KR20120100544A - Fuel assembly and core of fast nuclear reactor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A nuclear fuel gathering unit and core assembly of a fast atomic reactor using the same is provided to include a neutron absorber absorbing neutron in a nuclear fuel unit and a deceleration unit, thereby increasing a leak of the neutron. CONSTITUTION: A plurality of nuclear fuel units(20) respectively includes nuclear fuel elements. The nuclear fuel element raises fission. A plurality of deceleration units(30) respectively includes neutron deceleration elements decelerating neutron. The deceleration units are diffusely installed between the nuclear fuel units. The nuclear fuel units and the deceleration units respectively include nuclear fuel rods and deceleration rods having the same diameter.

Description

핵연료집합유닛 및 이를 이용한 고속 원자로의 노심장치{FUEL ASSEMBLY AND CORE OF FAST NUCLEAR REACTOR}FUEL ASSEMBLY AND CORE OF FAST NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 핵연료집합유닛 및 이를 이용한 고속 원자로의 노심장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉각재기화반응도를 낮춤으로써 안전성을 향상시킬 수 있는 핵연료집합유닛 및 이를 이용한 고속 원자로의 노심장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a nuclear fuel assembly unit and a core apparatus of a high-speed reactor using the same, and more particularly, to a nuclear fuel assembly unit and a core apparatus of a high-speed reactor using the same by lowering the regasification reactivity.

원자로란 열 발생, 방사성 동위원소 생산, 강한 방사선 발생 이외의 유용한 목적에 사용하기 위해, 핵분열이 지속적으로 발생하고 제어 가능하도록 설계된 장치이다. 이러한 원자로 내부에서 발생되는 핵분열은 중성자가 핵분열이 가능한 원자와 충돌하여 원자가 붕괴됨으로써, 2개의 서로 다른 원자를 생성함과 동시에 많은 양의 열이 발생되는 현상을 지칭한다. 이렇게, 상기 원자로의 내부에서 많은 양의 열이 발생됨에 따라, 상기 원자로는 매우 조심스럽게 제어됨으로써 안전성이 보장되어야만 한다. A nuclear reactor is a device designed to continuously generate and control fission for useful purposes other than heat generation, radioisotope production, and strong radiation generation. Nuclear fission generated inside such a reactor refers to a phenomenon in which neutrons collide with a nuclear fission-capable atom, causing the atoms to collapse, generating two different atoms and generating a large amount of heat. Thus, as a large amount of heat is generated inside the reactor, the reactor must be very carefully controlled to ensure safety.

상기 원자로 중 특히, 발전용 원자로의 경우, 핵분열에 사용되는 중성자의 에너지 준위에 따라서 열중성자로와 고속 중성자 즉, 고속로로 구분된다. 상기 열중성자로는 상대적으로 낮은 에너지를 가지는 중성자를 이용하여 핵분열 반응을 일으키며 고속중성자로(고속로)의 경우에는 상대적으로 높은 에너지의 중성자를 이용한다. In particular, in the case of power generation reactors, the reactor is divided into a thermal neutron and a fast neutron, that is, a fast reactor, according to the energy level of the neutron used for fission. The thermal neutron is used to generate a nuclear fission reaction using a neutron having a relatively low energy, and in the case of a fast neutron (high speed furnace), a relatively high energy neutron is used.

한편, 상기 원자로의 안전성을 나타내는 주요안전인자 중 하나인 냉각재기화반응도계수의 경우에는 음의 값을 가져야만 한다. 그런데, 상기 고속로의 경우 에너지의 중성자를 핵분열 반응에 이용함에 따라, 냉각재가 기화된 상태에서는 냉각재에 의한 중성자 감속효과가 사라지므로 냉각재기화반응도계수가 양의 값을 가지게 된다. 이에 따라, 근래에는 이러한 안전상의 문제점을 최소화하기 위해 고속로에서도 낮은 냉각재기화반응도계수를 가지도록 하는 연구가 진행되고 있는 추세이다. On the other hand, the cooling gasification reactivity coefficient, which is one of the main safety factors indicating the safety of the reactor should have a negative value. However, in the case of the high-speed furnace, as the neutrons of the energy are used for the nuclear fission reaction, the neutron deceleration effect by the coolant disappears in the evaporated state of the coolant, so the coolant regasification coefficient has a positive value. Accordingly, in recent years, in order to minimize such safety problems, studies are being conducted to have a low regasification reactivity coefficient even in a high speed furnace.

상기 고속로에는 다양한 개념들을 가지나, 그 중 소듐냉각고속로가 가장 활발히 연구되고 있으며 실현가능성에 가장 근접한 개념이다. 참고로, 상기 소듐냉각고속로는 핵연료봉에서 생성되는 열의 빠른 교환을 위하여 열전도도가 높은 소듐을 냉각재로 쓰는 고속로 구조이다. The fast road has various concepts, among which sodium cooling fast road is the most actively researched and closest to the realization. For reference, the sodium cooling fast reactor is a high-speed furnace structure using sodium having high thermal conductivity as a coolant for fast exchange of heat generated in a nuclear fuel rod.

