KR102524908B1 - 방사선조사 표적 취급 장치 - Google Patents

Abstract

원자로의 노심 내부에서 원하는 핵변환 생성물을 생산하기 위해 필요에 따라 물질에 방사선조사할 수 있게 하는 장치가 제공된다. 이 장치는, 방사선조사되고 있는 물질 근처에서 중성자 플럭스를 모니터링하기 위한 수단을 제공하여, 생산되고 있는 핵변환 생성물의 양을 결정할 수 있게 한다. 상기 장치는, 원자로를 정지시킴이 없이, 원하는 경우, 방사선조사된 물질이 원자로 내로 삽입되고 원하는 축방향 위치에서 적소에 유지될 수 있게 하며, 원자로로부터 인출되도록 한다. 장치의 대부분은 후속적인 방사선조사를 위해 재사용될 수도 있다. 상기 장치는, 또한 원자로 안팎으로 표적 물질을 삽입 및 인출하기 위한 원동력을 전달하는 장치의 부분에 미방사선조사 표적 물질을 간단 및 신속히 부착할 수 있게 하며, 처리를 위해 장치로부터 방사선조사 표적 물질을 신속히 분리할 수 있게 한다.

Description

방사선조사 표적 취급 장치{IRRADIATION TARGET HANDLING DEVICE}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2016 년 7 월 14 일자로 출원된 미국 특허 출원 제 15/210,231 호의 이익을 주장하며, 이 특허출원은 언급에 의해 본 명세서에 통합된다.

분야

본 발명은 일반적으로 핵 노심의 안팎으로 물품을 삽입 및 인출하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제어된 삽입 및 인출을 제공하는 재사용 가능한 장치에 관한 것이다.

다수의 운영중인 원자로는 미국 특허 제 3,932,211 호에 기술된 것과 같은 가동식 노심-내 검출기 시스템(moveable in-core detector system)을 이용한다. 가동식 검출기 시스템은 일반적으로 플랜트의 크기(2 개, 3 개 또는 4 개의 루프)에 따라 4 개, 5 개 또는 6 개의 검출기/구동 조립체들을 포함하며, 이 조립체들은 노심-내 플럭스 심블의 다양한 조합을 평가할 수 있는 방식으로 상호 연결된다. 심블 상호 연결 능력을 얻기 위해, 각 검출기는 그것과 관련된 5 경로 및 10 경로 회전 기계적 전달 장치를 갖는다. 검출기들이 관통 구동되는 특정 심블을 이송 장치에 의해 선택함으로써 노심 맵(core map)이 만들어진다. 매핑 시간을 최소화하기 위해 각 검출기는 그것의 인출 위치로부터 노심 바로 아래의 지점까지 고속(72 피트/분)으로 주행할 수 있다. 이 지점에서, 검출기 속도는 분당 12 피트로 감소되고 검출기는 노심의 정상부를 가로지르고 방향이 반전되고 검출기는 노심의 바닥을 가로지른다. 그런 다음 검출기 속도는 분당 72 피트로 증가하고 검출기는 그것의 인출 위치로 이동한다. 이송 장치를 회전시키는 것에 의해서 매핑을 위해 새로운 플럭스 심블이 선택되며 위의 절차가 반복된다.

도 1은 가동식 소형 검출기들(movable miniature detectors)의 삽입을 위한 기본 시스템을 도시한다. 소형 검출기들(12)이 내부에서 구동되는 후퇴가능한 심블(retractable thimbles: 10)이 대략 도시된 바와 같은 루트(routes)를 취한다. 심블은 원자로 용기(16)의 바닥으로부터 콘크리트 차폐 영역(18)을 통해 심블 시일 테이블(20)까지 상향 연장되는 도관을 통해 원자로 노심(14) 내로 삽입된다. 가동식 검출기 심블들은 선(원자로) 단부[leading(reactor) end]에서 폐쇄되기 때문에, 그들의 내부는 건조하다. 따라서 심블은 원자로 수압(2500 psig 설계)과 대기 사이에서 압력 장벽으로서의 역할을 한다. 후퇴가능한 심블과 도관 사이의 기계적 시일이 시일 테이블(20)에 제공된다. 도관(22)은 본질적으로 원자로 용기(16)의 연장부이고, 심블은 노심-내 계장 가동식 소형 검출기들의 삽입을 허용한다. 운전 중에, 상기 심블(10)은 정지해 있으며, 연료보급 또는 유지보수 작업 중 감압 상태 하에서만 후퇴할 것이다. 원자로 용기의 바닥으로의 심블의 인출은 용기 내부구조체 상에서의 작업이 필요한 경우에만 가능하다.

