KR20160051987A

KR20160051987A - 내구성이 향상된 노내계측기

Info

Publication number: KR20160051987A
Application number: KR1020140149606A
Authority: KR
Inventors: 차균호; 노경호; 김용덕; 문상래; 배성만
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-12
Also published as: WO2016068461A1

Abstract

원자로 내부로 장전-인출-재장전되는 노내계측기의 내구성이 향상되도록 한 본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기는 전자를 방출하는 에미터, 전도체를 격리하는 절연체, 상기 전자를 집전하여 전류를 생성하는 외부전도체 및 상기 에미터에 연결되는 신호선을 포함하되, 상기 에미터의 중심에는 삽입홀이 형성되고 상기 신호선은 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 에미터에 체결되므로, 신호선의 단락에 의한 노내계측기의 불량을 해소하는 효과가 있다.

Description

내구성이 향상된 노내계측기{In-Core Instrumentation Assembly with improved durability}

본 발명은 내구성이 향상된 노내계측기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력발전소의 안전운전에 있어서 중요한 노심의 출력분포를 측정하는 노내계측기에 관한 것이다.

원자로의 안전운전에 가장 중요한 지표는 출력첨두계수이며, 이 값을 감시하기 위해서는 노심의 정확한 3차원 출력분포를 연속적으로 측정할 수 있어야 한다. 노심의 출력분포는 노내계측기를 이용하여 측정하는데, 원전의 노내계측기는 이동형과 고정형이 있다.

주로 핵분열함(fission chamber)이 사용되는 이동형 노내계측기는 원전 수명기간 동안 사용이 가능하며, 정확한 3차원 노심 출력분포를 측정할 수 있는 장점이 있으나, 주기적으로만 출력분포 측정이 이루어져 온라인(on-line) 측정이 불가능한 단점이 있다.

반면, 고정형 노내계측기는 온라인 측정이 가능한 장점이 있으나, 노심 출력신호를 발생하는 계측기 에미터 물질이 노심 내에서 중성자와 반응하면서 연소하기 때문에 주기적으로 계측기를 교체해야 하는 단점이 있다.

한편, 고정형 노내계측기는 노심의 하부에서 장전되는 하부 탑재형 노내계측기(bottom mounted ICI)와 노심의 상부에서 장전되는 상부 탑재형 노내계측기(top-mounted ICI)로 분류할 수 있다.

도 1은 하부 탑재형 노내계측기가 적용된 원자로를 간략하게 나타낸 도면이며, 도 2는 하부 탑재형 노내계측기가 적용된 원자로를 간략하게 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 노내계측기(10)는 굴곡된 경로를 통하여 원자로(1)에 장전-인출-재장전된다. 특히 상부 탑재형의 경우는 노내계측기(10)가 하부 탑재형보다 심한 굴곡의 경로를 통하여 장전-인출-재장전을 여러번 겪어야한다.

중성자 조사가 안 된 새로운 노내계측기(10)는 처음 정전되어 약 18개월 운전기간 동안 노심에서 중성자 조사를 받은 후 핵연료 교체를 위해 노심 외부에 임시 저장된다. 핵연료 교체가 끝나고 다음 주기 운전을 시작하기 위해서 중성자 조사를 받은 노내계측기(10)는 다시 원래의 위치로 재장전되어 중성자 조사를 다시 받게 된다. 즉, 로듐은 2~4회, 바나듐/코발트/백금은 5~7회 반복된 장전, 재장전으로 인하여 노내계측기(10) 구성 물질들이 중성자조사에 의한 변형 및 재료취화등 재질의 변화가 수반되며, 궁극적으로는 에미터와 신호선 연결부위에서 단락이 발생되는 문제가 발생된다.

한편, 고정형 노내계측기는 내부 전도체의 원자핵과 종성자가 반응하여 전자를 발생시켜 출력에 비례하는 전류를 발생하는 이른바, 외부전원이 필요 없는 자발중성자계측기(Self-Powered Neutron Detector;SPND)의 형태를 가진다.

도 3은 종래의 자발중성자계측기의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이다.

도 3을 참조하면, 자발중성자계측기(10)는 전자를 방출하는 내부 전도체인 에미터(11), 방사선을 잘 견뎌 내/외부 전도체를 격리하는 절연체(insulator)(12) 및 전자를 집전하여 전류를 생성하는 외부 전도체(collector, or sheath)(13) 와 신호선(lead wire)(14)로 구성된다.

여기서, 에미터(11)와 신호선(14)은 용접으로 결합된다. 에미터(11)는 중성자와 반응하여 전자를 방출하는 물질로서 주로 귀금속 또는 일반금속으로 이루어질 수 있다. 신호선(14)은 중성자와 반응이 적은 물질로서 주로 니켈계열 합금인 인코넬 600을 사용할 수 있다. 즉, 에미터(11)와 신호선(14)은 단일 금속(귀금속 또는 일반금속)과 합금의 결합으로서, 이종금속간의 용접으로 결합이 이루어진다.

