KR20180019570A - 원자로의 수동 보호 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자로 보호 시스템에 해당하며 특히 고속 중성자 원자로의 개발에 사용될 수 있다. 본 발명의 기술적 결과는 다양한 비상 모드에서의 신뢰성 있는 작동을 보장함으로써 부 반응성의 수동 입력을 위한 장치의 5가지 기능으로 확장하는 것이다. 이 장치는 2개의 용기로 이루어져 있다. 2 개의 용기는 하나의 공통 케이싱에 위치하며 용기와 케이싱 사이에 냉각제가 흘러가는 환체 공간이 있다. 환체 공간에는 연료요소가 있고 그 연료요소를 냉각시키기고 상부 용기를 가열시키기 위한 냉각제의 유동을 형성하는 수단이 있다. 상부 용기는 활성 영역보다 위에서 위치하고 있으며 안에서 내부 분리벽으로 원통형 공간과 환체 공간으로 나뉘어진다. 분리벽은 횡방향이고 열전도율이 낮은 상태로 설치되어 있다. 상부 용기의 중앙 공간에는 카드뮴의 동위 원소가 우위적으로 들어가 있으며, 환체 공간에는 수은이 있다. 하부 용기는 유리하게 활성 영역에 위치하며 불활성 가스로 채워져 있다. 두개의 용기는 파열판 형태의 분리벽이 있는 파이프로 연결되어 있다.

Description

원자로의 수동 보호 장치

본 발명은 원자로 보호 시스템에 해당하며, 특히 고속 5 중성자 원자로의 개발에 사용될 수 있는 원자로의 수동 보호 장치에 관한 것이다.

기존에 있는 나트륨 냉각제 원자로 장치와 코어 반응성 제어 시스템을 기반으로 하는 무거운 냉각제의 기술 수준은 일반적으로 급속하게 발생하는 비상시에 원자로 코어에 제어 및 보호 시스템의 드라이브 또는 중력에 의해 활성 영역으로 낮추거나 아르키메데스의 힘으로 인해 활성 영역으로 상승되는 방법으로 기계적으로 도입되는 중성자 흡수봉의 사용에 기초로 하고 있다.

보호 작동의 신뢰성을 높이기 위해, 예를 들어 최대 허용 온도, 순환 속도, 냉각제 압력 등과 같은 코어 매개변수의 한계 값에 도달할 때 수동 작동 원리를 사용하는 작동 장치가 사용된다. 비상 상황에서 이러한 장치의 작동은 자연스럽게 발생하며 용융, 용적 또는 모양의 변화 (멤브레인, 벨 로즈, 가용 삽입물 및 바이메탈 요소)가 만들어지는 재질 자기특성과 같은 다양한 물리적 효과의 사용을 기반으로 한다(Journal of Nuclear Technology Abroad, 1988, No. 1, pp. 10-16 참조).

그러나 신세대의 고속 중성자를 기반으로 하는 설계하는 원자로에는 기계식 로드 시스템을 기반으로 하는 비상 보호는 높은 신뢰성의 작동을 보장하지 못한다. 재료의 팽창 및 활성 영역 구성요소의 기하학적 모양의 변화를 초래하는 높은 중성자 급류 및 온도의 장기간 작용은 활성 영역 기능의 엄격한 조건 때문이다. 또한, 무거운 냉각제에 있는 축에 상당한 부력이 작용하여, 원자로의 활성 영역으로 떨어지는 것을 더욱 어렵게 만든다. 그러한 조건에서 흡수성 축의 비상보호 작동 기관 사용은 핵분열 연쇄 반응을 억제하기 위해 반응장치의 활성 영역에 비상사태 진입의 신뢰성이 감소된다.

연료 생산 조립의 차체에 설치된 고속 중성자 원자로의 수동 보호 장치가 러시아 특허 RU20725702호에 공지되어 있다..