도 1은 일반적인 소듐냉각고속로의 1차측을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 일반적인 고속로(1)의 경우 축방향으로의 중성자 누출을 늘려 반응도계수를 낮추기 위해, 축방향 길이에 비해 반경방향 길이가 긴 노심(2)을 가진다. 이러한 노심(2)은 냉각재인 소듐(S)이 수용된 수조(3)의 내부에 잠겨짐으로써, 냉각재인 소듐(S)이 도 1의 화살표 도시와 같이 노심(2)의 아래에서 위로 흐른다. 또한, 상기 노심(2)의 증배계수를 조절하기 위한 제어봉(4)은 노심(2)의 상단에 위치하며, 제어봉 구동부(5)에 의해 제어봉(4)의 삽입정도가 조절된다. 1 is a view schematically showing the primary side of a typical sodium cooling fastener. Referring to FIG. 1, in the case of a general high speed furnace 1, a core 2 having a radial length longer than an axial length is provided to increase the neutron leakage in the axial direction to lower the reactivity coefficient. This core 2 is immersed in the tank 3 in which the coolant sodium S is accommodated, so that coolant sodium S flows from the bottom of the core 2 upward as shown by the arrow in FIG. In addition, the control rod 4 for adjusting the multiplication factor of the core (2) is located at the upper end of the core (2), the degree of insertion of the control rod (4) is adjusted by the control rod drive unit (5).

한편, 일반적으로 노심(2)에 장전되는 핵연료집합유닛의 경우, 중성자 사용효율증대를 위해, 가압경수로에 널리 사용되는 사각형 집합체구조 대신에 육각형 형태의 구조가 주로 채용된다. 이러한 육각형 구조의 핵연료집합유닛 내부에 실린더 형태의 핵연료봉이 장전되며, 덕트에 의해 각각 독립적으로 복수개 설치된다. On the other hand, in the case of a nuclear fuel assembly unit generally loaded in the core (2), in order to increase the neutron use efficiency, a hexagonal structure is mainly employed instead of the rectangular aggregate structure widely used in pressurized water reactors. The nuclear fuel rods in the form of cylinders are loaded in the fuel assembly unit having a hexagonal structure, and a plurality of fuel rods are independently provided by ducts.

한편, 상기 복수의 핵연료집합유닛의 하부에 오리피스(Orifice) 구조를 가짐으로써, 핵연료집합유닛 각각의 냉각재 유량을 조절하여 노심(2) 내부에서 서로 다른 출력을 가지는 핵연료집합유닛을 통과한 냉각재의 온도를 동일하게 조절한다. On the other hand, by having an orifice (Orifice) structure in the lower portion of the plurality of fuel assembly unit, by controlling the coolant flow rate of each fuel assembly unit temperature of the coolant passing through the fuel assembly unit having a different output inside the core (2) Adjust the same.

그런데, 상기 소듐냉각고속로(1)에서 핵연료집합유닛 아래의 오리피스 구조가 순환 시스템의 불순물에 의해 막히거나 손상을 입을 경우, 그에 해당하는 핵연료집합유닛 내의 소듐(S)의 양이 줄어들게 된다. 이러한 소듐(S)의 양 감소는 상기 핵연료집합유닛 내의 소듐(S) 즉, 냉각재가 기화하거나 존재하지 않는 냉각재기화를 야기한다. 이러한 냉각재기화는 핵연료집합유닛 내의 중성자 에너지를 높임으로써 양의 반응도계수를 야기함과 아울러 누출되는 중성자의 증가로 인해 음의 반응도계수를 야기한다. 이때, 상기 소듐냉각고속로(1)의 노심(2) 중앙부에 장전되는 핵연료집합유닛일수록 냉각재기화상태에서 중성자 누출보다 중성자 에너지가 보다 크게 높아짐으로써, 양의 냉각재기화반응도계수를 야기하게 된다. 상기 양의 냉각재기화반응도계수는 결국, 상기 노심(2)의 안전성을 저하시키는 요인이다. 뿐만 아니라, 상기 냉각재기화상태에서는 양의 반응도계수를 가짐에 따라 노심(2)의 출력 제어가 용이하지 않으며, 최악의 경우 핵연료가 용융되는 안전사고를 야기한다.
However, when the orifice structure below the fuel assembly unit is blocked or damaged by impurities in the circulation system in the sodium cooling fast reactor 1, the amount of sodium (S) in the corresponding fuel assembly unit is reduced. This decrease in the amount of sodium (S) results in the cooling of the sodium (S) in the nuclear fuel assembly unit, that is, the coolant in which no coolant is present or absent. This regasification causes positive reactivity coefficients by increasing the neutron energy in the fuel assembly unit, and also causes negative reactivity coefficients due to the increase of leaked neutrons. At this time, the nuclear fuel assembly unit loaded in the center of the core 2 of the sodium cooling highway 1 has a higher neutron energy than the neutron leakage in the cooling regasification state, thereby causing a positive cooling regasification coefficient. This positive regasification coefficient is, in turn, a factor that lowers the safety of the core 2. In addition, in the cool regasification state, having a positive reactivity coefficient, output control of the core 2 is not easy, and in the worst case, it causes a safety accident in which nuclear fuel is melted.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 핵연료집합유닛은, 핵분열을 일으키는 핵연료체를 각각 구비하는 복수의 핵연료부 및 중성자를 감속시키는 중성자 감속체를 각각 구비한 채, 상기 복수의 핵연료부 사이에 분산되어 설치되는 복수의 감속부를 포함한다. A nuclear fuel assembly unit according to the present invention for achieving the above object is dispersed between the plurality of nuclear fuel parts, each provided with a plurality of nuclear fuel parts and a neutron decelerator for decelerating neutrons, respectively. It includes a plurality of reduction units that are installed.

