KR102432099B1 - 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치 - Google Patents

사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치 Download PDF

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Abstract

사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 외부 쉘(shell)과 중성자 차폐재에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask), 상기 캐스크의 외측 표면에 적어도 하나 이상 구비되는 밴드 부재, 상기 밴드 부재에 설치되는 양극 전극과 음극 전극, 및 상기 양극 전극과 음극 전극의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부를 포함한다.

Description

사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치{CORROSION MONITORING APPARATUS FOR DRY CASK STORAGE}
본 발명은 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장기적으로 사용후 핵연료 건식 저장용기의 부식 상태를 실시간 모니터링하고 평가할 수 있는 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 산업의 발전과 더불어 원자력발전소의 안전한 운영이 사회적으로 중요한 이슈로 부각되고 있다. 원자력 산업의 안전성을 향상하기 위한 여러 가지 요인들 중 사용 후 핵연료의 안전하고 효율적인 관리는 매우 중요하다고 할 수 있다. 원자력 발전소의 핵연료(농축우라늄)는 사용주기가 끝나면 새로운 핵연료로 교체되기 때문에 사용 후 핵연료가 주기적으로 배출되고 있으며, 이러한 사용 후 핵연료를 안전하게 보관 및 저장하는 것이 매우 중요하다.
세계적으로 사용 후 핵연료는 건식 또는 습식의 두 가지 방식으로 저장되고 있다. 원자력발전소 내의 사용 후 핵연료는 수조에 보관되고 있으며, 수조가 가득 차는 경우에는 별도의 중간저장 수조로 이송하는 호기간 이송을 통해 수조에 저장 방식과 건식 저장방식을 채용하여 보관하고 있다.
현재, 국내 원자력 발전소에서는 발전을 하고 사용완료된(사용후) 핵연료는 대부분 습식 저장 형태로 수조에 보관 중에 있으나, 종국에는 처분을 해야 하는 상황이다.
그러나, 그 이전에 사용후 핵연료는 중간시설에 예컨대, 20년이상 많게는 50년이상 보관을 해야 한다.
이를 위해서는 사용후 핵연료 건식 저장용기의 핵심 부품들, 특히 외부 쉘(Outer shell)과 차폐재에 의하여 차폐된 캐스크(cask)에 대한 안전성 모니터링이 절대적으로 중요하다.
그러나, 종래에는 사용후 핵연료 건식 저장 용기를 가시적으로 관찰하여 이상 유무를 판별하나, 건식 저장 용기(캐스크)의 외면에는 중성자 차폐재가 설치되어 있어 건식 저장 용기(메인 보디 쉘)의 부식을 정확히 확인하기 곤란한 문제점이 있었다.
특히, 부식에 의한 기밀성 파괴는 치명적인 환경재해가 예상되므로, 장기적으로 사용후 핵연료 건식 저장용기의 부식 상태를 모니터링하고 평가할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 장기적으로 사용후 핵연료 건식 저장용기의 부식 상태를 실시간 모니터링하고 평가할 수 있는 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 외부 쉘(shell)과 중성자 차폐재에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask),
상기 캐스크의 외측 표면에 적어도 하나 이상 구비되는 밴드 부재,
상기 밴드 부재에 설치되는 양극과 음극, 및
상기 양극과 음극의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부를 포함하는 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치가 제공될 수 있다.
상기 캐스크와 상기 밴드 부재 사이에 설치되는 격리부재를 포함하는 것일 수 있다.
상기 밴드 부재는 상기 캐스크와 동일한 소재로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 밴드 부재는 상기 캐스크의 외측 표면의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 복수개 설치되는 것일 수 있다.
상기 밴드 부재는 상기 캐스크의 외측 표면의 상부, 중부, 하부 부분에 설치되는 것일 수 있다.
상기 밴드 부재는 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 격리부재는 비전도체 재질로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 격리부재는 상기 캐스크의 외측 표면에 원주 방향으로 일정한 간격으로 복수개 설치되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 외부 쉘(shell)과 중성자 차폐재에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask),
상기 캐스크의 외측 표면에 일정한 간격을 두고 부착되는 제1, 제2 밴드 전극, 및
전류가 인가되면 상기 캐스크의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부를 포함하는 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치가 제공될 수 있다.
상기 제1, 제2 밴드 전극은 상기 캐스크의 외측 표면의 하부와 상부에 위치되는 것일 수 있다.
상기 제1, 제2 밴드 전극은 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 사용후 핵연료 건식 저장용기의 장기적인 건전성 유지 상태를 실시간으로 모니터링하고 평가살 수 있으므로, 기밀성에 대한 위험상황을 미연에 대비할 수 있고, 인허가 연장을 위한 기본 소재 열화 관리 시스템으로의 활용도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치는, 외부 쉘(shell)(미도시)과 중성자 차폐재(미도시)에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask)(100),
상기 캐스크(100)의 외측 표면에 적어도 하나 이상 구비되는 밴드 부재(200),
상기 밴드 부재(200)에 설치되고, 전류가 인가되면 전류가 흐르는 양극(300)과 음극(310), 및
전류가 안가되면 상기 양극(300)과 음극(310)의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부(400)를 포함할 수 있다.
상기 캐스크(100)와 상기 밴드 부재(200) 사이에 설치되고, 상기 캐스크(100)와 상기 밴드 부재(200)를 이격시켜 주기 위한 격리부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 캐스크(100)는 스틸 등과 같은 전기를 통할 수 있는 전도성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 밴드 부재(200)와 상기 격리 부재(500)는 상기 캐스크(100)의 외측에 중성자 차폐재를 설치하기 이전에 설치될 수 있다.
