고의 활성을 갖는다.
용어 "수성"은 물을 포함함을 지칭한다. 물은 H2O 또는 D2O일 수 있다.
용어 "저장하는" 및 "저장"은 소정 기간에 제한되지 않는다. 저장은, 열을 발생시키기 위한 원자로 노심 내부 이외의 곳에 핵 연료가 존재하는 임의의 기간을 지칭한다. 저장 방법은 수시간, 수일, 수개월, 수년, 또는 수십 년 동안 저장하는 것을 포함할 수 있다.
모든 수치 범위는 달리 언급되지 않는 한 그의 종점(endpoint)들 및 종점들 사이의 정수가 아닌 값을 포함한다 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함함).
본 발명을 실시하기 위해 유용한 수용액은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함한다. 다면체 수소화붕소 음이온은 오직 붕소 원자 및 수소 원자만을 포함한다. 카르보란 음이온은 오직 탄소 원자, 붕소 원자, 및 수소 원자만을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 음이온은 다면체 수소화붕소 음이온이다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B10H10 2-, B11H14 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B10H10 2- 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B10H10 2-를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B11H14 -를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B12H12 2-를 포함한다. 다면체 수소화붕소 음이온은 전형적으로 I족 염, II족 염, 암모늄 염, 또는 알킬 암모늄 염 - 여기서 알킬은 에틸 또는 메틸임 - 의 용해에 의해 수용액 중에 제공된다. 알킬 암모늄 염은 모노알킬-, 다이알킬-, 트라이알킬-, 또는 테트라알킬암모늄 염일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온은 I족 염, 암모늄 염, 또는 테트라알킬 암모늄 염, 일부 실시 형태에서, I족 염의 용해에 의해 수용액 중에 제공된다. 적합한 염의 예에는 Li2B10H10, Na2B10H10, K2B10H10, (NH4)2B10H10, [(C2H5)3NH]2B10H10, LiB11H14, NaB11H14, KB11H14, NH4B11H14, Li2B12H12, Na2B12H12, K2B12H12, 및 (NH4)2B12H12가 포함된다.
일부 실시 형태에서, 음이온은 카르보란 음이온이다. 일부 실시 형태에서, 카르보란 음이온은 CB11H12 -를 포함한다. 카르보란 음이온은 전형적으로 I족 염, II족 염, 암모늄 염, 또는 알킬 암모늄 염 - 여기서 알킬은 에틸 또는 메틸임 - 의 용해에 의해 수용액 중에 제공된다. 알킬 암모늄 염은 모노알킬-, 다이알킬-, 트라이알킬-, 또는 테트라알킬암모늄 염일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 카르보란 음이온은 I족 염, 암모늄 염, 또는 테트라알킬 암모늄 염, 일부 실시 형태에서, I족 염의 용해에 의해 수용액 중에 제공된다. 적합한 염의 예에는 LiCB11H12, NaCB11H12, KCB11H12, NH4CB11H12가 포함된다.
본 발명을 실시하기 위해 유용한 수용액은 임의의 실시 형태에서 상기에 기재된 임의의 음이온 또는 염의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명을 실시하기 위해 유용한 수용액에는 전형적으로 유기 중합체가 없다.
다면체 수소화붕소 염은 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 금속 보로하이드라이드 또는 MB3H8 시재료로부터 MB11H14 염을 제조하는 방법은 각각 덩크스(Dunks) 등의 미국 특허 제4,115,520호; 제4,115,521호; 및 제4,153,672호에서 찾을 수 있다.