소형 검출기의 삽입을 위한 구동 시스템은 도시된 바와 같이 기본적으로 구동 유닛(24), 리미트 스위치 조립체(26), 5 경로 회전 전달 장치(28), 10 경로 회전 전달 장치(30) 및 격리 밸브(32)를 포함한다.

각 구동 유닛은 중공 나선형-랩 구동 케이블(hollow helical-wrap drive cable)을 노심 안으로 밀어 넣는다. 상기 케이블의 선단부에는 소형 검출기가 부착되고, 검출기 출력과 통신하는 소경 동축 케이블은 중공체 중앙을 통해 구동 케이블의 후단부(trailing edge)에 역으로 나사결합한다.

의료적 처치에 사용되는 동위 원소와 같은 방사선조사가 소망되는 중성자 활성화 및 핵변환 생성물(irradiation desired neutron activation and transmutation products)의 생산을 위한 가동식 노심-내 검출기 시스템 플럭스 심블(10)의 사용은 원자로 노심(14) 내에 위치된 플럭스 심블 내측으로부터 방사선조사될 물질을 삽입 및 인출하기 위한 수단을 필요로 한다. 바람직하게는, 사용된 수단은 생산 과정 동안 사람들에 대한 방사선 피폭의 가능성을 최소화하고 또한 이 과정 동안 발생하는 방사성 폐기물의 양을 최소화한다. 생산되고 있는 활성화 또는 핵변환 생성물의 양이 적정하도록, 표적 물질에 들어오는 중성자 노출을 정밀하게 모니터링하기 위해, 장치가 표적 물질 부근의 중성자 플럭스의 표시를 연속적으로 측정할 수 있게 하는 것이 필요하다. 이상적으로, 사용된 수단은 현재 상업용 원자로의 노심 내부의 센서들을 삽입 및 인출하는데 사용되는 시스템과 호환될 수 있을 것이다.

본 발명은 전술한 모든 중요한 고려 사항을 충족하는 동위 원소 생산 케이블 조립체를 기술한다.

본 발명은 원자로 노심 내에서 센서를 삽입 및 인출하는 데 사용되는 케이블 구동 시스템 용의 기존의 원자로 구동 메커니즘에 대한 구동 메커니즘 요구 사항과 호환가능하도록 구성된 구동 케이블을 포함하는 동위 원소 생산 케이블 조립체를 갖는 방사선조사 표적 취급 장치를 제공한다. 구동 케이블은, 원자로의 노심 내의 플럭스 심블 내로 삽입되도록 설계된 일 단부 근방에서 구동 케이블의 축방향 길이 둘레로 감겨진 나선형으로 권취된 자체동력식 방사선 검출기를 갖는다. 자체동력식 방사선 검출기의 길이는 나선체의 단부부터 단부까지 최소 축방향 길이로 사전선택된 신호 출력을 제공하기에 충분하므로, 자체동력식 방사선 검출기는 원자로 노심 내의 자체동력식 방사선 검출기 위치에서 원자로 플럭스를 나타내는 출력을 제공하여, 구동 케이블의 일 단부 근방에서 구동 케이블에 의해 지지되는 표적 물질의 축방향 위치를 최적화한다.

퀵 디스커넥트 커플링(quick disconnect coupling)의 암형 또는 수형 단부 중 하나가 구동 케이블의 일 단부에 부착되고; 표적 홀더 요소 케이블 조립체는 표적 홀더 요소 케이블 조립체의 일 단부에 부착된 퀵 디스커넥트 커플링의 암형 단부 또는 수형 단부 중 다른 하나를 가지며, 암형 또는 수형 단부 중 상기 하나에 부착 및 분리되도록 구성된다. 표적 홀더 요소 케이블 조립체는 플럭스 심블을 통해 구동 케이블이 삽입 및 인출될 때 상기 표적 물질을 안전하게 유지하도록 구성된 표적 물질 지지 구획(target material support compartment)을 더 구비한다.