본 발명에 따르면, 냉각제용 구멍 있는 헤드, 차체 및 생크가 들어가는 연료 생산 반응 장치 BN-600에 핵연료봉 다발, 단축된 연료 요소 형태의 방사 가열 장치와 570 ~ 650℃ 범위에 냉각제 온도의 응급 과잉에 반응하는 액추에이터가 설치되어 있다. 조립 헤드의 5개의 홀 중 하나에 빔이 자유롭게 장착되어 있고, 그 중 한쪽은 포크 그립을 가지고 축의 뒤쪽에 핵연료봉 다발을 고정하고 두 번째 쪽은 헤드에 고정된 2종 금속 요소의 플레이트 구멍에 삽입되어 있다. 능동적인 원자로 보호 시스템이 고장날 때 냉각제의 온도 비상 상승시 바이메탈 플레이트의 구부림, 포크 그립으로 빔의 팔 고정에서 이탈, 그로부터 원자로 반응을 억제하기 위해 활성 영역에 핵연료봉 다발이 방출된다. 흡수체 핵연료봉 다발의 기하학적 특성 및 2종 금속 소자의 특성과 작동 임계 값은 수동 보호 장치의 신뢰도를 낮추는 집중적 중성자 방사와 냉각제의 높은 온도 조건에서 크게 변화된다.

용융 온도가 장치의 작동 온도에 상응하는 물질로 채워진 채 밀폐되고 밀봉된 벨로우즈를 포함하는 원자로용 수동 안전장치가 러시아 특허 RU 2086009호에 공지되어 있다. 벨로우즈의 한쪽 끝은 움직일 수 없게 고정되어 있고, 두 번째 끝은 트리거 장치와 관련되어 있으며, 벨로우즈의 끝 부분에는 압축된 스프링이 있다. 물질이 융해될 때 냉각제의 온도가 비상 상승하는 경우에는 장치는 벨로우즈의 자유 단부의 이동과 벨로우즈와 스프링의 탄성 및 융해물질의 부피 증가에 의해 제공되는 트리거 장치 작동을 보장한다.

강렬한 중성자 방사의 장기간 감화 및 냉각제의 고온도 조건에서의 일반적인 단점은 크게 흡수체 핵연료봉 다발의 기하학적 특성 변화뿐만 아니라 2종 금속 요소, 벨로우즈, 스피링의 기능적 특성의 부패 및 스위칭 임계 값이 변경된다. 또한, 무거운 냉각제 (예를 들어, 납)가 있는 빠른 중성자를 기반으로 하는 원자로에 있어서 흡수 핵연료봉 다발이 떨어지는 것을 실현하는 데 건설적인 어려움이 발생한다.

나트륨 냉각제를 갖는 고속 중성자 원자로의 수동 보호 장치가 연료 조립체에 내입된 것이 미국 특허 US 5333156호에 공지되어 있다. 장치는 전체적으로 위치한 환형 블록의 상부에 위치하는 차체 내부에 들어있는 연료 조립체로 구성된다.

환형 블록은 나트륨 냉각제와 접촉하는 관통된 엔빌로프의 형태로 만들어지며, 내부에는 중성자를 흡수하는 물질의 입자가 분산되어 있는 가용성 매트릭스가있다. 냉각수 온도가 확정된 수준 이상으로 상승하면 매트릭스가 녹고 그 안에 분산된 중성자 흡수 물질의 입자가 천공된 외피에서 원자로 활성 영역으로 이동하여 핵 반응을 억제한다.

그러나 이 장치는 무거운 냉각제(예를 들어, 납)가 있는 원자로에는 사용할 수 없다. 왜냐하면, 중성자 흡수 물질의 분산된 비교적으로 가벼운 입자는 무거운 냉각제 내에서 부상하고 연료 집합체 및 원자로 코어로부터 배출될 것이기 때문이다.