일측에 의하면, 상기 복수의 핵연료부 및 복수의 감속부는 상호 동일 직경을 가지는 핵연료봉 및 감속봉을 각각 포함한다. According to one side, the plurality of nuclear fuel portion and the plurality of reduction portion comprises a nuclear fuel rod and a reduction rod each having the same diameter with each other.

일측에 의하면, 상기 중성자 감속체는 흑연(Graphite) 재질로 형성된다. According to one side, the neutron decelerator is formed of graphite (Graphite) material.

일측에 의하면, 상기 핵연료부는, 상호 적층 설치되는 제1 및 제2핵연료체 및 상기 제1 및 제2핵연료체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제1중성자 흡수체를 포함한다. According to one side, the nuclear fuel unit includes a first neutron absorber absorbing neutrons interposed between the first and second fuel bodies and the first and second fuel bodies are stacked on each other.

일측에 의하면, 상기 제1중성자 흡수체는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. According to one side, the first neutron absorber is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ).

일측에 의하면, 상기 감속부는, 상호 적층 설치되는 제1 및 제2중성자 감속체 및 상기 제1 및 제2중성자 감속체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제2중성자 흡수체를 포함한다. According to one side, the deceleration portion includes a first and second neutron reducer and the second neutron absorber interposed between the first and second neutron reducer to be laminated to each other to absorb the neutron.

일측에 의하면, 상기 제2중성자 흡수체는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. According to one side, the second neutron absorber is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ).

본 발명의 목적을 달성하기 위한 고속 원자로의 노심장치는 복수의 핵연료집합유닛이 장전되며, 상기 복수의 핵연료집합유닛은, 핵분열을 일으키는 핵연료체를 각각 구비하는 복수의 핵연료부 및 중성자를 감속시키는 중성자 감속체를 각각 구비한 채, 상기 복수의 핵연료부 사이에 분산되어 설치되는 복수의 감속부를 포함한다. The core device of the high-speed reactor for achieving the object of the present invention is loaded with a plurality of fuel assembly unit, the plurality of fuel assembly unit, the neutron to decelerate a plurality of fuel parts and neutrons each having a nuclear fuel body that causes nuclear fission It includes a plurality of reduction parts that are provided dispersed respectively between the plurality of nuclear fuel parts, each provided with a reduction gear.

일측에 의하면, 상기 감속부의 개수는 상기 고속 원자로의 노심장치의 중앙부에 장전되는 상기 핵연료집합유닛으로 갈수록 증가한다.
According to one side, the number of the deceleration portion increases toward the nuclear fuel assembly unit loaded in the central portion of the core device of the high-speed reactor.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 핵연료집합유닛이 중성자를 감속시킬 수 있는 감속부를 구비함에 따라, 냉각재기화시에도 생성되는 중성자의 에너지를 낮추는 효과를 가져옴으로써 냉각재기화반응도계수를 저감시킬 수 있게 된다. According to the present invention having the above configuration, first, as the nuclear fuel assembly unit includes a deceleration unit capable of slowing down the neutrons, the coolant reactivity reactivity coefficient is reduced by bringing the effect of lowering the energy of the neutrons generated during the cooling regasification. You can do it.

둘째, 핵연료부 및/또는 감속부가 중성자를 흡수하는 중성자 흡수체를 구비함에 따라, 축방향으로의 중성자 누출을 증대시켜 냉각재기화반응도계수 저감에 보다 기여할 수 있게 되어 원자로 노심장치의 안전도를 보다 향상시킬 수 있게 된다. Second, as the nuclear fuel section and / or the deceleration section have a neutron absorber that absorbs neutrons, the neutron leakage in the axial direction can be increased to contribute to the reduction of the cooling regasification reaction coefficient, thereby improving the safety of the reactor core device. Will be.

셋째, 복수의 핵연료부 사이에 감속부가 분산되어 설치됨에 따라, 핵연료의 융융사고가 발생되더라도 고속 원자로의 노심장치를 견고히 유지시킬 수 있게 된다. Third, as the deceleration unit is distributed among the plurality of nuclear fuel units, it is possible to firmly maintain the core apparatus of the high-speed reactor even when a nuclear fuel fusion accident occurs.

넷째, 감속부를 구비하는 핵연료집합유닛이 고속 원자로의 노심장치 중 상대적으로 중앙부에 보다 많이 장전됨에 따라, 출력의 평형화가 가능해져 전체적으로 출력을 향상시킬 수 있게 된다. Fourth, as the fuel assembly unit including the reduction unit is loaded more in the central portion of the core apparatus of the high-speed reactor, the output can be balanced and the output can be improved as a whole.

다섯째, 핵연료부와 감속부가 상호 동일 직경을 가지는 핵연료봉 및 감속봉으로 구성됨에 따라, 제조 편의성 및 경제성도 향상시킬 수 있게 된다.
Fifth, since the nuclear fuel portion and the reduction gear is composed of a nuclear fuel rod and a reduction rod having the same diameter, it is possible to improve the manufacturing convenience and economics.