다양한 조건 하에서의 테트라알킬 암모늄 보로하이드라이드 염의 열분해가 B10H10 2- 음이온의 염을 제공하는 것으로 보고되어 있다. 예를 들어, (1) 문헌[W. E. Hill et al, "Boron Chemistry 4." Pergamon Press, Oxford 1979, p 33]; (2) 문헌[Mongeot et al Bull. Soc. Chim. Fr. 385, 1986]; 및 (3) 둘 모두 세일즈(Sayles)에게 허여된 미국 특허 제4,150,057호 및 제4,391,993호를 참조한다. 테트라알킬암모늄 보로하이드라이드 시재료 (R4NBH4)는, 수용액 또는 알코올 용액 중에서 소듐 보로하이드라이드를 1 몰 당량 이상의 테트라알킬암모늄 염 (예를 들어, 테트라알킬암모늄 하이드로겐설페이트)과 접촉시킴으로써 제조될 수 있다. 미국 특허 제7,524,477호 (스필보겔(Spielvogel) 등)에 보고된 바와 같이, (예를 들어, 정밀한 내부 온도 판독, 반응 혼합물 냉각 방법, 및 특정 램프(ramp) 및 등온 프로파일의 사용을 통해) 온도를 조절함으로써, 테트라알킬암모늄 보로하이드라이드 염의 열분해는 B10H10 2- 및/또는 B12H12 2- 음이온의 염을 양호한 수율로 제공할 수 있다. 예를 들어, B10H10 2-, B9H9 -, B11H14 -, 및/또는 B12H12 2-를 제조하는 일부 방법에서는, R4NBH4를 비점이 약 100℃ 이상인 용매에 용해, 현탁 또는 혼합하고 가열한다. 유용한 용매의 예에는 n-도데칸, 및 n-데칸과 n-도데칸의 혼합물을 포함하는, C8-C18 알칸 또는 C8-C18 알칸들의 혼합물이 포함된다. B10H10 2-, B9H9 -, B11H14 -, 및/또는 B12H12 2-를 제조하는 다른 방법에서는, R4NBH4와 트라이알킬아민 보란 부가물의 혼합물을 열분해한다. 보로하이드라이드 대 트라이알킬아민 보란의 비는 전형적으로 약 1:3 내지 약 3:1이고, 이러한 비는 1:1일 수 있다. 이들 방법에서, 약 185℃의 온도에서의 열분해는 전형적으로 테트라알킬암모늄 B10H10 2- 염과 테트라알킬암모늄 B12H12 2- 염의 약 1.4:1의 비의 혼합물을 제공한다. 다면체 수소화붕소 염을 위한 다양한 양이온은, 예를 들어, 이온 교환 방법에 의해 제공될 수 있다.
B12H12 2- 염을 제조하는 추가의 방법은, 예를 들어, 루이스 염기의 존재 하에 금속 하이드라이드를 알킬 보레이트와 반응시켜 루이스 염기-보란 착물 - 이는 열분해되어 B12H12 2- 염을 형성함 - 을 생성하는 것을 기재하는 미국 특허 제7,718,154호 (이바노프(Ivanov) 등), 및 금속 보로하이드라이드와 XBH3 (여기서, X는 치환된 아민, 치환된 포스핀, 또는 테트라하이드로푸란임)의 반응을 기재하는 미국 특허 제7,563,934호 (바나발리(Banavali) 등)에 보고되어 있다.
CB11H12 - 염의 합성이 또한 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌[Knoth, W.H., Journal of the American Chemical Society, 1967, vol. 89, page 1274]; 문헌[Jelinek, T. et al., Collection of Czechoslovak Chemical Communications, 1986, vol. 51, page 819]; 및 문헌[Franken, A., et al., Collection of Czechoslovak Chemical Communications, 2001, vol. 66, pages 1238-1249]을 참조한다.
붕소의 2가지 자연 발생 동위 원소 (11B 및 10B) 중에서, 10B는 대략 3800 반(barn) (3.8 × 10-24 m2)의 열 중성자 흡수 단면적을 갖는 더 우수한 중성자 흡수체이다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 임의의 전술한 염을 포함하는 다면체 수소화붕소 음이온은 10B가 풍부하다. 다양한 절차가 10B 풍부 다면체 수소화붕소 염의 합성을 위해 이용가능하다. 일반적으로, 합성은 10B 풍부 붕산에서 시작하며, 이것을 보로하이드라이드 염으로 전환할 수 있다. 풍부화된 보로하이드라이드를, 예를 들어, 상기에 기재된 임의의 방법으로 사용하여, 10B가 풍부한 염을 제공할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 상기에 기재된 열분해 혼합물에 포함된 테트라알킬암모늄 보로하이드라이드 염 또는 트라이알킬아민 보란 부가물 중 적어도 하나는 10B가 풍부하다. 동위 원소 풍부 붕산으로부터의 동위 원소 풍부 B11H14 - 염은 미국 특허 제7,641,879호 (스필보겔)에 기재되어 있다.
