KR102600988B1

KR102600988B1 - Passive safety apparatus and nuclear fuel assembly

Info

Publication number: KR102600988B1
Application number: KR1020220038118A
Authority: KR
Inventors: 정용훈; 이성민
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2022-03-28
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-11-10
Also published as: KR20230139592A

Abstract

복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 피동 안전 장치는 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함한다.A passive safety device located between a plurality of nuclear fuel rods includes a coolant container including a vertically extending internal space through which coolant flows in and out, and is immersed in the coolant in the internal space of the coolant container, and includes a neutron absorber and A neutron absorption unit connected to the neutron absorber and including a density regulator having a lower density than the coolant at a temperature below the reference temperature of the coolant, wherein the internal space of the coolant container is located at the upper part in the vertical direction, It includes a first lowering space having a first diameter, and a second lowering space that communicates with the first lowering space and is located below the vertical direction, and has a second diameter smaller than the first diameter.

Description

PASSIVE SAFETY APPARATUS AND NUCLEAR FUEL ASSEMBLY}

본 기재는 피동 안전 장치 및 이를 포함하는 핵연료 집합체에 관한 것이다.This disclosure relates to a passive safety device and a nuclear fuel assembly including the same.

일반적으로, 원자력 발전은 핵분열이 가능한 물질인 핵연료와 중성자의 반응으로 나오는 열에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법이다.In general, nuclear power generation is a method of producing electricity using thermal energy generated from the reaction of nuclear fuel, a material capable of nuclear fission, and neutrons.

핵분열 반응 시 연쇄적으로 중성자가 발생하고 중성자의 에너지 범위에 따라 열중성자 혹은 속중성자로 나뉜다. 이 중 속중성자를 이용하는 원자로인 고속로는 중성자의 높은 에너지가 유지되어야 하므로, 냉각재로서 액체 금속을 사용한다. 액체 금속은 핵분열 시 발생하는 열에너지를 수송하여 핵분열 물질이 있는 원자로로부터 열 교환기를 통해 발전 계통으로 열을 전달한다.During a nuclear fission reaction, neutrons are generated in succession, and depending on the energy range of the neutrons, they are divided into thermal neutrons or fast neutrons. Among these, fast reactors, which are nuclear reactors that use fast neutrons, use liquid metal as a coolant because the high energy of neutrons must be maintained. Liquid metal transports the heat energy generated during nuclear fission and transfers heat from the reactor containing the fissile material to the power generation system through a heat exchanger.

액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로는 중성자 누출이 충분하지 않거나 원자로의 크기가 상대적으로 클 때, 액체 금속의 밀도가 감소하여 중성자 스펙트럼 경화 현상이라 불리는 영향을 초래하여 핵연료에 중성자가 흡수되었을 때 발생하는 핵분열 중성자의 비율을 증가시킬 수 있다. 이러한 경향성으로 인해 고속로는 양의 냉각재 온도계수(coolant temperature coefficient) 또는 양의 냉각재 기포계수(coolant void reactivity)를 가질 수 있다.In fast reactors that use liquid metal as a coolant, when neutron leakage is not sufficient or the size of the reactor is relatively large, the density of the liquid metal decreases, resulting in an effect called neutron spectrum hardening, which occurs when neutrons are absorbed into the nuclear fuel. The proportion of fission neutrons can be increased. Because of this tendency, fast reactors can have a positive coolant temperature coefficient or positive coolant void reactivity.

이러한 고속로에서 액체 금속인 냉각재의 온도가 증가하면, 냉각제의 밀도가 감소하고, 노심에 양의 반응도가 삽입된다. 또는 냉각재 비등으로 인해 기포가 발생하면 노심에 양의 반응도가 삽입된다. 이러한 현상들은 결국 고속로의 노심의 출력을 증가시킨다.When the temperature of the coolant, which is a liquid metal, increases in such a fast reactor, the density of the coolant decreases and positive reactivity is inserted into the reactor core. Alternatively, if bubbles are generated due to coolant boiling, positive reactivity is inserted into the core. These phenomena ultimately increase the output of the fast reactor core.

고속로의 고유 안전성은 음의 반응도 궤환 효과(negative reactivity feedback effect)로부터 확보될 수 있다. 여기서, 음의 반응도 궤환 효과는 원자로 노심의 온도가 증가하면 노심에 음의 반응도가 삽입되는 것을 의미할 수 있다.The inherent safety of fast reactors can be ensured from the negative reactivity feedback effect. Here, the negative reactivity feedback effect may mean that negative reactivity is inserted into the reactor core when the temperature of the reactor core increases.

고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하기 위해서 노심 설계를 변경하여 중성자 누출을 증가시키거나 감속재를 사용하는 등 여러 가지 개념이 제시되어 왔다.In order to provide a negative reactivity feedback effect in fast reactors, various concepts have been proposed, such as increasing neutron leakage by changing the core design or using a moderator.

일 실시예는, 액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체를 제공하고자 한다.One embodiment is intended to provide a passive safety device and a nuclear fuel assembly that improve the inherent safety of a fast reactor by providing a negative reactivity feedback effect in a fast reactor using liquid metal as a coolant.

또한, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체를 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a passive safety device and nuclear fuel assembly that suppress rapid changes in output of the fast reactor core when providing a negative reactivity feedback effect to the fast reactor.

일 측면은, 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 피동 안전 장치에 있어서, 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함하는 피동 안전 장치를 제공한다.One side is a passive safety device located between a plurality of nuclear fuel rods, comprising a coolant container including an internal space extending in a vertical direction through which coolant flows in and out, and the coolant in the internal space of the coolant container. and a neutron absorption unit that is immersed and includes a neutron absorber and a density regulator connected to the neutron absorber and having a lower density compared to the coolant below a reference temperature of the coolant, wherein the internal space of the coolant container is located in the vertical direction. A first lowering space located at the upper part of and having a first diameter, and a second lowering space communicating with the first lowering space and located at the lower part of the vertical direction and having a second diameter smaller than the first diameter. Provides a passive safety device including:

상기 복수의 핵연료봉들 각각은 핵연료를 포함하며, 상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 상기 핵연료와 수평 방향으로 중첩하는 활성 노심 영역에 위치할 수 있다.Each of the plurality of nuclear fuel rods includes nuclear fuel, and may be located between the first lowering space and the second lowering space in an active core area that overlaps the nuclear fuel in the horizontal direction.

상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 경사질 수 있다.The distance between the first lowering space and the second lowering space may be inclined.

상기 중성자 흡수 유닛은, 상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 이하인 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 상부로 상승하고, 상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 초과로 상승한 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 하부로 하강할 수 있다.The neutron absorption unit rises to the upper part of the inner space of the coolant container when the temperature of the coolant is below the reference temperature, and the inner space of the coolant container when the temperature of the coolant rises above the reference temperature. You can descend to the bottom of .

상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮을 수 있다.A damping coefficient for the neutron absorption unit in the first falling space may be lower than a damping coefficient for the neutron absorption unit in the second falling space.