원자로의 반응성을 축소 시키는 장치는 2개의 막대가 수직으로 놓여 있고 그 사이에 내부 용기가 있는 원통형 밀폐 밀봉된 외부 용기의 수동 장치가 영국 특허GB866305호에 개시되어 있다. 내부 용기는 중성자를 효과적으로 흡수하고 고온에서 적극적으로 증발하는 물질, 예를 들어 수은으로 채워져 있다. 코어의 온도가 증가함에 따라 팽창하는 로드가 내부 용기의 겉부분을 파괴하고 흡수 물질이 증발하여 외부 용기의 빈 공간을 채우고 중성자 흡수가 급격히 증가한다. 하지만 그러한 구조는 방사선 팽창 과정으로 인해 구조 요소의 치수 변화가 축적되어 수동장치 비상 배출의 확실성을 보장하지 못한다. 또한, 장치는 많은 양의 흡착 물질을 활성 영역에 도입하지 못하며, 응급 상황에서 중성자 흡수 효율에 필요한 매개 변수를 제공할 수 없다.

미국 특허 US 4104122호의 원자로용 보호장치는 제안된 기술 솔루션에 가장 가까운 두 개의 밀폐된 형태로 근접하게 위치하는 용기가 연결된 형태로 알려져 있다. 비활성 영역에 위치하는 상부 용기는 액체형태의 나트륨을 흡수하는 물질과 특정 압력의 가스로 채워져 있고, 하부 용기는 특정 압력 가스로 채워져 있다. 하단에서 하부 용기로 파이프 라인이 삽입되며,이 파이프의 뭉툭한 끝은 우라늄 밑바닥 부분으로 덮혀져 있다. 우라늄 밑 부분이 가열되어 녹게 된 물질이 주변 측으로 굳어 결합되어 있다.

바닥이 밀폐 해제될 때, 하부 용기 내의 압력은 떨어지고, 액체 중성자 흡수기는 상부로부터 하부 용량으로 자발적으로 유동한다. 다르게 말하자면 연쇄 반응을 정지시키기 위해 반응장치의 활성 영역으로 들어간다. 장치의 단점은 중성자 자속 밀도의 급격한 증가로 인한 5건의 사고에서만 효과적인 작동이 일어난다는 것이다. 예를 들어, 코어에서 냉각제 흐름의 손실로 인한 다른 원인에 의해 야기되는 사고를 방지하기 위해, 그러한 장치는 신뢰적인 수동 보호 및 원자로의 정지의 활성화를 제공하지 못한다.

본 발명의 목적은 중성자 흐름의 급격한 성장과 예를 들어 냉각제 흐름의 손실과 같은 활성 영역에서 빠져나올 때의 냉각제의 온도 상승에 의해 야기되는 긴급 상황의 경우에 부정적인 반응성의 수동 도입을 위한 신뢰성 있는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적인 결과는 중성자의 파열 흐름 및 예를 들어 냉각제 흐름의 손실과 같은 활성 영역에서 빠져나올 때의 냉각제의 온도 상승에 의해 야기되는 응급 모드에서의 신뢰성 있는 작동을 보장함으로써 부정적인 반응성의 수동 입력 장치의 기능성을 확장시키는 것으로 나타난다.

본 발명의 기술적 결과 달성은 원자로 수동 보호를 위한 장치가 2개의 용기로 이루어져 있다. 2 개의 용기는 하나의 공통 케이싱에 위치하며 용기와 케이싱 사이에 냉각제가 흘려가는 환체공간이 있다. 상부 용기는 원자로의 활성 영역 보다 위에 위치하고, 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물과 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고있는 금속 용융물로 부분적으로 채워져 있다. 하부 용기는 주로 반응장치의 활성 영역에 위치하며 불활성 가스로 채워져 있다. 이 두개의 용기는 서로 파열판의 형태로 형성된 분리벽 있는 파이프로 연결된다. 또한, 환체공간에는 연료 요소가 있으며 그런 요소들을 냉각시키고 냉각제의 흐름과 상부 용기를 가열시키기 위한 수단들이 들어 있다.