도 1은 일반적인 소듐냉각고속로를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 핵연료집합유닛을 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 3은 도 2에 도시된 핵연료부를 개략적으로 도시한 종단면도,
도 4는 도 2에 도시된 감속부를 개략적으로 도시한 종단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 의한 핵연료집합유닛을 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 6은 도 5에 도시된 핵연료부를 개략적으로 도시한 종단면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛을 개략적으로 도시한 횡단면도,
도 8은 도 7에 도시된 감속부를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 9는 본 발명의 바람직한 제1 내지 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛이 설치된 고속 원자로의 노심장치를 개략적으로 도시한 횡단면도이다. 1 is a view schematically showing a typical sodium cooling fastener,
Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing a nuclear fuel assembly unit according to a first embodiment of the present invention,
3 is a longitudinal sectional view schematically showing the nuclear fuel unit shown in FIG.
Figure 4 is a longitudinal sectional view schematically showing a speed reduction unit shown in FIG.
Figure 5 is a cross-sectional view schematically showing a nuclear fuel assembly unit according to a second embodiment of the present invention,
6 is a longitudinal sectional view schematically showing the nuclear fuel unit shown in FIG. 5;
7 is a cross-sectional view schematically showing a nuclear fuel assembly unit according to a third preferred embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating the reduction unit illustrated in FIG. 7, and
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating a core apparatus of a high speed reactor in which nuclear fuel assembly units according to first to third embodiments of the present invention are installed.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 핵연료집합유닛(10)은 핵연료부(20) 및 감속부(30)를 포함한다. 여기서, 상기 핵연료부(20)와 감속부(30)는 각각 복수개 마련되어 하나의 냉각재(S)가 경유하는 덕트(40) 내에 장착된다. Referring to FIG. 2, the nuclear fuel assembly unit 10 according to the first embodiment of the present invention includes a nuclear fuel unit 20 and a deceleration unit 30. Here, the nuclear fuel unit 20 and the reduction unit 30 are provided in plural, respectively, and are mounted in the duct 40 via one coolant S.

참고로, 본 발명에서 설명하는 핵연료집합유닛(10)은 소듐을 냉각재로 사용하는 고속로를 포함하는 고속 원자로의 노심장치(300)에 채용되는 것으로 예시한다. 이러한 고속 원자로의 노심장치(300)의 구체적인 구성은 도 9를 참고하여 후술한다.
For reference, the nuclear fuel assembly unit 10 described in the present invention is exemplified as being employed in the core apparatus 300 of a high speed reactor including a high speed furnace using sodium as a coolant. A detailed configuration of the core apparatus 300 of the high speed reactor will be described later with reference to FIG. 9.

상기 핵연료부(20)는 도 3의 도시와 같이, 핵분열을 일으키는 핵연료체(21)를 구비한다. 구체적으로, 상기 핵연료부(20)는 우라늄과 초우라늄으로 구성되는 핵연료체(21)를 기준으로 차폐물질로 형성되어 하부 구조체들을 보호하거나 핵분열 가능한 원소를 생성시키기 위한 블랭킷을 포함하는 제1보호체(22)가 하부에 위치한다. 상기 핵연료체(21)를 기준으로 상부에는 핵연료체(21)의 구조를 고정시키기 위한 제1탄성체(23)가 위치한다. The nuclear fuel unit 20 is provided with a nuclear fuel body 21 causing nuclear fission, as shown in FIG. Specifically, the nuclear fuel unit 20 is formed of a shielding material based on the nuclear fuel body 21 composed of uranium and ultrauranium, and includes a first protective body including a blanket for protecting the lower structures or generating a nuclear fissionable element. (22) is located at the bottom. The first elastic body 23 for fixing the structure of the nuclear fuel body 21 is positioned above the nuclear fuel body 21.

이러한 핵연료부(20)는 상호 동일한 농축도를 가짐과 아울러 동일 직경을 가지는 복수의 핵연료봉으로 구성된다. 또한, 상기 핵연료부(20)는 금속재질의 제1피복재(24)에 의해 커버되어 내부가 보호되되, 도 3과 같이 핵연료체(21)의 운전 중 팽창을 보상하기 위해 제1피복재(24)와 핵연료체(21) 사이에는 소정 갭(G)이 마련된다. 여기서, 자세히 도시되지 않았으나, 상기 제1피복재(24)와 핵연료체(21) 사이의 갭(G)은 경우에 따라 열전도도 향상을 위해 소듐본딩(Sodium bonding)될 수도 있다. 또한, 가스상태의 핵분열생성물이 위치할 수 있도록 제1탄성체(23)가 위치하는 핵연료부(20)의 최상단 즉, 핵연료체(21)의 상부 영역을 빈 공간으로 형성시킨다. The nuclear fuel unit 20 is composed of a plurality of nuclear fuel rods having the same concentration and the same diameter as each other. In addition, the nuclear fuel unit 20 is covered by a metal first coating material 24 is protected inside, the first coating material 24 to compensate for the expansion during operation of the nuclear fuel body 21 as shown in FIG. And a predetermined gap G is provided between the fuel element 21 and the fuel element 21. Here, although not shown in detail, the gap G between the first coating material 24 and the nuclear fuel body 21 may be sodium bonded in some cases to improve thermal conductivity. In addition, the upper end of the nuclear fuel unit 20 in which the first elastic body 23 is located, that is, the upper region of the nuclear fuel body 21, is formed in an empty space so that the fission product in the gas state can be located.