상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도 대비 클 수 있다.The terminal velocity of the neutron absorption unit in the first descending space may be greater than the terminal velocity of the neutron absorption unit in the second descending space.

상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.4이며, 상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.5 내지 0.9일 수 있다.The ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the first diameter of the first falling space may be 0.2 to 0.4, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the second diameter of the second falling space may be 0.5 to 0.9. there is.

상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.5이며, 상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.6 내지 0.9일 수 있다.The ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the first diameter of the first falling space may be 0.2 to 0.5, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the second diameter of the second falling space may be 0.6 to 0.9. there is.

상기 냉각재 용기는 내벽으로부터 상기 내부 공간의 중심으로 돌출된 복수의 볼록부들을 더 포함할 수 있다.The coolant container may further include a plurality of convex portions protruding from the inner wall toward the center of the inner space.

상기 복수의 볼록부들은, 상기 제1 하강 공간에 위치하는 제1 볼록부, 및 상기 제2 하강 공간에 위치하는 제2 볼록부를 포함할 수 있다.The plurality of convex portions may include a first convex portion located in the first descending space and a second convex portion located in the second descending space.

상기 중성자 흡수 유닛은 상기 냉각재 용기의 내벽으로 돌출된 날개를 더 포함할 수 있다.The neutron absorption unit may further include a wing protruding from the inner wall of the coolant container.

상기 수직 방향으로 상기 중성자 흡수 유닛의 길이는 상기 제2 하강 공간의 길이 대비 길며, 상기 날개는 상기 중성자 흡수 유닛의 상부에 위치할 수 있다.The length of the neutron absorption unit in the vertical direction is longer than the length of the second descent space, and the wing may be located on an upper part of the neutron absorption unit.

상기 중성자 흡수 유닛의 상기 밀도 조절체는 상기 중성자 흡수체의 상부에 위치하며, 상기 중성자 흡수 유닛의 무게 중심은 하부에 위치할 수 있다.The density regulator of the neutron absorption unit may be located at an upper part of the neutron absorber, and the center of gravity of the neutron absorption unit may be located at a lower part.

상기 중성자 흡수 유닛은 상기 중성자 흡수체의 하부에 위치하는 헤드 캡을 더 포함할 수 있다.The neutron absorption unit may further include a head cap located below the neutron absorber.

상기 냉각재 용기는 상기 냉각재가 유입 및 유출되는 우회 구멍을 더 포함할 수 있다.The coolant container may further include a bypass hole through which the coolant flows in and out.

상기 냉각재 용기는 상기 내부 공간의 바닥에 위치하는 충격 완화체를 더 포함할 수 있다.The coolant container may further include an impact absorber located at the bottom of the internal space.

상기 냉각재 용기는 외측 상부에 위치하는 수송 소켓 및 외측 하부에 위치하는 연결 소켓을 더 포함할 수 있다.The coolant container may further include a transport socket located on the outer upper side and a connection socket located on the outer lower side.

또한, 일 측면은 복수의 핵연료봉들, 및 상기 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 적어도 하나의 피동 안전 장치를 포함하며, 상기 피동 안전 장치는, 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함하는 핵연료 집합체를 제공한다.In addition, one side includes a plurality of nuclear fuel rods and at least one passive safety device located between the plurality of nuclear fuel rods, wherein the passive safety device has an interior extending in a vertical direction through which coolant flows in and out. A coolant container including a space, and immersed in the coolant in the internal space of the coolant container, comprising a neutron absorber and a density regulator connected to the neutron absorber and having a lower density compared to the coolant below the reference temperature of the coolant. and a neutron absorption unit, wherein the internal space of the coolant container is located at an upper part in the vertical direction, a first descending space having a first diameter, and a first descending space in communication with the first descending space at a lower part in the vertical direction. It provides a nuclear fuel assembly including a second descending space that is located and has a second diameter smaller than the first diameter.

일 실시예에 따르면, 액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체가 제공된다.According to one embodiment, a passive safety device and a nuclear fuel assembly are provided that improve the inherent safety of a fast reactor by providing a negative reactivity feedback effect in a fast reactor using liquid metal as a coolant.

또한, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체가 제공된다.In addition, when providing a negative reactivity feedback effect to the fast reactor, a passive safety device and a nuclear fuel assembly are provided that suppress rapid changes in output of the fast reactor core.

도 1은 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 나타낸 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 도 2에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 4는 냉각재 온도 상승 시 실험예 및 대비예 각각의 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 하강 위치를 나타낸 그래프이다.
도 5는 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 종단속도로 하강하는 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 8은 도 7에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 11은 도 10에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.Figure 1 is a plan view showing a nuclear fuel assembly according to one embodiment.
Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to one embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 2 increases.
Figure 4 is a graph showing the lowering position of the neutron absorption unit of the passive safety device in each of the experimental and comparative examples when the coolant temperature rises.
Figure 5 shows the damping coefficient for the neutron absorption unit descending at the terminal velocity in the inner space of the coolant container according to the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit of the passive safety device / the diameter of the inner space of the coolant container. This is the graph shown.
Figure 6 is a graph showing the terminal velocity of the neutron absorption unit descending in the inner space of the coolant container according to the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit of the passive safety device / the diameter of the inner space of the coolant container.
Figure 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment.
FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 7 increases.
Figure 9 is a cross-sectional view showing the passive safety device shown in Figure 7.
Figure 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment.
FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 10 increases.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the passive safety device shown in FIG. 10.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. The invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다. 이하에서, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체는 고속로의 냉각재인 액체 금속에 잠기는 핵연료 집합체이나, 이에 한정되지는 않는다.Hereinafter, a nuclear fuel assembly according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. Hereinafter, the nuclear fuel assembly according to one embodiment is a nuclear fuel assembly immersed in liquid metal, which is a coolant of a fast reactor, but is not limited thereto.

도 1은 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 나타낸 평면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 2는 도 1에서 이웃하는 핵연료봉들과 그 사이에 위치하는 피동 안전 장치를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a plan view showing a nuclear fuel assembly according to one embodiment. Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to one embodiment. FIG. 2 is a diagram showing neighboring nuclear fuel rods in FIG. 1 and a passive safety device located between them.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체(1000)는 공지의 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에 사용되는 연료이나, 이에 한정되지 않는다. 핵연료 집합체(1000)는 고속로에서 냉각재(CL)에 잠겨져 있으며, 냉각재(CL)는 고속로에서 핵연료 집합체(1000)의 하부로부터 상부로 이동하여 공지의 열 교환기로 이동할 수 있다. 일례로, 냉각재(CL)는 소듐 또는 납 등의 공지의 액체 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Referring to Figures 1 and 2, the nuclear fuel assembly 1000 according to one embodiment is a fuel used in a fast reactor using a known liquid metal as a coolant (CL), but is not limited thereto. The nuclear fuel assembly 1000 is immersed in a coolant (CL) in a fast reactor, and the coolant (CL) can move from the lower part of the nuclear fuel assembly 1000 to the upper part of the fast reactor and move to a known heat exchanger. For example, the coolant CL may include a known liquid metal such as sodium or lead, but is not limited thereto.