10B 풍부 염을 포함하는 염 (예를 들어, Li2B10H10, Na2B10H10, K2B10H10, (NH4)2B10H10, LiB11H14, NaB11H14, KB11H14, NH4B11H14, Li2B12H12, Na2B12H12, K2B12H12, 및 (NH4)2B12H12) 중 적어도 일부는 미국 펜실베이니아주 발렌시아 소재의 보론 스페셜티즈 엘엘씨(Boron Specialties LLC)로부터 구매가능하다.
일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온은 Li2B10H10, LiB11H14, LiCB11H12, 또는 Li2B12H12의 용해에 의해 수용액 중에 제공된다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 염은 Li2B10H10이다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 염은 Li2B12H12이다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 염은 LiB11H14이다. 일부 실시 형태에서, 카르보란 염은 LiCB11H12이다. 리튬의 낮은 원자 질량 때문에, 그러한 염은 다른 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염과 비교하여 붕소의 중량 백분율이 가장 클 수 있다. 게다가, 하기에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 리튬 염은 몇몇의 최고 수용해도의 다면체 수소화붕소 염을 가질 수 있다. 7Li는 그 원자의 92.5%를 차지하는 가장 일반적인 리튬 동위 원소이다. 그러나, 7Li는 중성자 투명성(neutron transparent)이고, 일부 실시 형태에서 Li2B10H10, LiB11H14, LiCB11H12, 또는 Li2B12H12 중 어느 하나는 7Li가 풍부한 것이 유용할 수 있다. 7Li의 풍부화는 (Et4N)2B10H10, Et4NB11H14, (Et4N)2B12H12, 또는 상기에 기재된 방법에 따라 제조된 카르보란 염을 물 중에서 구매가능한 7LiOH로 처리함으로서 수행될 수 있다.
다면체 수소화붕소 및 카르보란 염은, 예를 들어, 그들의 일반적으로 높은 붕소 함량 때문에, 본 명세서에 개시된 방법 및 저장 풀에 유용하다. 붕산에는 단지 17.5 중량%의 붕소가 존재하지만, 전형적으로, 본 발명을 실시하기 위해 유용한 다면체 수소화붕소 및 카르보란 염은 염의 총 분자량을 기준으로 25 중량% 이상의 붕소를 갖는다. 예를 들어, Cs2B10H10에는 28 중량%의 붕소가 존재한다. 다른 예에서, Li2B10H10, Na2B10H10, 및 (NH4)2B10H10에는 각각 81.9 중량%, 65.9 중량%, 및 70.1 중량%의 붕소가 존재한다. 추가의 예에서, Li2B12H12, Na2B12H12, 및 (NH4)2B12H12에는 각각 83.3 중량%, 69.1 중량%, 및 72.9 중량%의 붕소가 존재한다. 또 다른 예에서, LiCB11H12, NaCB11H12, 및 KCB11H12에는 각각 79.3 중량%, 71.6 중량%, 및 65.3 중량%의 붕소가 존재한다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염은 염의 총 분자량을 기준으로 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 또는 65 중량% 이상의 붕소를 갖는다.
다면체 수소화붕소 염은, 예를 들어 물에서의 그들의 높은 용해도 때문에, 본 명세서에 개시된 방법 및 저장 풀에 또한 유용하다. 붕산은 전형적으로 20℃에서 용액 100 그램당 단지 약 4.7 그램의 수용해도를 갖는 것으로 보고되어 있지만, 전형적으로, 본 발명을 실시하기 위해 유용한 다면체 수소화붕소 염은 용해도가 20℃에서 용액 100 그램당 15 그램 이상이거나, 붕산의 수용해도의 3배 이상이다. 일부 실시 형태에서, 본 발명을 실시하기 위해 유용한 다면체 수소화붕소 염은 수용해도가 20℃에서 용액 100 그램당 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 그램 이상이다. 소정 카르보란 염이 또한 유용한 수용해도를 갖는 것으로 예상된다. CB11H12 -는, 예를 들어, 매우 약하게 배위하는 음이온이다. 다수의 상이한 염에 대한 수용해도 및 이러한 용해도를 결정하는 방법이 하기 실시예에 보고되어 있다.