상기 감속부(30)는 도 4의 도시와 같이, 중성자를 감속시키는 중성자 감속체(31)를 각각 구비한 채, 상기 복수의 핵연료부(20) 사이에 분산되어 복수개 설치된다. 이때, 상기 감속부(30) 또한, 상기 핵연료부(20)와 동일한 직경을 가지는 감속봉을 포함한다. 상기 중성자 감속체(31)는 흑연(Graphite) 재질로 형성됨이 좋으나, 꼭 이에 한정되지 않으며 중성자를 감속시킬 수 있는 탄소와 같은 다양한 재질 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있음은 당연하다. As shown in FIG. 4, the deceleration unit 30 is provided with a plurality of neutron decelerators 31 for decelerating neutrons and is distributed between the plurality of nuclear fuel units 20. In this case, the reduction unit 30 also includes a reduction rod having the same diameter as the nuclear fuel unit 20. The neutron decelerator 31 is preferably formed of a graphite material, but is not limited thereto, and may be formed of at least one of various materials such as carbon capable of reducing neutrons.

도 4를 참고하면, 상기 감속부(30)는 중성자 감속체(31)를 기준으로 차폐물질로 형성되어 하부 구조체들을 보호하는 제2보호체(32)가 하부에 위치한다. 또한, 상기 중성자 감속체(31)를 기준으로 상부에는 중성자 감속체(31)의 구조를 고정시키기 위한 제2탄성체(33)가 위치한다. 이러한 감속부(30)는 금속재질의 제2피복재(34)에 의해 커버되어 냉각재(S)의 흐름에 의한 내부 손상을 방지하기 위해 보호되며 핵연료부(20)와 마찬가지로 제2피복재(34)와 중성자 감속체(31) 사이에는 소정 갭(G)이 마련된다. Referring to FIG. 4, the deceleration part 30 is formed of a shielding material based on the neutron decelerator 31 so that the second protector 32 protecting the lower structures is located below. In addition, a second elastic body 33 for fixing the structure of the neutron reducer 31 is positioned above the neutron reducer 31. The deceleration part 30 is covered by a metal second coating material 34 and protected to prevent internal damage caused by the flow of the coolant S. Like the nuclear fuel part 20, the second coating material 34 and A predetermined gap G is provided between the neutron decelerators 31.

상기와 같은 감속부(30)의 구성에 의해, 감속부(30)를 구비하지 않는 종래의 냉각재기화반응도를 나타내는 표 1과 비교하여, 하기 표 2와 같이 제1실시예에서는 상대적으로 낮은 냉각재기화반응도계수를 얻을 수 있게 된다. 참고로, 표 1 및 표 2는 소듐을 냉각재로써 사용한 냉각재기화반응도계수 즉, 소듐기화반응도계수로 비교한다. 또한, 하기 표 1 및 표 2의 소듐기화반응도계수 계산에서 소듐기화상태는 핵연료가 장전되는 액티브 코어(Active Core) 영역 및 액티브 코어의 상부에 해당하는 냉각재가 기화되었다고 가정하에 계산되었다. Due to the configuration of the deceleration unit 30 as described above, compared with Table 1 showing the conventional regasification reaction rate without the deceleration unit 30, as shown in Table 2 below, the relatively low regasification of the first embodiment. The reactivity coefficient can be obtained. For reference, Tables 1 and 2 compare the coolant vaporization reactivity coefficient, that is, sodium vaporization reactivity coefficient, using sodium as the coolant. In addition, in the sodium vaporization reactivity coefficient calculations of Tables 1 and 2, the sodium vaporization state was calculated assuming that the coolant corresponding to the active core region and the upper portion of the active core where nuclear fuel was loaded was vaporized.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

도 5를 참고하면, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 의한 핵연료집합유닛(110)이 도시된다. 도 5의 도시와 같이, 제2실시예에 의한 핵연료집합유닛(110) 또한, 덕트(40)에 수용되는 핵연료부(120) 및 감속부(130)를 포함한다. 그러나, 제2실시예에 의한 핵연료집합유닛(110)은 도 6의 도시와 같은 핵연료부(120)의 구성을 가짐으로써 제1실시예와 차이를 가진다. 참고로, 상기 감속부(130)의 구성은 제1실시예와 동일 구성을 가짐에 따라, 자세한 설명 및 도시는 생략한다. 5, a nuclear fuel assembly unit 110 according to a second preferred embodiment of the present invention is shown. As shown in FIG. 5, the nuclear fuel assembly unit 110 according to the second embodiment also includes a nuclear fuel unit 120 and a reduction unit 130 accommodated in the duct 40. However, the fuel assembly unit 110 according to the second embodiment is different from the first embodiment by having the configuration of the nuclear fuel unit 120 as shown in FIG. 6. For reference, as the configuration of the reduction unit 130 has the same configuration as the first embodiment, detailed description and illustration are omitted.

제2실시예에 의한 핵연료부(120)는 도 6과 같이, 제1 및 제2핵연료체(121)(122), 제1중성자 흡수체(123)를 포함한다. As illustrated in FIG. 6, the nuclear fuel unit 120 according to the second embodiment includes first and second nuclear fuel bodies 121 and 122 and a first neutron absorber 123.

상기 제1 및 제2핵연료체(121)(122)는 상호 적층되게 설치된다. 설명의 편의를 위해, 도 6의 도시 기준으로 상부에 위치하는 핵연료체를 제1핵연료체(121)로 지칭하며, 제2핵연료체(122)는 제1핵연료체(121)의 하부에 위치하는 것으로 지칭한다. 상기 제1 및 제2핵연료체(121)(122)는 제1실시예와 마찬가지로 우라늄 및 초우라늄원소를 포함한다. The first and second nuclear fuel bodies 121 and 122 are installed to be stacked on each other. For convenience of description, a nuclear fuel body positioned at an upper portion as illustrated in FIG. 6 is referred to as a first fuel body 121, and a second fuel body 122 is positioned below the first fuel body 121. It is referred to as. The first and second nuclear fuel bodies 121 and 122 include uranium and ultrauranium elements as in the first embodiment.