핵연료 집합체(1000)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.The nuclear fuel assembly 1000 includes a plurality of nuclear fuel rods 200 and at least one passive safety device 100.

복수의 핵연료봉(200)들은 활성 노심 영역(AC)을 정의하는 핵연료(210), 핵연료(210) 하부에 위치하는 차폐체(220), 핵연료(210) 상부에 위치하는 핵분열 기체 수용체(230)를 포함한다. 핵연료(210), 차폐체(220), 핵분열 기체 수용체(230)는 공지된 다양한 구조 및 다양한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 핵연료봉(200)들은 공지의 다양한 구조 및 다양한 재료를 가질 수 있으며, 공지된 다양한 설계에 따라 배치될 수 있다. 복수의 핵연료봉(200)들 중 이웃하는 핵연료봉(200) 사이에는 피동 안전 장치(100)가 위치한다.The plurality of nuclear fuel rods 200 includes nuclear fuel 210 defining the active core area (AC), a shield 220 located below the nuclear fuel 210, and a fission gas receptor 230 located above the nuclear fuel 210. Includes. The nuclear fuel 210, shield 220, and fission gas receptor 230 may include various known structures and various materials. Additionally, the plurality of nuclear fuel rods 200 may have various known structures and various materials, and may be arranged according to various known designs. Among the plurality of nuclear fuel rods 200, a passive safety device 100 is located between neighboring nuclear fuel rods 200.

피동 안전 장치(100)는 핵연료 집합체(1000)에서 하나 또는 복수개일 수 있다. 피동 안전 장치(100)는 핵연료 집합체(1000)의 복수의 핵연료봉(200)들 중 적어도 하나를 대체하여 설치될 수 있다. 피동 안전 장치(100)의 개수 및 위치는 원자로 설계 조건 및 설정된 반응도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The passive safety device 100 may be one or plural in the nuclear fuel assembly 1000. The passive safety device 100 may be installed to replace at least one of the plurality of nuclear fuel rods 200 of the nuclear fuel assembly 1000. The number and location of the passive safety devices 100 can be set in various ways depending on the reactor design conditions and set reactivity.

피동 안전 장치(100)는 냉각재 용기(110) 및 중성자 흡수 유닛(120)을 포함한다.Passive safety device 100 includes a coolant container 110 and a neutron absorption unit 120.

냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115)을 포함한다. 냉각재 용기(110)는 원자로에서 공지된 다양한 재료를 포함할 수 있다.The coolant container 110 includes an internal space 111, a bypass hole 112, an impact absorber 113, a transport socket 114, and a connection socket 115. Coolant vessel 110 may include a variety of materials known in nuclear reactors.

내부 공간(111)에는 피동 안전 장치(100) 외부의 냉각재(CL)가 유입 및 유출되며, 내부 공간(111)은 수직 방향으로 연장되어 있다. 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 온도에 따른 밀도 변화에 따라 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 상승 및 하강한다. 내부 공간(111)은 제1 하강 공간(A1), 제2 하강 공간(A2), 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이의 경사면(IF)을 포함한다.Coolant (CL) outside the passive safety device 100 flows in and out of the internal space 111, and the internal space 111 extends in the vertical direction. The neutron absorption unit 120 rises and falls in the internal space 111 in the vertical direction according to a change in density depending on the temperature of the coolant CL filled in the internal space 111. The internal space 111 includes a first lowered space (A1), a second lowered space (A2), and an inclined surface (IF) between the first lowered space (A1) and the second lowered space (A2).

제1 하강 공간(A1)은 내부 공간(111)에서 수직 방향의 상부에 위치한다. 제1 하강 공간(A1)은 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)과 연통한다. 제1 하강 공간(A1)은 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2) 대비 큰 제1 직경(D1)을 가진다. 여기서, 제1 직경(D1)은 제1 하강 공간(A1)이 위치하는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 상부의 내경을 의미할 수 있다.The first descending space A1 is located at the vertical upper part of the internal space 111. The first descending space (A1) communicates with the second descending space (A2) located below. The first descending space (A1) has a first diameter (D1) that is larger than the second diameter (D2) of the second descending space (A2). Here, the first diameter D1 may mean the inner diameter of the upper part of the internal space 111 of the coolant container 110 where the first descending space A1 is located.

한편, 다른 실시예에서, 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)은 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.Meanwhile, in another embodiment, the first diameter D1 of the first descending space A1 may gradually become smaller from the top to the bottom.

제2 하강 공간(A2)은 내부 공간(111)에서 수직 방향의 하부에 위치한다. 제2 하강 공간(A2)은 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)과 연통한다. 제2 하강 공간(A2)은 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가진다. 여기서, 제2 직경(D2)은 제2 하강 공간(A2)이 위치하는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부의 내경을 의미할 수 있다.The second descending space A2 is located at the vertical lower part of the internal space 111. The second descending space (A2) communicates with the first descending space (A1) located at the upper part. The second descending space A2 has a second diameter D2 that is smaller than the first diameter D1 of the first descending space A1. Here, the second diameter D2 may mean the inner diameter of the lower part of the internal space 111 of the coolant container 110 where the second descending space A2 is located.

한편, 다른 실시예에서, 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)은 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.Meanwhile, in another embodiment, the second diameter D2 of the second descending space A2 may gradually become smaller from the top to the bottom.

경사면(IF)은 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이에서 냉각재 용기(110)의 내벽에 위치한다. 경사면(IF)은 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이에 위치하는 냉각재 용기(110)의 내벽의 내경이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아지도록, 하부로 경사진 형태를 가지고 있다. 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이는 핵연료봉(200)의 핵연료(210)와 수평 방향으로 중첩하는 활성 노심 영역(AC)에 위치한다. 일례로, 제1 직경(D1)을 가지는 제1 하강 공간(A1)과 제2 직경(D2)을 가지는 제2 하강 공간(A2)의 사이인 경사면(IF)은 수평 방향으로 활성 노심 영역(AC)과 중첩한다.The inclined surface IF is located on the inner wall of the coolant container 110 between the first lowering space A1 and the second lowering space A2. The inclined surface IF is inclined downward so that the inner diameter of the inner wall of the coolant container 110 located between the first lowering space A1 and the second lowering space A2 gradually decreases from the top to the bottom. has. Between the first lowering space A1 and the second lowering space A2 is located in the active core area AC that overlaps the nuclear fuel 210 of the nuclear fuel rods 200 in the horizontal direction. For example, the inclined surface (IF) between the first descent space (A1) having a first diameter (D1) and the second descent space (A2) having a second diameter (D2) is horizontally formed in the active core area (AC). ) overlaps with.

우회 구멍(112)은 냉각재 용기(110)의 외부에 위치하는 냉각재(CL)가 유입 및 유출되는 통로이다. 우회 구멍(112)은 냉각재 용기(110)의 하부, 중부, 상부 중 적어도 하나에 위치할 수 있다.The bypass hole 112 is a passage through which the coolant CL located outside the coolant container 110 flows in and out. The bypass hole 112 may be located in at least one of the lower, middle, and upper portions of the coolant container 110.