장치 특정 실행상으로 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물과 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고있는 금속 용융물로 이용하는 장치에는 수은 동위 원소¹⁹⁹Hg 가 사용되었다. 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물과 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 또한 수은 함금 및 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는 ¹¹³Cd 를 사용할 수 있다. 장치 특정 실행 상으로 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 수은이 사용되었고 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물로는 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는¹¹³Cd 사용 되었다.

장치의 또 다른 실행으로 상부 용기에는 상부 부분에서 연통된 중심 원통형 및 환체 공간을 형성하는 내부 분리벽이 놓여 있다. 분리벽은 횡방향 및 열전도성이 낮은 상태로 놓여져 있다.

그러한 상부용기의 실행에는 안의 중앙 공간에는 유리하게 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물이 들어있고 상부 용기의 환체 공간에는 유리하게 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물이 있다. 그러한 실행은 냉각제의 온도가 급격히 상승할 때 상부 용기의 환체 공간에서 금속 용융물의 가열 시간을 줄여주고 파열판이 작동 될때 까지 증기압을 증가함으로써 장치의 작동 시간을 절약할 수 있게 한다. 장치가 이러한 경우에 실시될 때, 수은 및 카드뮴은 상부 용기의 상이한 부피로 배치되지만, 동시에 상부에는 공통의 증기 - 가스 패드가 있다. 환체 공간에서 수은을 넣을 수 있는 용량은 중앙 부분에 카드뮴을 넣을 수 있는 용량보다 실질적으로 작다. 상부 용량의 외부 표면은 연료 요소가 있는 환체 공간으로부터 나오는 고온 냉각제의 유동과 직접 접촉한다. 수은이 들어있는 용량의 환체 공간은 카드뮴이 있는 중앙 공간의 가스 갭이 있는 벽면과는 분리되어 있다. 이러함으로써 장치 작동의 관성을 상당히 감소시킨다. 이러한 달성은 멤브레인이 파열되기 위해서 수은이 일정한 온도까지 가열되고 증기의 압력이 또한 상승될 때 이루어진다.

냉각제의 흐름을 형성하고 연료요소를 냉각시키기 위한 수단은 하부 용기와 연료요소 사이에 배치되고 윗부분에서 분리벽으로 공급된 아래쪽의 둥근테 형태로 실시될 수 있다. 단면에 있는 연료 요소를 냉각시키기 위해 냉각제 흐름을 형성하기 위한 흐름 형성은 유리하게 장치의 케이싱 형태에 부합한다. 예를 들어, 육각형 형태로 만들어져 있다. 이러한 구조 요소의 이러한 실행은 장치에 배치된 연료요소를 냉각시키기 위한 냉각제의 좁은 환체 공간을 형성한다. 그렇게 함으로써 연료요소의 냉각 모드가 형성되고 냉각제의 온도를 변화시킨다.

상부 용기를 가열시키려는 목적으로 냉각제의 흐름을 형성하기 위한 수단은 상부 용기와 케이싱 사이에 아래쪽 환체 공간의 주변 부분에서 분리벽으로 설치된 둥근테 형태로 실시될 수 있다. 횡단면에서 상부 용기를 가열하기 위한 둥근테는 유리하게 상부 용기의 형태와 일치한다. 이 구조 요소의 이러한 실행은 상부 용기의 측면 및 금속 용융물을 원자로의 활성 영역 내의 냉각제의 온도에서 높은 증기압으로 가열하기 위해 냉각제의 좁은 환형 유동을 형성한다. 그러한 상황에서, 장치의 하부 둥근테 및 상부 둥근테의 횡방향 분리벽의 배치는 장치 내의 작업 흐름을 형성하고 가열된 냉각제를 연료요소가 위치하는 환체 공간으로부터 증발 용융물이 있는 상부 용기의 측면까지 유도하게 한다. 이는 냉각제 온도의 변화가 표준 연료 집합체 내의 냉각제 온도의 변화에 상응하는 장치에서 냉각제 유로를 형성하는 것을 가능하게 한다.