상기 밴드 부재(200)는 상기 모니터링부(400)에 의하여 상기 밴드 부재(200)의 열화 상태를 주기적으로 모니터링 함으로써 동일 환경에 놓여 있는 상기 캐스크(100)의 부식 상태를 예측할 수 있도록 상기 캐스크(100)와 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 밴드 부재(200)는 상기 캐스크(100)의 부식 상태를 정확하게 예측할 수 있도록 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 복수개 설치될 수 있다.
또한, 상기 밴드 부재(200)는 상기 캐스크(100)의 부식 상태를 보다 정확하게 예측할 수 있도록 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 상부, 중부, 하부 부분에 설치될 수 있다.
상기 밴드 부재(200)는 일정한 폭의 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어질 수 있다.
상기 모니터링부(400)는 상기 양극(300) 및 음극(310)과 유선 또는 무선 등에 의하여 연결되어, 전류가 인가되면 양극 전극 및 음극 전극에 흐르는 저항값을 표시할 수 있다. 또한, 상기 양극(300) 및 음극(310)을 상기 모니터링부(400)에 무선으로 연결시켜 주기 위한 무선 엑세스 장치(410)를 포함할 수 있다.
상기 격리부재(500)는 상기 캐스크(100)에 전기가 통하지 않도록 하는 비전도체 재질로 이루어질 수 있다.
상기 격리부재(500)는 상기 캐스크(100)와 상기 밴드 부재(200)를 효과적으로 이격시켜 줄 수 있도록 상기 캐스크(100)의 외측 표면에 원주 방향으로 일정한 간격으로 복수개, 예컨대 2개 내지 8개 이상 설치될 수 있다.
이하에서, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 작동에 대해서 설명한다.
상기 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치는, 상기 밴드 부재(200)를 상기 캐스크(100)와 동일한 소재로 구성하고, 상기 캐스크(100)와 상기 밴드 부재(200) 사이는 캐스크(100)의 외측 표면에 원주 방향으로 일정한 간격으로 설치된 격리 부재(500)에 의하여 서로 이격되어 있으며, 상기 밴드 부재(200)에는 양극(300)과 음극(310)이 설치되어 있으며, 상기 양극(300)과 음극(310)에는 전류의 저항값을 측정하여 표시하는 모니터링부(400)가 연결되어 있다.
여기서는, 상기 밴드 부재(200)가 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 상부, 중부, 하부 부분에 설치된 경우를 예로 들어 설명하지만, 이보다 더 적거나 더 않은 부분에 밴드 부재(200)가 있는 경우에도 동일한 방식으로 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 양극(300)과 음극(310)에 전류가 인가되면, 상기 모니터링부(400)는 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 상부, 중부, 하부에 각각 설치된 밴드 부재(200)의 양극(300)와 음극(310)에 흐르는 전류에 의한 저항값을 측정하여 이를 외부에서 모니터링 할 수 있도록 표시한다.
상기 모니터링부(400)에 표시된 상기 캐스크의 외측 표면의 상부, 중부, 하부에 각각 설치된 각 밴드 부재(200)의 양극(300)과 음극(310)에 흐르는 각각의 측정 저항값을 주기적으로 모니터링 하고, 상기 각각의 측정 저항값을 부식이 발생하지 않은 밴드 부재(200)의 정상 저항값(설정 저항값)과 비교함으로써, 각 밴드 부재(200)의 열화 상태를 모니터링 할 수 있다.
만약, 상기 밴드 부재(200)에 부식이 발생한 경우 측정 저항값이 정상 저항값(설정 저항값)보다 일정한 크기만큼 커지게 된다.
즉, 상기 밴드 부재(200)의 정상 저항값과 측정된 측정 저항값을 비교하여, 측정 저항값이 정상 저항값보다 커지게 되면, 상기 밴드 부재(200)에 부식이 발생한 것으로 평가할 수 있다. 이 경우 측정 저항값의 변화 크기, 즉 저항값이 커짐 정도에 따라 상기 밴드 부재(200)의 부식 정도를 평가할 수 있으며, 이러한 밴드 부재(200)의 부식 정도에 따라 상기 밴드 부재(200)와 동일 환경에 놓여 있는 상기 캐스크(100)의 부식 상태 및 건전성을 예측(평가)할 수 있는 것이다.
또한, 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 상부, 중부, 하부에 위치된 각 밴드 부재(200)의 각각의 측정 저항값을 상호 비교함으로써, 상기 캐스크(100) 내부 핵연료의 발열 온도에 따른 열화 거동도 비교(평가)할 수 있는 테이터를 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 측면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치의 개략적인 평면도이다.
본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치는 하기에서 특별히 설명하는 사항 이외에는 본 발명의 일 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치에서 설명한 사항과 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 구현예에 따른 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치는, 외부 쉘(shell)(미도시)과 중성자 차폐재(미도시)에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask)(100),
상기 캐스크(100)의 외측 표면에 일정한 간격을 두고 부착되고, 전류가 인가되면 전류가 흐르는 제1, 제2 밴드 전극(300A, 310A), 및
전류가 인가되면 상기 캐스크(100)의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부(400A)를 포함할 수 있다.
상기 제1, 제2 밴드 전극(300A, 310A)은 전류 인가시 상기 캐스크(100)에 흐르는 전류에 의한 저항값을 정확하게 모니터링할 수 있도록 상기 캐스크(100)의 외측 표면의 하부와 상부에 위치될 수 있다.
상기 제1, 제2 밴드 전극(300A, 310A)은 일정한 폭의 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2 밴드 전극(300A, 310A)은 상기 모니터링부(400A)에 의하여 상기 캐스크(100)의 열화 상태를 주기적으로 모니터링 함으로써 상기 캐스크(100)의 부식 상태를 예측할 수 있도록 상기 캐스크(100)와 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
100: 캐스크 200: 밴드 부재
300: 양극 310: 음극
400: 모니터링부 500: 격리 부재