충격 완화체(113)는 내부 공간(111)의 바닥에 위치한다. 충격 완화체(113)는 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)과 접촉하여 중성자 흡수 유닛(120)에 발생하는 충격을 완화한다. 충격 완화체(113)는 공지된 다양한 충격 완화 수단을 포함할 수 있다. 충격 완화체(113)는 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 바닥면에 접촉할 때, 충격으로 인한 반발력을 최소화하는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)에 가해지는 물리적인 파손을 최소화한다.The shock absorber 113 is located at the bottom of the internal space 111. The shock absorber 113 comes into contact with the neutron absorption unit 120 descending in the internal space 111 and relieves the shock generated in the neutron absorption unit 120. The shock absorbing body 113 may include various known shock absorbing means. The shock absorber 113 minimizes the repulsive force due to impact when the neutron absorption unit 120 contacts the bottom surface of the coolant container 110 and at the same time minimizes physical damage to the neutron absorption unit 120. .

수송 소켓(114)은 냉각재 용기(110)의 외측 상부에 위치한다. 수송 소켓(114)은 공지된 다양한 형태를 가질 수 있으며, 수송 소켓(114)에 공지된 수송 수단이 결합하여 피동 안전 장치(100)를 수송할 수 있다. 수송 소켓(114)은 핵연료봉(200)의 상부에 위치하는 수송 소켓과 동일한 구조를 가질 수 있다.The transport socket 114 is located on the outer top of the coolant container 110. The transport socket 114 may have various known forms, and a known transport means can be coupled to the transport socket 114 to transport the passive safety device 100. The transport socket 114 may have the same structure as the transport socket located on the upper part of the nuclear fuel rod 200.

연결 소켓(115)은 냉각재 용기(110)의 외측 하부에 위치한다. 연결 소켓(115)은 공지된 다양한 형태를 가질 수 있으며, 연결 소켓(115)이 핵연료 집합체(1000)의 공지된 결합 수단에 결합 및 분리될 수 있다. 연결 소켓(115)은 핵연료봉(200)의 하부에 위치하는 연결 소켓과 동일한 구조를 가질 수 있다.The connection socket 115 is located on the outer lower part of the coolant container 110. The connection socket 115 may have various known forms, and the connection socket 115 may be coupled to and separated from known coupling means of the nuclear fuel assembly 1000. The connection socket 115 may have the same structure as the connection socket located at the lower part of the nuclear fuel rod 200.

도 3은 도 2에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 2 increases.

도 3 및 도 2를 참조하면, 중성자 흡수 유닛(120)은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)에 잠겨 있으며, 냉각재(CL)의 온도 변화에 따른 밀도 변화에 따라 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강 및 상승한다. 중성자 흡수 유닛(120)은 냉각재(CL)의 온도가 기준 온도 이하인 상태에서는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)으로 상승하고, 냉각재(CL)의 온도가 기준 온도 초과로 상승한 상태에서는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)으로 하강한다. 여기서, 기준 온도는 설정된 온도일 수 있다.3 and 2, the neutron absorption unit 120 is immersed in the coolant (CL) filled in the internal space 111 of the coolant container 110, and the density changes according to the temperature change of the coolant (CL). It descends and rises in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110. When the temperature of the coolant CL is below the reference temperature, the neutron absorption unit 120 rises to the first descending space A1 located at the upper part of the internal space 111 of the coolant container 110, and coolant CL When the temperature rises above the reference temperature, it descends into the second descending space A2 located at the lower part of the internal space 111 of the coolant container 110. Here, the reference temperature may be a set temperature.

중성자 흡수 유닛(120)은 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 헤드 캡(123)을 포함한다.The neutron absorption unit 120 includes a neutron absorber 121, a density regulator 122, and a head cap 123.

중성자 흡수체(121)는 중성자 흡수 유닛(120)의 하부에 위치하며, 중성자를 흡수하는 공지된 다양한 물질을 포함한다. 일례로, 중성자 흡수체(121)는 보론 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 다른 실시예에서, 중성자 흡수체(121)는 발포체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The neutron absorber 121 is located below the neutron absorption unit 120 and includes various known materials that absorb neutrons. For example, the neutron absorber 121 may include boron, but is not limited thereto. Meanwhile, in another embodiment, the neutron absorber 121 may include foam, but is not limited thereto.

밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 연결되어 중성자 흡수 유닛(120)의 상부에 위치한다. 밀도 조절체(122)는 냉각재(CL)의 기준 온도 이하에서 냉각재(CL) 대비 밀도가 낮으며, 냉각재(CL)의 기준 온도 이상에서 냉각재(CL) 대비 밀도가 높다. 일례로, 냉각재(CL)는 기준 온도 이하에서 밀도 조절체(122)의 밀도 대비 높은 밀도를 가지며, 냉각재(CL)는 기준 온도 이상에서 밀도 조절체(122)의 밀도 대비 낮은 밀도를 가진다. 밀도 조절체(122)는 용기 형태를 가질 수 있으며, 밀도 조절체(122)의 내부는 비어져 있거나, 공지된 다양한 기체가 채워져 있을 수 있다. 밀도 조절체(122)가 중성자 흡수체(121)의 상부에 위치함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치한다. 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치함으로써, 냉각재 용기(110)의 내벽과의 마찰이 최소화된다. 한편, 다른 실시예에서, 밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 별도로 형성되어 중성자 흡수체(121)에 결합될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서, 밀도 조절체(122)는 발포체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The density regulator 122 is connected to the neutron absorber 121 and is located at the top of the neutron absorption unit 120. The density regulator 122 has a lower density compared to the coolant (CL) below the reference temperature of the coolant (CL), and has a higher density than the coolant (CL) above the reference temperature of the coolant (CL). For example, the coolant CL has a higher density compared to the density of the density regulator 122 at a reference temperature or lower, and the coolant CL has a lower density than the density of the density regulator 122 at a reference temperature or higher. The density regulator 122 may have a container shape, and the inside of the density regulator 122 may be empty or filled with various known gases. Since the density adjuster 122 is located at the upper part of the neutron absorber 121, the center of gravity of the neutron absorption unit 120 is located at the lower part. Since the center of gravity of the neutron absorption unit 120 is located at the bottom, friction with the inner wall of the coolant container 110 is minimized. Meanwhile, in another embodiment, the density adjuster 122 may be formed integrally with the neutron absorber 121, but is not limited thereto, and the density adjuster 122 is formed separately from the neutron absorber 121 and forms a neutron absorber ( 121). Meanwhile, in another embodiment, the density regulator 122 may include foam, but is not limited thereto.