상기 제1중성자 흡수체(123)는 제1 및 제2핵연료체(121)(122)의 사이에 개재되어 중성자를 흡수한다. 즉, 상기 제1중성자 흡수체(123)는 제2핵연료체(122)의 상부에 적층되며, 제1중성자 흡수체(123)의 상부에 제1핵연료체(121)가 적층된다. 상기 제1중성자 흡수체(123)는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 이러한 제1중성자 흡수체(123)로 인해, 상기 핵연료부(120)의 축방향으로의 중성자 누출을 높여 하기 표 3과 같이 냉각재기화반응도계수 즉, 소듐기화반응도계수를 낮출 수 있게 된다. 하기 표 3에 의해 계산된 냉각재기화반응도계수 또한, 상기 표 2와 같이 소듐을 냉각재로써 사용하였으며 핵연료가 장전되는 액티브 코어 영역 및 액티브 코어의 상부에 해당하는 냉각재가 기화되었다고 가정하에 계산되었다. The first neutron absorber 123 is interposed between the first and second nuclear fuel bodies 121 and 122 to absorb neutrons. That is, the first neutron absorber 123 is stacked on the second nuclear fuel body 122, and the first fuel body 121 is stacked on the first neutron absorber 123. The first neutron absorber 123 is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ). Due to the first neutron absorber 123, the neutron leakage in the axial direction of the nuclear fuel unit 120 is increased to lower the cooling regasification reactivity coefficient, that is, the sodium vaporization reactivity coefficient, as shown in Table 3 below. The coolant gasification reactivity coefficient calculated by the following Table 3 was also calculated on the assumption that sodium was used as the coolant as shown in Table 2 above, and the coolant corresponding to the top of the active core region and the active core where nuclear fuel was loaded was vaporized.

Figure pat00003
Figure pat00003

한편, 상기 핵연료부(120)는 제1보호체(124), 제1탄성체(125) 및 제1피복재(126)를 구비하며, 이러한 구성은 제1실시예와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
On the other hand, the nuclear fuel unit 120 is provided with a first protective member 124, the first elastic body 125 and the first coating material 126, the configuration is similar to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛(210)이 도시된다. 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛(210)은 제1 및 제2실시예와 마찬가지로 덕트(40)에 수용되는 핵연료부(220) 및 감속부(230)를 포함한다. 여기서, 상기 핵연료부(220)의 구성은 도 5 및 도 6을 참고하여 설명한 제2실시예에 의한 핵연료부(120)의 구성과 동일한 구성을 가진다. 즉, 제3실시예에서도 핵연료부(220)가 제1 및 제2핵연료체(121)(122) 및 중성자 흡수체(123)를 구비하는 것이다. 이에 따라, 제3실시예에 의한 핵연료부(220)는 도 5 및 도 6을 참고하여 자세한 설명은 생략한다. 7, a nuclear fuel assembly unit 210 according to a third embodiment of the present invention is shown. The nuclear fuel assembly unit 210 according to the third embodiment includes a nuclear fuel unit 220 and a reduction unit 230 accommodated in the duct 40 like the first and second embodiments. Here, the configuration of the nuclear fuel unit 220 has the same configuration as that of the nuclear fuel unit 120 according to the second embodiment described with reference to FIGS. 5 and 6. That is, in the third embodiment, the nuclear fuel unit 220 includes the first and second nuclear fuel bodies 121 and 122 and the neutron absorber 123. Accordingly, the nuclear fuel unit 220 according to the third embodiment will be omitted with reference to FIGS. 5 and 6.

한편, 제3실시예에 의하면 감속부(230)가 도 8의 도시와 같이, 제1 및 제2중성자 감속체(231)(232), 제2중성자 흡수체(233)를 포함한다. Meanwhile, according to the third embodiment, as shown in FIG. 8, the reduction unit 230 includes first and second neutron reducers 231 and 232 and a second neutron absorber 233.

상기 제1 및 제2중성자 감속체(231)(232)는 상호 적층되게 설치된다. 도 8의 도시 기준으로 상부에 위치하는 중성자 감속체를 제1중성자 감속체(231)로 지칭하며, 제2중성자 감속체(232)는 제1중성자 감속체(231)의 하부에 위치하는 것으로 지칭한다. 상기 제1 및 제2중성자 감속체(231)(232)는 제1실시예와 마찬가지로 탄소 계열인 흑연(Graphite) 재질로 형성된다. The first and second neutron reduction bodies 231 and 232 are installed to be stacked on each other. Referring to FIG. 8, the neutron decelerator located above is referred to as a first neutron decelerator 231, and the second neutron decelerator 232 is referred to as located below the first neutron decelerator 231. The first and second neutron reducers 231 and 232 are formed of a graphite-based graphite material as in the first embodiment.