본 발명에 따른 저장 풀은, 예를 들어, 원자로 노심의 외부에 핵 연료 봉을 저장하기 위해 유용하다. 저장 풀은 일반적으로 전기가 발생되는 원자로 장소에 위치되며, 이 저장 풀은 원자로 노심에서 사용 후에 제거된 것으로 폐 연료 봉일 수 있는 침지된 사용 연료 봉, 원자로 노심에 아직 사용되지 않은 침지된 미사용 연료 봉, 다른 침지된 원자로 구성 요소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 중성자 흡수체인 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액은 저장 풀 내에서의 제어되지 않은 핵분열 반응을 방지할 수 있다. 저장 풀 내의 수용액은 또한 방사능 연료 봉으로부터의 방사선 차폐재의 역할을 하며 원료 내의 방사성으로 붕괴하는 동위 원소의 열을 흡수하는 냉각재(coolant)의 역할을 한다. 본 발명을 실시하기 위해 유용한 수용액은 상기에 기재된 임의의 실시 형태에 따른 용해된 염을 염(들)의 용해도 한계까지 임의의 유용한 농도로 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염은 수용액 100 그램당 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 그램 이상의 농도로 존재한다.
저장 풀은, 안전 여유(safety margin)를 제공하고 작업자의 특수 차폐 보호 없이 연료 집합체 조작을 가능하게 하기 위해서, 침지된 연료 봉 위로 약 20 피트 (6.1 미터) 이상의 수용액을 가질 수 있다. 20 피트 (6.1 미터) 이상의 다른 깊이가 가능하지만, 일부 실시 형태에서, 저장 풀은 깊이가 약 30 또는 40 피트 (9.1 또는 12.2 미터) 이상이다. 일부 실시 형태에서, 저장 풀은 콘크리트로 제조된다. 저장 풀은 정수(standing water)의 수집지이며 그 자체가 원자로 노심은 아닌 것으로 이해되어야 한다.
일부 실시 형태에서, 저장 풀은 원자로 노심으로부터의 연료 봉 또는 연료 집합체를 수용하도록 설계된 저장 랙을 포함한다. 저장 랙은 금속 또는 중합체 매트릭스 내의 탄화붕소를 포함할 수 있다. 저장 랙은 대략 풀의 하부 14 피트 (4.3 미터)에 위치될 수 있다. 연료 봉은 원자로 노심에 사용되었을 때의 그의 구성과 유사한 구성으로 랙에 저장할 수 있지만, 다른 구성이 유용할 수 있다. 본 발명에 따른 방법 및 저장 풀은, 연료 봉이 랙에 저장되지 않은 경우에도 유용하다. 예를 들어, 자연 재해 또는 사고 후에, 연료 봉은 풀의 하부에서 이상이 생길 수 있다(disordered). 적어도 일부의 연료 봉이 찌그러지거나 부서질 수 있거나, 또는 그의 피복의 일부분이 손실될 수 있다.
본 명세서에 개시된 원자로 노심의 외부에 핵 연료를 저장하는 방법에서, 용해된 염은, 상기에 기재된 임의의 그의 실시 형태에서, 임의의 핵 연료 봉 또는 이의 일부분이 저장 풀에 침지되기 전에 저장 풀에 존재할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염 중 적어도 하나는, 핵 연료 봉의 적어도 일부분이 이미 침지되어 있는 저장 풀의 물에 첨가될 수 있다. 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염을 첨가하는 것은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나의 수용액을 제공하는 것이다. 다면체 수소화붕소 염 또는 카르보란 염을 기존 풀에 첨가하는 것은, 자연 재해, 핵 비상(nuclear emergency), 또는 (예를 들어, 폐 연료 또는 미사용 연료인, 부가적인 핵 연료를 풀에 첨가할 필요가 있는) 임계의 위협을 제공하는 다른 상황 후에 유용할 수 있다.