헤드 캡(123)은 중성자 흡수체(121)의 하부 단부에 위치한다. 헤드 캡(123)은 중성자 흡수체(121) 대비 큰 무게를 가질 수 있다. 헤드 캡(123)이 중성자 흡수체(121)의 하부 단부에 위치하여 중성자 흡수체(121) 대비 큰 무게를 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치한다. 헤드 캡(123)의 표면은 곡률을 가지고 있으며, 헤드 캡(123)의 표면이 곡률을 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내벽에 의해 간섭되는 것이 최소화된다.The head cap 123 is located at the lower end of the neutron absorber 121. The head cap 123 may have a greater weight than the neutron absorber 121. The head cap 123 is located at the lower end of the neutron absorber 121 and has a greater weight than the neutron absorber 121, so that the center of gravity of the neutron absorption unit 120 is located at the bottom. The surface of the head cap 123 has a curvature, and because the surface of the head cap 123 has a curvature, the neutron absorption unit 120 can descend in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110. At this time, interference of the neutron absorption unit 120 by the inner wall of the coolant container 110 is minimized.

밀도 조절체(122)를 포함하는 중성자 흡수 유닛(120)의 밀도가 원자로 정상 운전 시 냉각재(CL)의 밀도 대비 낮아 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 상부로 상승하여 제1 하강 공간(A1)에 위치함으로써, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 비중첩한다. 또한, 냉각재(CL)의 온도가 상승하여 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 온도가 상승하여 냉각재(CL)의 밀도가 중성자 흡수 유닛(120)의 밀도 대비 낮아 중성자 흡수 유닛(120)에 작용하는 부력이 작아지면, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하부로 하강하여 제2 하강 공간(A2)에 위치함으로써, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩한다. 이로 인해 원자로에 음의 반응도 궤환 효과가 부여된다.The density of the neutron absorption unit 120 including the density regulator 122 is lower than the density of the coolant (CL) during normal operation of the reactor, so the neutron absorption unit 120 is located at the upper part in the inner space 111 of the coolant container 110. By rising and being located in the first descent space (A1), the neutron absorber 121 does not overlap with the active core area (AC) in the horizontal direction. In addition, the temperature of the coolant (CL) increases and the temperature of the coolant (CL) filled in the internal space 111 of the coolant container 110 increases, and the density of the coolant (CL) is lower than the density of the neutron absorption unit 120. When the buoyancy force acting on the neutron absorption unit 120 decreases, the neutron absorption unit 120 descends downward from the inner space 111 of the coolant container 110 and is located in the second descending space A2, thereby forming a neutron absorber. (121) overlaps the active core area (AC) in the horizontal direction. This provides a negative reactivity feedback effect to the reactor.

또한, 원자로에 냉각재(CL) 상실 사고 발생 시 냉각재 용기(110)의 우회 구멍(112)을 통해 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)가 냉각재 용기(110) 외부로 빠져나가 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 수위가 낮아짐으로써, 냉각재(CL)의 온도 상승 여부와 상관없이 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하부로 하강하여 제2 하강 공간(A2)에 위치하기 때문에, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩한다. 이로 인해 원자로에 음의 반응도 궤환 효과가 부여된다.In addition, when a loss of coolant (CL) accident occurs in the nuclear reactor, the coolant (CL) filled in the internal space 111 of the coolant container 110 is discharged to the outside of the coolant container 110 through the bypass hole 112 of the coolant container 110. As the level of the coolant (CL) that escapes and fills the internal space 111 of the coolant container 110 decreases, the neutron absorption unit 120 is stored inside the coolant container 110 regardless of whether the temperature of the coolant (CL) rises. Since it descends downward from the space 111 and is located in the second descending space A2, the neutron absorber 121 overlaps the active core area AC in the horizontal direction. This provides a negative reactivity feedback effect to the reactor.

냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생하기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제된다. 즉, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)을 형성하는 냉각재 용기(110)의 내경이 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아짐으로써, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.The second descending space (A2) located at the bottom of the internal space 111 of the coolant container 110 has a second diameter (D2) smaller than the first diameter (D1) of the first descending space (A1) located at the top. By having, when the neutron absorption unit 120 descends from the first descent space A1 to the second descent space A2, a resistance force is generated in the descending neutron absorption unit 120, the coolant container 110 ) The occurrence of vertical vibration in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 is suppressed. That is, the inner diameter of the coolant container 110 forming the internal space 111 of the coolant container 110 becomes smaller in the portion that overlaps the active core area AC in the horizontal direction, so that the internal space of the coolant container 110 ( Since resistance is generated in the descending neutron absorption unit 120 at 111) and vertical vibration in the neutron absorption unit 120 is suppressed, when a negative reactivity feedback effect is given to the fast reactor reactor, the fast reactor core Sudden changes in output are suppressed.

즉, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다.That is, when providing a negative reactivity feedback effect to a fast reactor, a passive safety device 100 that suppresses sudden changes in output of the fast reactor core and a nuclear fuel assembly 1000 including the same are provided.

이하, 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체(1000)의 효과를 확인한 실험예 및 대비예를 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4, an experimental example and a comparative example confirming the effect of the nuclear fuel assembly 1000 according to an embodiment will be described.

도 4는 냉각재 온도 상승 시 실험예 및 대비예 각각의 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 하강 위치를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the lowering position of the neutron absorption unit of the passive safety device in each of the experimental and comparative examples when the coolant temperature rises.

도 4에서, X축의 시간(초)은 중성자 흡수 유닛의 하강 시간(초)을 의미하며, Y축의 피동 안전 장치의 위치(미터)는 냉각재 용기의 내부 공간에서 중성자 흡수 유닛의 높이를 의미한다.In FIG. 4, the time (seconds) on the

도 4를 참조하면, 실선인 실험예(진동 감쇄 피동 안전 장치) 및 점선인 대비예(피동 안전 장치) 모두 냉각재 용기의 내부 공간에 채워진 냉각재의 온도가 기준 온도를 초과하여 냉각재의 밀도가 중성자 흡수 유닛의 밀도 대비 낮은 상태이며, 중성자 흡수 유닛이 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 상태에서 시간에 따른 중성자 흡수 유닛의 높이를 확인하였다.Referring to FIG. 4, in both the solid line experimental example (vibration damping passive safety device) and the dotted line comparative example (passive safety device), the temperature of the coolant filled in the internal space of the coolant container exceeds the reference temperature, so the density of the coolant absorbs neutrons. It is low compared to the density of the unit, and the height of the neutron absorption unit over time was confirmed while the neutron absorption unit was descending in the internal space of the coolant container.

실험예(진동 감쇄 피동 안전 장치)는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 활성 노심 영역과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아진 상술한 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 피동 안전 장치를 나타내며, 대비예(피동 안전 장치)는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 수직 방향으로 동일한 피동 안전 장치를 나타낸다.An experimental example (vibration damping passive safety device) is a passive safety device for a nuclear fuel assembly according to the above-described embodiment in which the inner diameter of the coolant container forming the internal space of the coolant container is reduced in the portion where it overlaps the active core area in the horizontal direction. The comparative example (passive safety device) represents a passive safety device in which the inner diameter of the coolant container forming the internal space of the coolant container is the same in the vertical direction.