그러함으로, 이 채널 내의 냉각제는 상부 용기의 표면과 직접 접촉하여, 냉각제의 온도를 급격히 상승하게 되면 증발하는 용융물(5)을 신속하게 가열할 수 있게한다. 이러한 장치의 실행은 원자로의 활성 영역 내의 냉각제의 온도가 소정의 한계 값 이상으로 상승할 때 (관성 줄임) 부정적인 반응성의 도입 시간을 감소시키고 작동의 신뢰성을 증가시킨다.

하부 용기와 하부 둥근테 사이의 공동 및 케이싱과 상부 둥근테 사이의 공동은 관형 채널에 의해 상호 연결되고 하부 둥근테와 하부 용기 사이의 환상 공동을 통해 유동하는 열 전달 매체의 일부를 상부로 전환시키는 장치 내의 제2 냉각제 유동 채널을 형성한다. 제1 채널에서 흐르는 냉각제보다 고온의 유동으로 혼합을 배제할 수 있다.

원자로의 활성 영역에 장치를 배치하는 것을 단순화하기 위해, 단면의 장치의 케이싱의 형태 및 크기는 우위적으로 반응장치의 연료 집합체의 형태 및 크기에 대응한다. 예를 들어, 횡단면에 육각형 덮개를 갖는 표준 연료 집합체 사용의 경우, 장치 케이싱은 육각형의 형태이고, 정사각형 형태의 연료 집합체의 경우, 장치의 케이싱은 적절한 크기의 사각형으로 실행된다.

장치를 작동하고 중성자를 흡수하는 큰 단면으로 된, 예를 들어 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 및 / 또는 ¹¹³Cd의 금속 용융물이 들어올 때 고속 중성자 원자로를 정지시키는 효율을 증가시키기 위해 하부 용기와 하측 둥근테 사이에 베릴륨 산화물과 같은 중성자 감속재를 포함하는 관형 요소가 설치된 상태이다. 장치의 그러한 요소의 도입은 장치가 트리거링 되고 큰 중성자 흡수 단면을 갖는 용융물이 더 낮은 커패시턴스에 진입할 때보다 낮은 커패시턴스의 구역에서 중성자 스펙트럼을 부드럽게하고 원자로의 활성 영역에 부 반응성을 도입하는 효율을 증가시키려는 의도이다.

몇 가지 구현 옵션을 보여주는 장치는 도 1, 도 2, 도 3에서 제시되어 있다.
도 1은 중심 평면에서의 장치의 종단면을 나타낸 도면이다.
도 2는 상부 용기 영역 내의 장치의 횡단면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 하부 용기의 영역 내의 장치의 횡단면도를나타낸 도면이다.

고속 중성자 원자로를 보호하기 위한 장치는 상부 용기(1)와 하부 용기(2)의 형태로 제조되며, 이들은 공통 둥근테(3) 내에 하나씩 위치하고 있다.

용기(1)와 (2) 및 케이싱(3) 사이에는 냉각제(6)의 유동을 위한 환체 공간(4, 5)이 배치된다. 상부 용기(1)는 원자로 활성 영역(7) 위에 위치하며, 큰 중성자 흡수 단면을 갖는 금속 용융물(8) 및 가능한 냉각제 온도의 범위에서 높은 증기압을 갖는 금속 용융물(9)로 부분적으로 채워진다. 장치의 특정 사용 예시로 금속 용융물 (8) 및 (9) 로는, 예를 들어 ¹⁹⁹Hg의 수은 동위 원소 또는 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는 ¹¹³Cd를 갖는 수은 합금 중 하나의 물질이 사용될 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 3 에서 제시된 장치의 사용 예시와 같이 금속 용융물(9)로는 수은이 사용되었고 금속 용융물(8)로는 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는 ¹¹³Cd를 사용된다.