상기 제2중성자 흡수체(233)는 제1 및 제2중성자 감속체(231)(232)의 사이에 개재되어 중성자를 흡수한다. 즉, 상기 제2중성자 흡수체(233)는 제2중성자 감속체(232)의 상부에 적층되며, 제2중성자 흡수체(233)의 상부에 제1중성자 감속체(231)가 적층된다. 상기 제2중성자 흡수체(233)는 제2실시예의 제1중성자 흡수체(123)과 마찬가지로, 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 한편, 상기 제2중성자 흡수체(233)로 인해, 상기 감속부(230)의 축방향으로의 중성자 누출을 높일 수 있어, 하기 표 4와 같이, 냉각재기화반응도계수를 낮출 수 있다. 참고로, 하기 표 4 또한, 상기 표 2 및 표 3과 같이 소듐을 냉각재로써 사용하였으며 핵연료가 장전되는 액티브 코어 영역 및 액티브 코어의 상부에 해당하는 냉각재가 기화되었다고 가정하에 계산되었다.The second neutron absorber 233 is interposed between the first and second neutron reducers 231 and 232 to absorb neutrons. That is, the second neutron absorber 233 is stacked on the second neutron reducer 232, and the first neutron reducer 231 is stacked on the second neutron absorber 233. Like the first neutron absorber 123 of the second embodiment, the second neutron absorber 233 is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ). On the other hand, due to the second neutron absorber 233, neutron leakage in the axial direction of the reduction unit 230 can be increased, as shown in Table 4, it is possible to lower the cooling regasification coefficient. For reference, Table 4 was also calculated based on the assumption that sodium was used as the coolant as shown in Tables 2 and 3, and the coolant corresponding to the upper portion of the active core region and the active core where nuclear fuel was loaded was vaporized.

Figure pat00004
Figure pat00004

참고로, 제3실시예에 의한 감속부(230) 또한, 제2보호체(234), 제2탄성체(235) 및 제2피복재(236)을 포함하며, 이러한 구성은 제1실시예에 의한 제2보호체(32), 제2탄성체(33) 및 제2피복재(34)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다. For reference, the deceleration part 230 according to the third embodiment also includes a second protector 234, a second elastic body 235, and a second coating material 236, and this configuration is according to the first embodiment. Since it is the same as the 2nd protection body 32, the 2nd elastic body 33, and the 2nd coating material 34, detailed description is abbreviate | omitted.

한편, 상기 제3실시예에서는 핵연료부(220) 및 감속부(230) 모두, 제1 및 제2중성자 흡수체(123)(233)가 설치되는 것으로 예시하였으나, 노심장치(300)의 초기 유효증배계수 조절을 위해 제1 및 제2중성자흡수체(123)(233)의 개재 여부를 선택적으로 조절할 수도 있다.
Meanwhile, in the third embodiment, the nuclear fuel unit 220 and the reduction unit 230 are illustrated as having the first and second neutron absorbers 123 and 233 installed, but the initial effective multiplication of the core device 300 is performed. In order to control the coefficient, the presence or absence of the first and second neutron absorbers 123 and 233 may be selectively adjusted.

도 9를 참고하면, 도 2 내지 도 8을 참고하여 설명한 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛(10)(110)(210)이 채용된 고속 원자로의 노심장치(300)가 도시된다. Referring to FIG. 9, a core apparatus 300 of a high speed reactor employing nuclear fuel assembly units 10, 110, and 210 according to the first to third embodiments of the present invention described with reference to FIGS. 2 to 8. Is shown.

도 9를 참고하면, 본 발명에 의한 고속 원자로의 노심장치(300)는 도시된 기준으로 상대적으로 최외곽부터 순차적으로, 노심장치(300)로부터 발생된 방사선을 차폐하기 위한 방사선 차폐유닛(310), 중성자를 흡수하는 흡수유닛(320), 중성자를 내부로 반사시키는 반사유닛(330), 중성자를 발생시키는 외부코어(340) 및 내부코어(350)로 구성된다. 상기 내부코어(350)는 제1 및 제2제어유닛(351)(352) 그리고, 핵연료유닛(353)이 마련된다. 여기서, 상기 핵연료유닛(353)은 도 2 내지 도 8을 참고하여 설명한 제1 내지 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛(10)(110)(210)을 선택적으로 채용한다. Referring to FIG. 9, the core apparatus 300 of the high-speed reactor according to the present invention is a radiation shielding unit 310 for shielding radiation generated from the core apparatus 300 in order from the outermost side in the order shown. , An absorption unit 320 for absorbing neutrons, a reflection unit 330 for reflecting neutrons therein, an outer core 340 for generating neutrons, and an inner core 350. The inner core 350 includes first and second control units 351 and 352 and a nuclear fuel unit 353. Here, the nuclear fuel unit 353 selectively employs the nuclear fuel assembly units 10, 110, 210 according to the first to third embodiments described with reference to FIGS. 2 to 8.

한편, 상기 내부코어(350)의 중앙부로 갈수록 출력이 높아짐에 따라, 출력의 평형화를 위해 상대적으로 중앙부에 배치되는 핵연료유닛(353)에 감속부(30)(130)(230)를 포함하는 제1 내지 제3실시예에 의한 핵연료집합유닛(10)(110)(210)이 보다 많이 채용됨이 좋다. 이 경우, 상기 노심장치(300)의 균일한 출력이 가능해져 전체적인 출력 향상에 기여할 수 있게 된다.
On the other hand, as the output is increased toward the central portion of the inner core 350, the first including the reduction unit (30, 130, 230) in the nuclear fuel unit (353) disposed relatively in the center for the balance of the output Nuclear fuel assembly units 10, 110, 210 according to the first to third embodiments may be employed more. In this case, a uniform output of the core device 300 is possible, thereby contributing to the overall output improvement.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that

10, 110, 210: 핵연료집합유닛 20, 120, 220: 핵연료부
30, 130, 230: 감속부 40: 덕트
300: 고속 원자로의 노심장치10, 110, 210: nuclear fuel assembly unit 20, 120, 220: nuclear fuel department
30, 130, 230: Reducer 40: Duct
300: core device of a fast reactor