도 4에서 확인된 바와 같이, 대비예에 따른 피동 안전 장치는 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛에 동일한 저항력이 발생됨으로써, 중성자 흡수 유닛이 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하면서 상하 진동이 발생된다.As confirmed in FIG. 4, the passive safety device according to the comparative example generates the same resistance to the neutron absorption unit descending in the inner space of the coolant container, thereby causing vertical vibration as the neutron absorption unit descends in the inner space of the coolant container. do.

반면, 실험예에 따른 진동 감쇄 피동 안전 장치는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 활성 노심 영역과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아짐으로써, 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.On the other hand, in the vibration damping passive safety device according to the experimental example, the inner diameter of the coolant container forming the inner space of the coolant container becomes smaller in the portion that overlaps the active core area in the horizontal direction, so that the neutron absorption unit descends in the inner space of the coolant container. Since vertical vibration in the neutron absorption unit is suppressed due to the resistance generated, rapid changes in output of the fast reactor core are suppressed when a negative reactivity feedback effect is provided to the fast reactor reactor.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮으며, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크다.Again, referring to FIGS. 2 and 3, the damping coefficient for the neutron absorption unit 120 in the first descending space A1 of the internal space 111 of the coolant container 110 is the second descending space. (A2) is lower than the attenuation coefficient for the neutron absorption unit 120, and the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 in the first descent space (A1) absorbs neutrons in the second descent space (A2). It is large compared to the terminal velocity of unit 120.

이로 인해, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생하기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제된다. For this reason, when the neutron absorption unit 120 descends from the first descent space A1 to the second descent space A2, resistance is generated in the descending neutron absorption unit 120, and the coolant container 110 The occurrence of vertical vibration in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 is suppressed.

즉, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄 계수가 제1 하강 공간(A1) 대비 높고, 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도가 제1 하강 공간(A1) 대비 작음으로써, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.That is, the attenuation coefficient for the neutron absorption unit 120 in the second descending space A2 of the internal space 111 of the coolant container 110 is higher than that of the first descending space A1, and the second descending space A2 As the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 is smaller than that of the first descending space A1, resistance is generated in the neutron absorption unit 120 descending in the internal space 111 of the coolant container 110, thereby generating a resistance in the neutron absorption unit 120. Since the occurrence of vertical vibration in (120) is suppressed, rapid changes in output of the fast reactor core are suppressed when a negative reactivity feedback effect is provided to the fast reactor reactor.

또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비는 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비는 0.5 내지 0.9인 수치한정 구성을 가진다. 이 수치한정은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제하기 위한 과제를 달성하기 위한 구성으로서, 임계적 의의를 가지는 수치한정임을 확인하였다. In addition, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment has a ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the first diameter D1 of the first descending space A1 of 0.2 to 0.2. It is 0.4, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the second diameter D2 of the second descending space A2 has a numerical limit configuration of 0.5 to 0.9. This numerical limitation is a configuration to achieve the task of suppressing vertical vibration in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110, and has critical significance. It was confirmed that the numerical value was limited.

또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비는 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비는 0.6 내지 0.9인 수치한정 구성을 가진다. 이 수치한정은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제하기 위한 과제를 달성하기 위한 구성으로서, 임계적 의의를 가지는 수치한정임을 확인하였다.In addition, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment has a ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the first diameter D1 of the first descending space A1 of 0.2 to 0.2. It is 0.5, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the second diameter D2 of the second descending space A2 has a numerical limit configuration of 0.6 to 0.9. This numerical limitation is a configuration to achieve the task of suppressing vertical vibration in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110, and has critical significance. It was confirmed that the numerical value was limited.

도 5는 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 종단속도로 하강하는 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)를 나타낸 그래프이다.Figure 5 shows the damping coefficient for the neutron absorption unit descending at the terminal velocity in the inner space of the coolant container according to the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit of the passive safety device / the diameter of the inner space of the coolant container. This is the graph shown.

도 5에서 X축은 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)를 나타내며, Y축은 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)(/sec)를 나타낸다.In FIG. 5, the

도 5를 참조하면, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.4인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.5 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮은 것을 확인하였다.Referring to FIG. 5, when the outer diameter (D) of the neutron absorption unit of the passive safety device is 0.4 cm, 0.64 cm, and 1 cm, the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/diameter of the inner space of the coolant container is 0.2 to 0.2 cm. It was confirmed that the attenuation coefficient for the neutron absorption unit of 0.4 was lower than that of the neutron absorption unit where the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/the diameter of the inner space of the coolant container was 0.5 to 0.9.

또한, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.5인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.6 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮은 것을 확인하였다.In addition, when the outer diameter (D) of the neutron absorption unit of the passive safety device is 0.4 cm, 0.64 cm, and 1 cm, the neutron absorption ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/diameter of the internal space of the coolant container is 0.2 to 0.5. It was confirmed that the attenuation coefficient for the unit was lower than that for the neutron absorption unit in which the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/the diameter of the inner space of the coolant container was 0.6 to 0.9.

즉, 도 5 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.5 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.That is, referring to FIGS. 5 and 2, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment is the outer diameter of the neutron absorption unit 120/the first descending space A1. The ratio of the diameter D1 is 0.2 to 0.4, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120/the second diameter D2 of the second descending space A2 includes a numerical limitation with critical significance of 0.5 to 0.9. By doing so, since the damping coefficient for the neutron absorption unit 120 in the first descending space A1 is lower than the damping coefficient for the neutron absorption unit 120 in the second descending space A2, the coolant container ( It suppresses vertical vibration from occurring in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 of 110).

또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.6 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.In addition, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment has a ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the first diameter D1 of the first descending space A1 of 0.2 to 0.5. , and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120/the second diameter D2 of the second descending space A2 includes a numerical limit having critical significance of 0.6 to 0.9, so that the first descending space A1 Since the damping coefficient for the neutron absorption unit 120 is lower than the damping coefficient for the neutron absorption unit 120 in the second descending space A2, in the internal space 111 of the coolant container 110 It suppresses vertical vibration from occurring in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction.

도 6은 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)(cm/s)를 나타낸 그래프이다. 6 shows the terminal velocity (cm/s) of the neutron absorption unit descending in the inner space of the coolant container according to the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit of the passive safety device / the diameter of the inner space of the coolant container (k). This is a graph showing .

도 6에서 X축은 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)를 나타내며, Y축은 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)를 나타낸다.In Figure 6, the

도 6을 참조하면, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.4인 중성자 흡수 유닛의 종단속도는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.5 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛의 종단속도 대비 하강 방향으로 큰 것을 확인하였다.Referring to FIG. 6, when the outer diameter (D) of the neutron absorption unit of the passive safety device is 0.4 cm, 0.64 cm, and 1 cm, the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/diameter of the inner space of the coolant container is 0.2 to 0.2 cm. It was confirmed that the terminal velocity of the neutron absorption unit of 0.4 was larger in the downward direction compared to the terminal velocity of the neutron absorption unit whose ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/the diameter of the inner space of the coolant container was 0.5 to 0.9.