하부 용기(2)는 우위적으로 원자로 활성 영역(7)에 위치하고 불활성 가스 (10)로 채워져 있다. 용기(1)와 용기(2)는 파열판(12)의 형태로 만들어진 분리벽이 있는 파이프(11)에 의해 상호 연결된다. 도 2 및 도 3에서, 용융물(9) - 수은 및 용융물(8) - 카드뮴은 상부 용기(1)의 상이한 부피에 배치되고, 상부에는 공통 증기 - 기체 패드(16)가 있다. 도 1, 도 2, 도 3 에서 제시된 장치 사용 예시에는 용융물(9)- 수은 및 용융물(8) - 카드뮴은 상부 용기(1)의 상이한 용량으로 채워져 있고 상부에는 공통 증기 기체 패드(16)가 있다. 분리벽(13)은 횡방향으로 낮은 열전도율을 가지고 있으며, 예를 들어 층간의 가스 절연 갭(16)을 갖는 2층 구조이다. 상부 용기(1)의 이러한 사용 예시에서, 큰 중성자 흡수 단면을 갖는 금속 용융물(8)이 그 중심 공간(14)에 유리하게 위치되고, 높은 증기압을 갖는 금속 용융물(9)은 환체 공간(15) 내에 배치되는 것이 유리하다. 이러한 장치의 실행은 냉각제의 온도가 비상적으로 증가 될 때, 장치의 작동 시간을 감소시킨다. 이는 그러한 구조에서 최대 온도로 수은을 가열하고 증기의 압력을 멤브레인의 파열에 필요한 값으로 증가시키는 것이 금속 용융물(8)의 전체 질량을 가열하지 않고 도달할 수 있다.

환체 공간(5)에는 연료 요소(17)들이 위치하고 있고, 또한 연료 요소(17)를 냉각시키는 냉각제의 유동을 형성하는 하측 둥근테(18) 형태로 상부에서 분리벽(19)으로 설치된 수단(6)이 있다. 횡단면에 있는 둥근테(18)의 형태는 예로 육각형의 형태로 제시된 장치의 케이싱(3)의 형태에 유리하게 대응하고 있다. 이런 형태의 둥근테(18)는 연료요소(17)를 냉각시키기 위한 냉각제(6)의 좁은 환체 공간을 형성한다. 이러한 방식은 연료요소(17)를 냉각시키는 모드의 형성과 냉각제(6)의 온도 변경은 표준 연료 집합체의 연료 요소 냉각 모드 및 온도 변화 일치하게 형성된다.

환체 공간(4)에는 상부 용기의 가열을 위한 냉각제(6)의 유동을 형성하는 수단이 있다. 이 수단은 상측 둥근테(20)의 형태로 이루어져 있으며 상부용기(1)와 케이싱(3) 사이에 위치하고 아래 부분은 환체 공간(4)의 주변부를 막는 분리벽(21)으로 설치되어 있는 상태이다.

횡단면에는 둥근테(20)의 형태는 상부 용기(1)의 측면에 우위적으로 대응한다.

이런 형태의 둥근테는(20) 용기(1)의 측면과 금속 용융물(9)을 가열하기 위한 냉각제(6)의 좁은 환형 유동을 형성한다. 또한 횡방향의 (19)와 (21) 분리벽 배치는 장치 내에 냉각제(6) 유동을 형성하고 연료 요소(17)가 있는 환체 공간(4)으로부터 용융물(9)을 가열시키기 위해 상부 용기(1)의 측면 공간(5)으로 향하게 한다. 이러한 장치의 실행은 장치의 온도 변경이 응급 상황을 포함하여 표준 연료 집합체 내의 냉각제 온도변경과 대응하여 장치의 냉각제 순환 채널을 형성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 장치의 실행은 원자로의 활성 영역 내의 냉각제의 온도가 소정의 한계 값 이상으로 상승할 때 (관성 줄임) 부정적인 반응성의 도입 시간을 감소시키고 작동의 신뢰성을 증가시킨다.