일 실시형태에 있어서, 표적 홀더 요소 케이블 조립체는 플럭스 심블의 경계 내에 표적 물질을 유지하기에 충분한 길이를 갖는 금속 메시의 중공 실린더를 포함한다. 바람직하게는, 상기 표적 홀더 요소 조립체는 코발트가 실질적으로 없는 물질로 구성되고 상기 와이어 메시는 상기 플럭스 심블을 통과하여 이동할 때 상기 표적 물질을 지지하기 위해 필요한 만큼 얇다. 바람직하게는, 중공 메시 실린더는 퀵 디스커넥트 커플링에 의해 일 단부가 캡핑되고 타 단부가 캡에 의해 캡핑된다. 그러한 일 실시형태에 있어서, 캡은 링 클램프로 적소에 고정되고, 하나의 그러한 디스커넥트 커플링은 볼 체인 커플링이라고도 알려진 볼 클래습 커플링일 수도 있다.

그러한 일 실시형태에 있어서, 구동 메카니즘은 자체동력식 방사선 검출기의 신호 출력 도선이 구동 케이블의 개구를 통해 축방향으로 라우팅되는 기존의 노심-내 가동식 검출기 시스템의 일부이다.

본 발명은 또한 원하는 핵변환 생성물을 생산하기 위해 표적 물질에 방사선조사하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 원자로 노심의 플럭스 심블 내에서 이동하도록 크기설정된 표적 물질 홀더 요소에 표적 물질을 고정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 표적 물질 홀더 요소를 플럭스 심블 내에 삽입될 구동 케이블의 일 단부에 퀵 디스커넥트 커플링으로 체결시키고, 구동 케이블은 일 단부 근방에서 구동 케이블 상에 위치된 자체동력식 방사선 검출기를 가지며, 자체동력식 방사선 검출기는 구동 케이블의 축방향 길이를 따라 플럭스 심블(flux thimble) 외부의 모니터링 위치로 라우팅된다. 그 다음, 상기 방법은 상기 플럭스 심블 내의 사전선택된 축방향 위치로 상기 구동 케이블 및 표적 물질 홀더 요소를 구동시킨다. 그 다음,원자로 노심 외부의 모니터링 위치에서 자체동력식 방사선 검출기 출력을 모니터링하여, 표적 물질의 핵변환 상태를 결정한다. 목표 물질이 원하는 핵변환 생성물을 달성했을 때, 표적 물질 홀더 요소가 플럭스 심블로부터 인출된다. 그런 다음 표적 물질 홀더 요소가 구동 케이블로부터 분리되어 처리 설비로 운송된다. 처리 설비에서 표적 물질은 표적 물질 홀더 요소로부터 제거되어 처리된다.

바람직하게는, 상기 방법은 새로운 표적 물질 홀더 요소로 구동 케이블을 재사용하는 단계를 포함한다. 그러한 일 실시형태에 있어서, 디스커넥트 커플링은 볼 및 클래습 커플링이다. 다른 실시형태에 있어서, 표적 물질 홀더는, 일 단부가 퀵 디스커넥트 커플링으로 캡핑되고 제 2 원위 단부가 커버로 캡핑된 메시 실린더이며, 커버를 링 클램프로 고정하는 단계를 포함한다. 후자의 실시형태에 있어서, 링 클램프를 제거하는 단계는, 처리를 위해 표적 물질에 접근하도록 커버를 제거하기 위하여 처리 설비에서 수행된다.