또한, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.5인 중성자 흡수 유닛의 종단속도는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.6 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛의 종단 속도 대비 하강 방향으로 큰 것을 확인하였다.In addition, when the outer diameter (D) of the neutron absorption unit of the passive safety device is 0.4 cm, 0.64 cm, and 1 cm, the neutron absorption ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/diameter of the internal space of the coolant container is 0.2 to 0.5. It was confirmed that the terminal velocity of the unit was greater in the downward direction compared to the terminal velocity of the neutron absorption unit where the ratio (k) of the outer diameter of the neutron absorption unit/the diameter of the inner space of the coolant container was 0.6 to 0.9.

즉, 도 6 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.5 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.That is, referring to FIGS. 6 and 2, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment is the outer diameter of the neutron absorption unit 120/first descent space A1. The ratio of the diameter D1 is 0.2 to 0.4, and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120/the second diameter D2 of the second descending space A2 includes a numerical limitation with critical significance of 0.5 to 0.9. By doing so, since the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 in the first descending space (A1) is greater than the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 in the second descending space (A2), the coolant container 110 It suppresses vertical vibration from occurring in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 of .

또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.6 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.In addition, the nuclear fuel assembly 1000 including the passive safety device 100 according to one embodiment has a ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120 to the first diameter D1 of the first descending space A1 of 0.2 to 0.5. , and the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit 120/the second diameter D2 of the second descending space A2 includes a numerical limit having critical significance of 0.6 to 0.9, so that the first descending space A1 Since the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 is greater than the terminal velocity of the neutron absorption unit 120 in the second descending space A2, the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110 Suppresses vertical vibration occurring in the neutron absorption unit 120 that descends.

이상과 같이, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다.As described above, a passive safety device 100 that improves the inherent safety of a fast reactor by providing a negative reactivity feedback effect in a fast reactor using liquid metal as a coolant (CL) and a nuclear fuel assembly 1000 including the same are provided. do.

또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다In addition, by suppressing the vertical vibration occurring in the neutron absorption unit 120 descending vertically in the internal space 111 of the coolant container 110, a negative reactivity feedback effect is provided to the fast reactor core. A passive safety device 100 that suppresses sudden changes in output and a nuclear fuel assembly 1000 including the same are provided.

이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다.Hereinafter, a nuclear fuel assembly according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 핵연료 집합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.Hereinafter, parts different from the nuclear fuel assembly according to the above-described embodiment will be described.

도 7은 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 8은 도 7에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다. 도 9는 도 7에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.Figure 7 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment. FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 7 increases. Figure 9 is a cross-sectional view showing the passive safety device shown in Figure 7.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체(1002)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.Referring to FIGS. 7 to 9 , a nuclear fuel assembly 1002 according to another embodiment includes a plurality of nuclear fuel rods 200 and at least one passive safety device 100.

냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115), 복수의 볼록부(116)들을 포함한다.The coolant container 110 includes an internal space 111, a bypass hole 112, an impact absorber 113, a transport socket 114, a connection socket 115, and a plurality of convex portions 116.

냉각재 용기(110)의 복수의 볼록부(116)들은 냉각재 용기(110)의 내벽으로부터 내부 공간(111)의 중심으로 돌출된다. 복수의 볼록부(116)들은 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.The plurality of convex portions 116 of the coolant container 110 protrude from the inner wall of the coolant container 110 to the center of the internal space 111. The plurality of convex portions 116 maintain the neutron absorption unit 120 so that it does not deviate from the center of the internal space 111 when the neutron absorption unit 120 descends in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110. guide.

복수의 볼록부(116)들은 제1 하강 공간(A1)에 위치하는 제1 볼록부(116a) 및 제2 하강 공간(A2)에 위치하는 제2 볼록부(116b)를 포함한다. 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 제1 볼록부(116a)는 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드하며, 제2 볼록부(116b)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제2 하강 공간(A2)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.The plurality of convex portions 116 include a first convex portion 116a located in the first descending space A1 and a second convex portion 116b located in the second descending space A2. When the neutron absorption unit 120 descends in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110, the first convex portion 116a is the neutron absorption unit 120 in the first descending space A1. 1 Guides the neutron absorption unit 120 so as not to deviate from the center of the falling space (A1), and the second convex portion (116b) allows the neutron absorption unit 120 to be positioned in the second falling space (A2). ) Guides the neutron absorption unit 120 so that it does not deviate from the center.

이와 같이, 다른 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1002)는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가지는 동시에 냉각재 용기(110)가 내벽으로부터 내부 공간(111)의 수평 방향으로의 중심으로 돌출된 복수의 볼록부(116)들을 포함함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 가이드되기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것이 억제된다. In this way, the nuclear fuel assembly 1002 including the passive safety device 100 according to another embodiment has a second lowering space A2 located at the lower part of the internal space 111 of the coolant container 110 at the upper part. The coolant container 110 has a second diameter D2 that is smaller than the first diameter D1 of the first descending space A1, and at the same time, the coolant container 110 has a plurality of protrusions protruding from the inner wall to the center in the horizontal direction of the inner space 111. By including the convex portions 116, when the neutron absorption unit 120 descends from the first descent space A1 to the second descent space A2, a resistance force is generated in the descending neutron absorption unit 120. Since the neutron absorption unit 120 is guided so as not to deviate from the center of the internal space 111, the neutron absorption unit 120 descends in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110, causing up and down vibration and left and right vibration. This occurrence is suppressed.

즉, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1002)가 제공된다.That is, a passive safety device 100 that improves the inherent safety of a fast reactor by providing a negative reactivity feedback effect in a fast reactor using liquid metal as a coolant (CL) and a nuclear fuel assembly 1002 including the same are provided.

또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1002)가 제공된다.In addition, by suppressing the vertical vibration and left-right vibration of the neutron absorption unit 120 descending vertically in the internal space 111 of the coolant container 110, a negative reactivity feedback effect is provided to the fast reactor. A passive safety device 100 that suppresses rapid power changes in a fast reactor core and a nuclear fuel assembly 1002 including the same are provided.

이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다.Hereinafter, a nuclear fuel assembly according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 12.

도 10은 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 11은 도 10에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다. 도 12는 도 10에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.Figure 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a portion of a nuclear fuel assembly according to another embodiment. FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view showing the neutron absorption unit of the passive safety device descending when the coolant temperature in FIG. 10 increases. FIG. 12 is a cross-sectional view showing the passive safety device shown in FIG. 10.

도 10 내지 도 12를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체(1003)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.10 to 12, a nuclear fuel assembly 1003 according to another embodiment includes a plurality of nuclear fuel rods 200 and at least one passive safety device 100.

냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115)을 포함한다.The coolant container 110 includes an internal space 111, a bypass hole 112, an impact absorber 113, a transport socket 114, and a connection socket 115.

중성자 흡수 유닛(120)은 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 헤드 캡(123), 날개(124)를 포함한다.The neutron absorption unit 120 includes a neutron absorber 121, a density regulator 122, a head cap 123, and a wing 124.