본 발명은, 적어도 하나의 사용 연료 봉을 원자로 노심으로부터 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함하는, 원자로를 정비하는 방법을 또한 제공한다. 정비는 예를 들어, 정지 또는 연료 재장전(refueling) 작업의 일부일 수 있다. 일부 경우에, 사용 연료 집합체를 랙에 넣고 원자로 노심으로부터 수로의 하부를 따라 저장 풀로 이동시킨다. 원자로가 연료 재장전되는 실시 형태에서, 사용 연료 봉은 전형적으로 폐 연료 봉이며, 상기 방법은 또한 적어도 하나의 미사용 핵 연료 봉을 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나, 미사용 연료 및 폐 연료가 동일한 저장 풀 내에 있을 필요는 없다. 전형적으로 원자로 노심이 연료 재장전될 때, 미사용 연료가 원자로 노심 내의 폐 연료의 일부를 대체하고 노심으로부터의 폐 연료는 폐 연료 저장 풀 내에 저장된다. 미사용 연료는 미사용 연료 운송 캐스크(cask)로부터 미사용 연료 풀 내로 전달될 수 있으며, 그로부터 원자로 노심으로 옮겨진다.
붕산의 소정 특징이 폐 연료 풀 및/또는 미사용 연료 풀에서 그의 유용성을 제한한다. 상기에 기재된 바와 같이, 물에서의 붕산의 용해도는 전형적으로 20℃에서 용액 100 그램당 약 4.7 그램인 것으로 보고되어 있다. 저장 풀 내의 저농도의 용해성 붕소는, 다량의 연료가 존재하는 경우 임계를 방지하는 그의 유용성을 제한할 수 있다. 또한, 침착물로 인한 붕산 부식이 랙 및 관련 시스템의 완전성을 손상시킬 수 있다. 또한, 붕산의 사용은 다소 산성 pH를 제공하며, 이는 연료 봉 피복의 부식을 야기할 수 있다. pH를 허용가능한 수준으로 되게 하기 위해서, 7LiOH가 물에 첨가될 수 있다. 그러나, 너무 많은 LiOH의 존재가 또한 핵 연료 봉 피복의 부식을 야기할 수 있다. 부식으로부터 피복을 추가로 보호하기 위해서, 연료 피복 물질과 상호작용하는 감손(depleted) 산화아연이 첨가될 수 있다. 다면체 수소화붕소 염 및 소정 다면체 카르보란 염의 증가된 용해도로 인해, 붕산이 사용될 때보다 더 높은 농도의 용해성 붕소가 저장 풀에 존재할 수 있어서, 핵분열 반응에 걸쳐 더 우수한 제어를 제공하고 더 많은 양의 연료의 존재를 가능하게 한다. 또한, 이러한 증가된 용해도 때문에, 다면체 수소화붕소 염 및 소정 다면체 카르보란 염은 쉽게 침착되지 않을 것이며, 침착물이 발생하더라도, 그것이 동일한 부식성을 가질 것으로 예상되지 않는다. 다면체 수소화붕소 및 카르보란 염은 pH 중성이어서, 본 발명에 따른 방법 및 저장 풀에서 고가의 LiOH 및 감손 산화아연에 대한 필요성을 감소시키거나 없앨 수 있다.
게다가, 다면체 수소화붕소 및 카르보란 음이온은 전형적으로 열안정하며 무독성이다. 다면체 수소화붕소 및 카르보란 음이온의 케이지(cage) 구조는 그들을 화학적으로 매우 안정하게 만들며, 이는 장기간 저장을 가능하게 한다. 이들 염을 함유하는 수용액은 따라서 필요시 즉시 사용되도록 준비된다. 또한, 수용액 중의 다면체 수소화붕소 염을 사용하면, 일반적인 물의 화학 특성에 대해 임의의 부가적인 원자 또는 후속적인 붕괴 화학종이 도입되지 않을 것이며, 이들은 통상적으로 존재하지 않는다.