Claims (13)

핵분열을 일으키는 핵연료체를 각각 구비하는 복수의 핵연료부; 및
중성자를 감속시키는 중성자 감속체를 각각 구비한 채, 상기 복수의 핵연료부 사이에 분산되어 설치되는 복수의 감속부;
를 포함하는 핵연료집합유닛.
A plurality of nuclear fuel units each having a nuclear fuel body that causes nuclear fission; And
A plurality of deceleration parts disposed between the plurality of nuclear fuel parts, each having a neutron decelerator for decelerating neutrons;
Nuclear fuel assembly unit comprising a.
제1항에 있어서,
상기 복수의 핵연료부 및 복수의 감속부는 상호 동일 직경을 가지는 핵연료봉 및 감속봉을 각각 포함하는 핵연료집합유닛.
The method of claim 1,
And a plurality of nuclear fuel units and a plurality of reduction units comprising nuclear fuel rods and reduction rods each having the same diameter.
제1항에 있어서,
상기 중성자 감속체는 흑연(Graphite) 재질로 형성되는 핵연료집합유닛.
The method of claim 1,
The neutron reducer is a nuclear fuel assembly unit formed of graphite (Graphite) material.
제1항에 있어서,
상기 핵연료부는,
상호 적층 설치되는 제1 및 제2핵연료체; 및
상기 제1 및 제2핵연료체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제1중성자 흡수체;
를 포함하는 핵연료집합유닛.
The method of claim 1,
The nuclear fuel unit,
First and second nuclear fuel bodies stacked on each other; And
A first neutron absorber interposed between the first and second nuclear fuel bodies to absorb neutrons;
Nuclear fuel assembly unit comprising a.
제4항에 있어서,
상기 제1중성자 흡수체는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 핵연료집합유닛.
The method of claim 4, wherein
And the first neutron absorber is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ).
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 감속부는,
상호 적층 설치되는 제1 및 제2중성자 감속체; 및
상기 제1 및 제2중성자 감속체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제2중성자 흡수체;
를 포함하는 핵연료집합유닛.
The method according to claim 1 or 4,
The deceleration unit,
First and second neutron reduction bodies that are stacked on each other; And
A second neutron absorber interposed between the first and second neutron decelerators to absorb neutrons;
Nuclear fuel assembly unit comprising a.
제6항에 있어서,
상기 제2중성자 흡수체는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 핵연료집합유닛.
The method of claim 6,
And the second neutron absorber is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ).
복수의 핵연료집합유닛이 장전되는 고속 원자로의 노심장치에 있어서,
상기 복수의 핵연료집합유닛은,
핵분열을 일으키는 핵연료체를 각각 구비하는 복수의 핵연료부; 및
중성자를 감속시키는 중성자 감속체를 각각 구비한 채, 상기 복수의 핵연료부 사이에 분산되어 설치되는 복수의 감속부;
를 포함하는 고속 원자로의 노심장치.
In the core apparatus of the high-speed reactor in which a plurality of fuel assembly unit is loaded,
The plurality of nuclear fuel assembly unit,
A plurality of nuclear fuel units each having a nuclear fuel body that causes nuclear fission; And
A plurality of deceleration parts disposed between the plurality of nuclear fuel parts, each having a neutron decelerator for decelerating neutrons;
Core device of the high-speed reactor comprising a.
제8항에 있어서,
상기 중성자 감속체는 탄소 계열 재질로 형성되는 고속 원자로의 노심장치.
9. The method of claim 8,
The neutron reducer is a core device of a high-speed reactor is formed of a carbon-based material.
제8항에 있어서,
상기 핵연료부는,
상호 적층 설치되는 제1 및 제2핵연료체; 및
상기 제1 및 제2핵연료체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제1중성자 흡수체;
를 포함하는 고속 원자로의 노심장치.
9. The method of claim 8,
The nuclear fuel unit,
First and second nuclear fuel bodies stacked on each other; And
A first neutron absorber interposed between the first and second nuclear fuel bodies to absorb neutrons;
Core device of the high-speed reactor comprising a.
제10항에 있어서,
상기 감속부는,
상호 적층 설치되는 제1 및 제2중성자 감속체; 및
상기 제1 및 제2중성자 감속체 사이에 개재되어 중성자를 흡수하는 제2중성자 흡수체;
를 포함하는 고속 원자로의 노심장치.
The method of claim 10,
The deceleration unit,
First and second neutron reduction bodies that are stacked on each other; And
A second neutron absorber interposed between the first and second neutron decelerators to absorb neutrons;
Core device of the high-speed reactor comprising a.
제11항에 있어서,
상기 제1 및 제2중성자 흡수체는 탄화붕소(B4C) 및 산화에르븀(Er2O3) 중 적어도 어느 하나로 형성되는 고속 원자로의 노심장치.
The method of claim 11,
The first and second neutron absorber is a core device of a high-speed reactor is formed of at least one of boron carbide (B 4 C) and erbium oxide (Er 2 O 3 ).
제8항에 있어서,
상기 감속부의 개수는 상기 고속 원자로의 노심장치의 중앙부에 장전되는 상기 핵연료집합유닛으로 갈수록 증가하는 고속 원자로의 노심장치.
9. The method of claim 8,
And the number of the reduction units increases toward the fuel assembly unit loaded in the central portion of the core apparatus of the fast reactor.
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