중성자 흡수 유닛(120)의 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)의 상단으로부터 냉각재 용기(110)의 내벽으로 돌출된다. 중성자 흡수 유닛(120)의 표면으로부터 냉각재 용기(110)의 내벽을 향해 방사형으로 돌출될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.The wings 124 of the neutron absorption unit 120 protrude from the top of the neutron absorption unit 120 to the inner wall of the coolant container 110. It may protrude radially from the surface of the neutron absorption unit 120 toward the inner wall of the coolant container 110, but is not limited to this. The wing 124 guides the neutron absorption unit 120 so that it does not deviate from the center of the internal space 111 when the neutron absorption unit 120 descends in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110. .

중성자 흡수 유닛(120)의 수직 방향으로의 길이는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제2 하강 공간(A2)의 길이 대비 길며, 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)의 상부에 위치한다. 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 날개(124)는 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드하는 동시에 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제2 하강 공간(A2)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.The length of the neutron absorption unit 120 in the vertical direction is longer than the length of the second descending space A2 of the internal space 111 of the coolant container 110, and the wings 124 are located at the upper part of the neutron absorption unit 120. It is located in When the neutron absorption unit 120 descends in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110, the wing 124 moves the neutron absorption unit 120 in the first descent space A1. The neutron absorption unit 120 is guided so as not to deviate from the center of (A1) and at the same time, the neutron absorption unit 120 is guided in the second falling space (A2) so that the neutron absorption unit 120 does not deviate from the center of the second falling space (A2). ) guides.

이와 같이, 또 다른 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1003)는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가지는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내벽으로 돌출된 날개(124)를 포함함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 가이드되기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것이 억제된다. In this way, the nuclear fuel assembly 1003 including the passive safety device 100 according to another embodiment has a second lowering space A2 located at the bottom of the internal space 111 of the coolant container 110 at the top. The neutron absorption unit 120 includes a wing 124 protruding from the inner wall of the coolant container 110 and has a second diameter D2 that is smaller than the first diameter D1 of the first descending space A1. By doing so, when the neutron absorption unit 120 descends from the first descent space A1 to the second descent space A2, a resistance force is generated in the descending neutron absorption unit 120 and at the same time, the neutron absorption unit 120 Since it is guided so as not to deviate from the center of the internal space 111, vertical vibration and left-right vibration are suppressed from occurring in the neutron absorption unit 120 descending in the vertical direction in the internal space 111 of the coolant container 110.

즉, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1003)가 제공된다.That is, a passive safety device 100 that improves the inherent safety of a fast reactor by providing a negative reactivity feedback effect in a fast reactor using liquid metal as a coolant (CL) and a nuclear fuel assembly 1003 including the same are provided.

또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1003)가 제공된다In addition, by suppressing the vertical vibration and left-right vibration of the neutron absorption unit 120 descending vertically in the internal space 111 of the coolant container 110, a negative reactivity feedback effect is provided to the fast reactor. A passive safety device (100) that suppresses rapid power changes in the fast reactor core and a nuclear fuel assembly (1003) including the same are provided.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.

핵연료봉(200), 피동 안전 장치(100), 내부 공간(111), 제1 하강 공간(A1), 제2 하강 공간(A2), 냉각재 용기(110), 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 중성자 흡수 유닛(120)Nuclear fuel rod 200, passive safety device 100, internal space 111, first descent space (A1), second descent space (A2), coolant container 110, neutron absorber 121, density regulator (122), neutron absorption unit (120)

Claims

In the passive safety device located between a plurality of nuclear fuel rods,
A coolant container including a vertically extending internal space through which coolant flows in and out. and
A neutron absorption unit is immersed in the coolant in the internal space of the coolant container and includes a neutron absorber and a density regulator connected to the neutron absorber and having a lower density than the coolant at a reference temperature or lower of the coolant.
Includes,
The internal space of the coolant container is,
a first descending space located at an upper part of the vertical direction and having a first diameter; and
A second descending space that communicates with the first descending space and is located below the vertical direction, and has a second diameter smaller than the first diameter.
Passive safety device including.

In paragraph 1:
Each of the plurality of nuclear fuel rods contains nuclear fuel,
A passive safety device located between the first lowering space and the second lowering space in an active core area that overlaps the nuclear fuel in the horizontal direction.

In paragraph 2,
A passive safety device inclined between the first lowering space and the second lowering space.

In paragraph 1:
The neutron absorption unit is,
When the temperature of the coolant is below the reference temperature, it rises to the upper part of the internal space of the coolant container,
A passive safety device that descends to the lower part of the internal space of the coolant container when the temperature of the coolant rises above the reference temperature.

In paragraph 4,
A passive safety device wherein the damping coefficient for the neutron absorption unit in the first descent space is lower than the damping coefficient for the neutron absorption unit in the second descent space.

In paragraph 4,
A passive safety device wherein the terminal velocity of the neutron absorption unit in the first descending space is greater than the terminal velocity of the neutron absorption unit in the second descending space.

In paragraph 4,
The ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the first diameter of the first descending space is 0.2 to 0.4,
A passive safety device, wherein the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the second diameter of the second descending space is 0.5 to 0.9.

In paragraph 4,
The ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the first diameter of the first descending space is 0.2 to 0.5,
A passive safety device, wherein the ratio of the outer diameter of the neutron absorption unit/the second diameter of the second descending space is 0.6 to 0.9.

In paragraph 1:
The coolant container further includes a plurality of convex portions protruding from an inner wall to the center of the inner space.

In paragraph 9:
The plurality of convex portions are,
a first convex portion located in the first descending space; and
A second convex portion located in the second descending space
Passive safety device including.

In paragraph 1:
The neutron absorption unit is a passive safety device further comprising a wing protruding from the inner wall of the coolant container.

In paragraph 11:
The length of the neutron absorption unit in the vertical direction is longer than the length of the second descent space,
A passive safety device wherein the wing is located on top of the neutron absorption unit.

In paragraph 1:
The density regulator of the neutron absorption unit is located on top of the neutron absorber,
A passive safety device in which the center of gravity of the neutron absorption unit is located at the bottom.

In paragraph 13:
The neutron absorption unit is a passive safety device further comprising a head cap located below the neutron absorber.

In paragraph 1:
The coolant container further includes a bypass hole through which the coolant flows in and out.

In paragraph 1:
The coolant container further includes a shock absorber located at the bottom of the internal space.

In paragraph 1:
The coolant container is a passive safety device further comprising a transport socket located on an outer upper portion and a connection socket located on an outer lower portion.

A plurality of nuclear fuel rods; and
At least one passive safety device located between the plurality of nuclear fuel rods
Includes,
The passive safety device is,
A coolant container including a vertically extending internal space through which coolant flows in and out. and
A neutron absorption unit is immersed in the coolant in the internal space of the coolant container and includes a neutron absorber and a density regulator connected to the neutron absorber and having a lower density than the coolant at a reference temperature or lower of the coolant.
Includes,
The internal space of the coolant container is,
a first descending space located at an upper part of the vertical direction and having a first diameter; and
A second descending space that communicates with the first descending space and is located below the vertical direction, and has a second diameter smaller than the first diameter.
A nuclear fuel assembly containing a.