Claims (11)

  1. 외부 쉘(shell)과 중성자 차폐재에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask),
    상기 캐스크의 외측 표면에 적어도 하나 이상 구비되는 밴드 부재,
    상기 밴드 부재에 설치되는 양극과 음극,
    상기 양극과 음극의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부, 및
    상기 캐스크와 상기 밴드 부재 사이에 연결 설치되고, 상기 캐스크와 상기 밴드 부재를 이격시켜 주기 위한 격리부재
    를 포함하고,
    상기 격리부재는 상기 캐스크의 외측 표면에 원주 방향으로 일정한 간격으로 복수개 설치되는, 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밴드 부재는 상기 캐스크와 동일한 소재로 이루어지는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밴드 부재는 상기 캐스크의 외측 표면의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 복수개 설치되는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밴드 부재는 상기 캐스크의 외측 표면의 상부, 중부, 하부 부분에 설치되는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밴드 부재는 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어지는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격리부재는 비전도체 재질로 이루어지는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  8. 삭제
  9. 외부 쉘(shell)과 중성자 차폐재에 의하여 차폐되고, 사용후 핵연료를 저장하는 캐스크(cask),
    상기 캐스크의 외측 표면에 일정한 간격을 두고 부착되는 제1, 제2 밴드 전극,
    전류가 인가되면 상기 캐스크의 저항값을 측정하여 이를 표시하기 모니터링부, 및
    상기 캐스크와 상기 캐스크의 외측 표면에 하나 이상 구비된 밴드 부재 사이에 연결 설치되고, 상기 캐스크와 상기 밴드 부재를 이격시켜 주기 위한 격리부재
    를 포함하고,
    상기 격리부재는 상기 캐스크의 외측 표면에 원주 방향으로 일정한 간격으로 복수개 설치되는, 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1, 제2 밴드 전극은 상기 캐스크의 외측 표면의 하부와 상부에 위치되는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1, 제2 밴드 전극은 띠 형상을 갖고 박판 형태로 이루어지는 것인 사용후 핵연료 건식 저장용기 부식 모니터링 장치.
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