이 경우 에미터(11)와 신호선(14)의 재료 성질이 상이하여 금속결합이 어려우며 이의 해결을 위해 모재를 녹이지 않고 두 물질간의 홈에 용융물질을 첨가하여 결합하는 브레이즈(braz) 용접 방법을 사용하여 접합한다.

하지만 브레이즈 용접은 전단응력(shear stress)이 약하여 고온 및 방사선 영향 증가시 접합부 절단(fragile) 현상이 발생하며, 또한 신호선의 취성(brittleness)으로 인하여 장기 사용시 표면결함이 발전하여 횡방향 응력(lateral stress)이 가중되는 특징이 있다. 결국 이러한 현상으로 인하여 350℃ 이상의 고온의 노심환경과 상온의 노심 외부환경을 수차례 오가는 과정에서 이 용접부위의 문제로 인해 신호연결선이 단락되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제1443363호 (2014. 09. 29. 공고)

본 발명의 목적은 원자로 내부로 장전-인출-재장전되는 노내계측기의 내구성이 향상되도록 한 내구성이 향상된 노내계측기을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기는 전자를 방출하는 에미터, 전도체를 격리하는 절연체, 상기 전자를 집전하여 전류를 생성하는 외부전도체 및 상기 에미터에 연결되는 신호선을 포함하되, 상기 에미터의 중심에는 삽입홀이 형성되고 상기 신호선은 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 에미터에 체결될 수 있다.

상기 에미터는 0.5mm의 직경과 400mm의 길이를 가지며, 상기 삽입홀은 0.1mm의 내경으로 가공되는 것을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기는 중성자와 반응하는 노내계측기의 에미터에 형성되는 삽입홀에 신호선을 삽입하여 에미터와 신호선을 체결하는 방법으로 에미터와 신호선을 연결하므로, 신호선의 단락에 의한 노내계측기의 불량을 해소하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기는 노심의 정확한 출력분포를 계산할 수 있으며, 노내계측기 불량률 감소로 인하여 노내계측기 구매비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기는 폐기되는 노내계측기 수량의 감소를 통하여 고준위 방사성물질인 사용후 노내계측기 폐기물량을 현저히 줄일 수 있으며, 이는 고준위 폐기물 사용공간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 원전 종사자의 피폭 저감에도 기여할 수 있다.

도 1은 하부 탑재형 노내계측기가 적용된 원자로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 하부 탑재형 노내계측기가 적용된 원자로를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 자발중성자계측기의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 자발중성자계측기의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명에 따른 내구성이 향상된 노내계측기에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 4를 본 실시예에 따른 자발중성자계측기의 구성을 간략하게 나타낸 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 자발중성자계측기(100)는 에미터(110)와 신호선(140)의 결합관계에서 차이점을 가지며, 나머지 구성은 종래의 자발중성자계측기와 대동소이하게 구성될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 자발중성자계측기(100)는 에미터(110), 절연체(120), 외부전도체(130) 및 신호선(140)을 포함할 수 있다. 에미터(110)는 외부전도체(130)의 내부에 배치되며, 절연체(120)는 에미터(110)와 외부전도체(130)의 사이에 채워진다.

이때, 본 실시예에 따른 자발중성자계측기(100)는 에미터(110)의 내부에 삽입홀(111)이 형성된다. 그리고 신호선(140)은 삽입홀(111)의 내부에 삽입되어 에미터(110)에 체결될 수 있다. 에미터(110)는 0.5mm의 직경과 400mm의 길이를 가지며, 삽입홀(111)은 0.1mm의 내경을 가질 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 자발중성자계측기(100)는 에미터(110)와 신호선(140)을 브레이즈 용접하지 않고 에미터(110)에 형성된 삽입홀(111)로 신호선(140)이 삽입되어 에미터(110)와 신호선(140)이 체결된다.

따라서 본 실시예에 따른 자발중성자계측기(100)는 에미터(110)와 신호선(140)이 견고한 연결 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 에미터(110)와 신호선(140)의 접촉면적이 확대되어 에미터(110)에서 발생되는 신호의 불량을 줄일 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.

100 : 자발중성자계측기
110 : 에미터
111 : 삽입홀
120 : 절연체
130 : 외부전도체
140 : 신호선

Claims

전자를 방출하는 에미터;
전도체를 격리하는 절연체;
상기 전자를 집전하여 전류를 생성하는 외부전도체;및
상기 에미터에 연결되는 신호선;을 포함하되,
상기 에미터의 중심에는 삽입홀이 형성되고 상기 신호선은 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 에미터에 체결되는 것을 특징으로 하는 노내계측기.
제 1항에 있어서,
상기 에미터는 0.5mm의 직경과 400mm의 길이를 가지며,
상기 삽입홀은 0.1mm의 내경으로 가공되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 노내계측기.