본 명세서에 개시된 방법에 따라 저장 또는 수용될 수 있고/있거나 본 발명의 저장 풀에 존재할 수 있는 연료 봉은 임의의 유형의 원자로 노심으로부터의 것일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 원자로 노심은 경수 원자로, 비등수 원자로, 가압수 원자로, 소형 모듈 원자로, 또는 중수 원자로의 구성 요소이다. 일부 실시 형태에서, 원자로 노심은, 비등수 원자로 또는 가압수 원자로일 수 있는, 경수 원자로의 구성 요소이다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 방법에 따라 저장 또는 수용될 수 있고/있거나 본 발명의 저장 풀에 존재할 수 있는 연료 봉은 경수 원자로로부터의 것이다. 경수 원자로에서, 일차 냉각재는 H2O이며, 이는 원자로 노심을 통해서 유동하여 스팀을 발생시키거나 또는 일부 다른 유용한 목적을 위해 열을 추출한다. 전기 발전의 경우, 스팀은 발전기 터빈을 구동하는 데 사용된다. 열 원자로에서, 일차 냉각수는 또한 중성자를 열중성자화하는 중성자 감속재로서의 역할을 하며, 이는 핵분열 물질의 반응성을 향상시킨다. 기계적으로 작동되는 제어 봉 및 용해성 중성자 독물질을 사용한 일차 냉각재의 화학적 처리와 같은 다양한 반응성 제어 메커니즘이 반응성 및 생성되는 열 발생을 조절하는 데 이용된다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 방법에 따라 저장 또는 수용될 수 있고/있거나 본 발명의 저장 풀에 존재할 수 있는 연료 봉은 비등수 원자로(BWR)로부터의 것이다. BWR은 상기에 기재된 경수 원자로의 한 유형인데, 일차 냉각수가 비등하여 스팀을 발생시킨다. 일차 냉각수는 전형적으로, 원자로 노심을 또한 수용하는 원자로 압력 용기 내에 유지된다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 방법에 따라 저장 또는 수용될 수 있고/있거나 본 발명의 저장 풀에 존재할 수 있는 연료 봉은 가압수 원자로(PWR)로부터의 것이다. PWR은 상기에 기재된 경수 원자로의 한 유형인데, 원자로 노심을 또한 수용하는 밀봉된 압력 용기 내에 일차 냉각수가 과열된 상태로 유지된다. 비등하지 않는 이러한 고온수는 이어서 부차적인 저압수 시스템과 열을 교환하고, 스팀이 되어 터빈을 구동한다. PWR에서는, 일차 냉각수의 압력 및 온도 둘 모두가 제어된다. 일부 실시 형태에서, 본 방법에 따라 및/또는 본 발명의 저장 풀 내에 저장될 수 있는 연료 봉은 중수 원자로 (HWR)로부터의 것이다. HWR은 PWR과 유사하게 작동하지만, 일차 냉각수가 H2O 대신에 D2O이다.
일부 실시 형태에서, 본 명세서에 개시된 방법에 따라 저장 또는 수용될 수 있고/있거나 본 발명의 저장 풀에 존재할 수 있는 연료 봉은 소형 모듈 원자로로부터의 것이다. 그러한 원자로는 전형적으로 전기 출력이 500 메가와트 (MW) 미만이다. 모듈 원자로는, 중앙 공장 위치에서 제조 및 조립되고, 이어서 설치를 위해 그의 새로운 위치로 보내지도록 설계된다. 소형 모듈 원자로는 경수 냉각될 수 있거나 또는 중수 냉각될 수 있고, 비등수 원자로 또는 가압수 원자로일 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태
제1 실시 형태에서, 본 발명은 원자로 노심의 외부에 핵 연료를 저장하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내에 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 침지하는 단계; 또는
물 및 그에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는 저장 풀에 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온을 포함하는 염을 첨가하는 단계 - 염을 첨가하는 것은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 제공하는 것임 - 중 적어도 하나를 포함한다.
제2 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태의 방법을 제공하며, 상기 방법은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 풀 내에 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 침지하는 단계를 포함한다.
제3 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태의 방법을 제공하며,
상기 방법은 물 및 그에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는 풀에 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온을 포함하는 적어도 하나의 염을 첨가하는 단계를 포함한다.
제4 실시 형태에서, 본 발명은
다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액; 및
상기 수용액에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는, 저장 풀을 제공한다.