본 발명의 추가 이해는 바람직한 실시형태에 대한 다음의 설명을 하기의 첨부 도면과 함께 읽을 때 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 이용될 수 있는 종래 기술의 노심-내 가동식 검출기 배열체의 사시도.
도 2는 본 발명의 동위원소 생산 케이블 조립체 구동 케이블 조립체의 일 실시형태의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 구동 케이블 조립체에 표적 홀더 요소 케이블 조립체를 연결하는 퀵 디스커넥트(quick disconnect)의 암형 부분과 표적 홀더 요소의 평면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 구동 케이블 조립체의 노심 삽입 측에 도시된 퀵 디스커넥트의 수형 부재의 정면도이다.
도 5는 도 2 및 도 4에 도시된 퀵 디스커넥트의 수형 부재의 측면도이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 동위 원소 생산 케이블 조립체는 두 개의 주요 요소, 즉 구동기 케이블 조립체(36) 및 표적 홀더 요소(38)로 구성된다. 주요 구성 요소는 구동 케이블 조립체(36)이다. 구동 케이블 조립체(36)는 도 1에 개략적으로 도시된 웨스팅하우스(Westinghouse)의 가동식 노심-내 검출기 시스템과 같은 상업용 원자로 노심(14) 내에 센서(12)를 삽입 및 인출하는 데 사용되는 기존의 케이블 구동 시스템에 대한 구동 메커니즘 요구 사항과 호환가능하도록 구성된 케이블을 포함한다. 구동 케이블 조립체(36) 내부는 자체동력식 검출기 요소(self-powered detector element: 41)용 신호 도선(signal lead: 42)을 포함한다. 자체동력식 검출기(41)의 활성 부분(active portion)은 단부에서 단부까지의 축방향 위치 차이의 최소값 및 강한 신호 출력(robust signal output)을 제공하기에 충분한 길이로 구동 케이블(40)의 삽입 단부의 외부 둘레에 감긴 나선체(spiral)이다. 자체동력식 검출기(41)로부터의 출력(output)을 사용하여, 원자로 노심(14) 내의 자체동력식 검출기 위치에서의 원자로 플럭스를 식별해서, 표적 물질의 축방향 위치를 최적화시킨다.

소형 검출기(12) 중 하나에 결합되었던 기존의 구동 케이블에 대한 대체물인 구동 케이블 조립체(36)가 도 2 내지 도 5에 참조번호(48 및 50)로 표시된 볼 클래습 배열체(ball clasp arrangement)(볼 체인 커플링이라고도 알려져 있음)를 사용하여 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38)에 부착된다. 볼 및 클래습 배열체는 구동 케이블 조립체(36)의 원자로 삽입 단부에 연결된, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 볼 또는 수형 부분(48)을 갖는다. 도 2는 볼 부분(48)의 평면도를 도시하고, 도 4는 정면도를 도시하며, 도 5는 측면도를 도시한다. 클래습 부분(50)은 커넥터 핀(52)으로 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38) 상의 표적 물질 홀더(42)에 부착된다. 퀵 디스커넥트 커플링의 볼 부분(48)은 클래습 부분(50) 내에 끼워맞춰지도록 설계되고 클래습 부분(50)에 의해 착탈 가능하게 포획된다. 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38)는 표적 물질 홀더(43)를 포함하며, 이 표적 물질 홀더는 활성 원자로 노심(14)의 경계 내에 원하는 양의 표적 물질을 유지하기에 충분한 길이를 갖는 매우 얇은 금속 메시의 중공 실린더이다. 표적 물질이 원자로로부터 인출된 후, 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38)는 구동 케이블 조립체(36)로부터 쉽고 신속하게 분리될 수 있으므로 전체 표적 홀더 요소 케이블 조립체는 처리 설비(processing facility)로 운송될 수도 있다. 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38)의 삽입 단부에 도시된 캡(44)은 링 클램프(46)에 의해 적소에 유지된다. 링 클램프(46)는 처리 설비에서 제거하기가 간단하도록 설계된다. 링 클램프가 일단 제거되면, 방사선조사된 물질(irradiated material)이 표적 홀더 요소 케이블 조립체의 내부로부터 제거될 수 있다. 표적 홀더 요소 케이블 조립체(38)만이 방사선조사 후에 폐기된다. 구동 케이블 조립체(36)는 기계적으로 실용적인 한 재사용된다.

따라서, 본 발명은 노심-내 계장을 위한 기존의 상업용 원자로 케이블 구동 시스템을 사용하여 유용한 활성화 및 핵변환 생성물을 생산할 수 있게 한다. 본 발명의 특정 실시형태가 상세하게 설명되었지만, 당업자라면 본 개시의 전반적인 내용에 비추어 그 세부에 대한 다양한 변형 및 대안이 개발될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시형태는 단지 예시적인 것으로서, 첨부된 청구 범위의 전체 범위 및 그 임의의 모든 균등물에 주어지는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.

Claims (5)

1. 케이블 조립체를 이용하여 원하는 핵변환 생성물을 생산하기 위해 표적 물질에 방사선조사하는 방법에 있어서, 상기 케이블 조립체는
   원자로 노심 내에 센서들을 삽입 및 인출하도록 구성된 케이블 구동 시스템을 위한 기존의 원자로 구동 메커니즘과 함께 사용하도록 구성된 구동 케이블 ―상기 구동 케이블의 내부는 신호 도선 및 자체동력식 방사선 검출기를 포함하고, 상기 자체동력식 방사선 검출기는 상기 구동 케이블의 축방향 길이 둘레에 나선형으로 권취되고 감겨지며, 상기 자체동력식 방사선 검출기는 원자로의 노심 내의 플럭스 심블(flux thimble) 내로 삽입되도록 구성된 상기 구동 케이블의 일 단부 근방에서 상기 구동 케이블 상에 위치하고, 상기 자체동력식 방사선 검출기는, 상기 자체동력식 방사선 검출기가 원자로 노심 내의 상기 자체동력식 방사선 검출기의 위치에서 원자로 플럭스를 나타내는 출력을 제공하여, 상기 구동 케이블의 상기 일 단부 근방에서 구동 케이블에 의해 지지되는 표적 물질의 축방향 위치를 최적화하도록, 나선체의 단부부터 단부까지 최소 축방향 길이로 사전선택된 신호 출력을 제공하도록 구성된 길이를 포함함 ― 과;
   상기 구동 케이블의 상기 일 단부에 부착된 퀵 디스커넥트 커플링의 암형 단부 또는 수형 단부 중 하나와;
   표적 홀더 요소 케이블 조립체의 일 단부에 상기 퀵 디스커넥트 커플링의 암형 단부 또는 수형 단부 중 다른 하나를 가지며, 상기 구동 케이블의 상기 일 단부에 부착된 상기 암형 또는 수형 단부 중 하나에 부착 또는 분리되도록 구성되고, 상기 구동 케이블이 상기 플럭스 심블을 통해 삽입되고 인출될 때 상기 표적 물질을 유지하도록 구성된 표적 물질 홀더를 갖는 상기 표적 홀더 요소 케이블 조립체를 포함하고, 상기 방법은
   상기 표적 물질 홀더에 상기 표적 물질을 고정하는 단계;
   상기 플럭스 심블 내에 삽입될 상기 구동 케이블의 일 단부에 상기 표적 물질 홀더를 퀵 디스커넥트 커플링으로 체결시키는 단계;
   상기 구동 케이블 및 상기 표적 물질 홀더를 상기 플럭스 심블 내의 사전선택된 축방향 위치로 구동시키는 단계;
   상기 표적 물질의 핵변환 상태를 결정하기 위해 상기 사전선택된 축방향 위치에서 상기 자체동력식 방사선 검출기 출력을 모니터링하는 단계;
   상기 표적 물질이 원하는 핵변환 생성물을 달성하였을 때 상기 플럭스 심블로부터 상기 표적 물질 홀더를 인출하는 단계;
   상기 구동 케이블로부터 상기 표적 물질을 분리하는 단계;
   상기 표적 물질을 갖는 상기 표적 물질 홀더를 처리 설비로 운송하는 단계;
   상기 표적 물질 홀더로부터 상기 표적 물질을 제거하는 단계; 및
   상기 처리 설비에서 상기 표적 물질을 처리하는 단계를 포함하는
   표적 물질 방사선조사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   새로운 표적 물질 홀더로 상기 구동 케이블을 재사용하는 단계를 포함하는
   표적 물질 방사선조사 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 퀵 디스커넥트 커플링은 볼 및 클래습 커플링(clasp coupling)인
   표적 물질 방사선조사 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 표적 물질 홀더는, 일 단부에서 상기 퀵 디스커넥트 커플링으로, 그리고 제 2 원위 단부에서 커버로 캡핑된 메시 실린더이고,
   상기 커버를 링 클램프로 고정하는 단계를 포함하는
   표적 물질 방사선조사 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   처리를 위해 상기 표적 물질에 접근하도록 상기 커버를 제거하기 위하여, 상기 처리 설비에서 상기 링 클램프를 제거하는 단계를 포함하는
   표적 물질 방사선조사 방법.

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