제5 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 핵 연료 봉 또는 이의 일부분은 폐 연료 봉 또는 이의 일부분이다.
제6 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 핵 연료 봉 또는 이의 일부분은 미사용 연료 봉 또는 이의 일부분이다.
제7 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 핵 연료 봉 또는 이의 일부분은 사용 연료 봉 또는 이의 일부분이다.
제8 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제7 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 10B가 풍부하다.
제9 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제8 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 용해된 I족 염 또는 암모늄 염에 의해 제공된다.
제10 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, I족 염 또는 암모늄 염은 25 중량% 이상의 붕소를 갖는다.
제11 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 또는 제10 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, I족 염 또는 암모늄 염은 수용해도가 20℃에서 용액 100 그램당 15 그램 이상이다.
제12 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제11 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 음이온은 B10H10 2-, B11H14 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함하는 다면체 수소화붕소 음이온이다.
제13 실시 형태에서, 본 발명은 제12 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B10H10 2- 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함한다.
제14 실시 형태에서, 본 발명은 제13 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 Li2B10H10, Na2B10H10, K2B10H10, (NH4)2B10H10, Li2B12H12, Na2B12H12, K2B12H12, (NH4)2B12H12, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이다.
제15 실시 형태에서, 본 발명은 제14 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, Li2B10H10 또는 Li2B12H12는 7Li가 풍부하다.
제16 실시 형태에서, 본 발명은 제12 실시 형태의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B11H14 -를 포함하고, 다면체 수소화붕소 음이온은 LiB11H14, NaB11H14, KB11H14, (NH4)B11H14, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이고, 선택적으로 LiB11H14는 7Li가 풍부하다.
제17 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제11 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 음이온은 카르보란 음이온이고, 카르보란 음이온은 CB11H12 -를 포함하고, 카르보란 음이온은 LiCB11H12, NaCB11H12, KCB11H12, NH4CB11H12, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이고, 선택적으로 LiCB11H12는 7Li가 풍부하다.
제18 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제17 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 저장 풀은 핵 연료 봉 또는 이의 일부분이 저장되는 랙을 추가로 포함한다.
제19 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제18 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 저장 풀은 핵 연료 봉 또는 이의 일부분 위로 20 피트 (6.1 미터) 이상의 수용액을 갖는다.
제20 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제19 실시 형태 중 어느 하나의 방법 또는 저장 풀을 제공하며, 여기서, 저장 풀은 경수 원자로, 비등수 원자로, 가압수 원자로, 소형 모듈 원자로, 또는 중수 원자로 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 장소에 위치된다.
제21 실시 형태에서, 본 발명은 원자로 노심을 정비하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 적어도 하나의 사용 연료 봉을 원자로 노심으로부터 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함한다.
제22 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, 사용 핵 연료 봉은 폐 연료 봉이다.
제23 실시 형태에서, 본 발명은, 적어도 하나의 미사용 핵 연료 봉을 저장 풀 내로 수용하는 단계를 추가로 포함하는, 제21 실시 형태 또는 제22 실시 형태의 방법을 제공한다.
제24 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제23 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 저장 풀은 적어도 하나의 사용 핵 연료 봉이 배치된 랙을 추가로 포함한다.
제25 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제24 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 저장 풀은 적어도 하나의 사용 핵 연료 봉 위로 20 피트 (6.1 미터) 이상의 수용액을 갖는다.
제26 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제25 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 원자로 노심은 경수 원자로, 비등수 원자로, 가압수 원자로, 소형 모듈 원자로, 또는 중수 원자로의 구성 요소이다.
제27 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제26 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 원자로 노심을 정비하는 것은 원자로 노심을 연료 재장전하는 것을 포함한다.
제28 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제26 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 원자로 노심을 정비하는 것은 원자로 노심을 정지시키는 것을 포함한다.
제29 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제28 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 10B가 풍부하다.
제30 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제29 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 용해된 I족 염 또는 암모늄 염에 의해 제공된다.
제31 실시 형태에서, 본 발명은 제30 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, I족 염 또는 암모늄 염은 25 중량% 이상의 붕소를 갖는다.
제32 실시 형태에서, 본 발명은 제30 실시 형태 또는 제31 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, I족 염 또는 암모늄 염은 수용해도가 20℃에서 용액 100 그램당 15 그램 이상이다.
제33 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제32 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 음이온은 B10H10 2-, B11H14 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함하는 다면체 수소화붕소 음이온이다.
제34 실시 형태에서, 본 발명은 제33 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B10H10 2- 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함한다.
제35 실시 형태에서, 본 발명은 제34 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 Li2B10H10, Na2B10H10, K2B10H10, (NH4)2B10H10, Li2B12H12, Na2B12H12, K2B12H12, (NH4)2B12H12, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이다.
제36 실시 형태에서, 본 발명은 제35 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, Li2B10H10 또는 Li2B12H12는 7Li가 풍부하다.
제39 실시 형태에서, 본 발명은 제33 실시 형태의 방법을 제공하며, 여기서, 다면체 수소화붕소 음이온은 B11H14 -를 포함하고, 다면체 수소화붕소 음이온은 LiB11H14, NaB11H14, KB11H14, (NH4)B11H14, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이고, 선택적으로 LiB11H14는 7Li가 풍부하다.
제38 실시 형태에서, 본 발명은 제21 실시 형태 내지 제32 실시 형태 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 여기서, 음이온은 카르보란 음이온이고, 카르보란 음이온은 CB11H12 -를 포함하고, 카르보란 음이온은 LiCB11H12, NaCB11H12, KCB11H12, NH4CB11H12, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용해된 염으로부터의 것이고, 선택적으로 LiCB11H12는 7Li가 풍부하다.
하기의 구체적이지만 비제한적인 실시예는 본 발명을 예시하는 데 도움이 될 것이다.
실시예
하기 표에서의 염은 임의의 상기 실시 형태에서의 본 발명에 따른 방법 및 저장 풀에 유용할 수 있다.
하기 표에 나타나 있는 염 용해도는 하기 절차에 의해 결정하였다. 자석 교반 플레이트 상의, 온도계 및 교반 막대가 구비된 2구 둥근 바닥 플라스크에 기지의 양의 물 (25 그램 또는 50 그램)을 첨가하였다. 용질 (염)을 분석적으로 칭량하고, 용액의 온도를 측정하면서, 대략 0.1 g 증분으로 용매에 첨가하였다. 첨가 및 교반 후 용액에서 혼탁이 관찰될 때까지 용질을 첨가하였다. 이어서 용액 100 그램당 그램으로 용해도를 계산하였고, 이는 하기 표에 제공되어 있다. 측정된 온도 범위는 18℃ 내지 21℃였다.
표: 용액 100 그램당 염 용해도 (그램)
Figure 112016113143183-pct00001
본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있으며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예로 부당하게 제한되지 않아야 한다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (15)

  1. 원자로 노심(nuclear reactor core)의 외부에 핵 연료를 저장하는 방법으로서,
    다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀(storage pool) 내에 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 침지하는 단계; 또는
    물 및 그에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분을 포함하는 저장 풀에 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온을 포함하는 염을 첨가하는 단계 - 염을 첨가하는 것은 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 제공하는 것임 -
    중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  2. 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액; 및
    상기 수용액에 침지된 핵 연료 봉의 적어도 일부분
    을 포함하는, 저장 풀.
  3. 원자로 노심을 정비(servicing)하는 방법으로서, 적어도 하나의 사용 연료 봉을 원자로 노심으로부터 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나를 포함하는 수용액을 포함하는 저장 풀 내로 수용하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 B10H10 2-, B11H14 -, CB11H12 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함하는, 저장 풀.
  5. 제2항에 있어서, 수용액은 다면체 수소화붕소 음이온을 포함하는, 저장 풀.
  6. 제2항에 있어서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 용해된 I족 염 또는 암모늄 염에 의해 제공되는, 저장 풀.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 B10H10 2-, B11H14 -, CB11H12 -, 또는 B12H12 2- 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 수용액은 다면체 수소화붕소 음이온을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 다면체 수소화붕소 음이온 또는 카르보란 음이온 중 적어도 하나는 용해된 I족 염 또는 암모늄 염에 의해 제공되는, 방법.
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