하부 용기(2)와 하부 둥근테(18) 사이의 공간(22) 및 케이싱(3)과 상부 둥근테(20) 사이의 공간(23)은 관형 채널(24)에 의해 상호 연결되고 하부 둥근테와 하부 용기 사이의 환체 공간(22)을 통해 유동하는 열 전달 매체의 일부를 상부로 전환시켜, 연료 요소(17)가 배치된 환공간(4)으로부터 상부 용기(1)의 측면 공간으로 (5) 흘러 들어가는 열 전달 매체의 보다 뜨거운 흐름과 혼합되는 것을 방지하는 역할을 한다.

원자로의 활성 영역(7)에 장치를 배치하는 것을 단순화하기 위해, 단면의 장치의 케이싱(3)의 형태 및 크기는 우위적으로 반응장치의 연료 집합체의 형태 및 크기에 대응한다. 예를 들어, 횡단면에 육각형 덮개를 갖는 표준 연료 집합체 사용의 경우, 장치 케이싱(3)은 육각형의 형태이고, 정사각형 형태의 연료 집합체의 경우, 장치의 케이싱(3)은 적절한 크기의 사각형으로 실행된다.

장치 작동하고 중성자를 흡수하는 큰 단면으로 된 예를 들어 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는 ¹¹³Cd의 금속 용융물(8)이 들어올 때 고속 중성자 원자로를 정지시키는 효율을 증가시키기 위해 하부용기(2)와 하측 둥근테(18) 사이에 베릴륨 산화물과 같은 중성자 감속재를 포함하는 관형 요소(25)가 설치된 상태이다. 감속재의 도입은 하부 용기(2)의 영역에서 중성자 스펙트럼을 부드럽게 하고 원자로의 활성 영역 (7)에 부 반응성을 도입하는 효율을 높이기 위한 것이다.

도 1, 도 2, 도 3 에 제시된 고속 중성자 원자로 보호 장치는 다음과 같이 작동한다. 원자로의 정상 작동 모드에서, 상부 용기(1)의 원통형 공간(14)은 카드뮴 용융물로 채워져 있고, 환체 공간은(15)는 수은으로 채워지고 하부 용기(2)는 불활성 기체로 채워진다. 상부 용기의 윗부분(1)에 있는 증기가스 패드(16) 내의 수은 증기 압력은 냉각제(6) 작동 온도조건에 해당하여 작동되는 파열판(12)의 압력보다 낮다. 중성자 유속의 급격한 증가 또는 냉각제 흐름의 손실로 인한 비상 상황의 경우, 환체 공간(22) 내의 냉각제(6)는 허용 온도 이상으로 가열되어 상부 용기(1)의 측면에 환체 공간(23)으로 들어간다.

환체 공간(15) 내의 수은은 용기(1)의 상측 부분(16)에서의 증기압이 파열판(12)의 작동 압력과 비교되는 온도로 가열되고, 이는 크게 그 형상을 변화시키고 바늘과 상호 작용일 때 붕괴된다. 카드뮴(8)은 파이프(11)를 통해 중력에 의해 하부 용기(2) 내로 용융되고, 용기(2)로부터의 불활성 가스는 상부 용기(1)로 들어간다. 활성 영역(7)에 위치한 용기(2)로 큰 중성자 흡수 단면의 용융물이 돌입된 결과, 핵 연쇄 반응은 중단되고, 반응장치는 아 임계 상태가 되고, 원자로 보호 시스탬이 작동된다.

신세대의 고속 중성자 원자로에 장치를 활용하는 것은 다음과 같은 이점을 얻을 수 있게 한다.

- 적극적 반응성 또는 냉각 손실 (냉각수 유속)의 급격한 증가와 관련된 원자로 시설의 모든 초기 사건에 대해, 제안된 수동 보호 장치를 사용하는 원자로 셧다운 시스템의 활성화는 냉각제가 미리 정해진 및 도달한 시간에 도달할 때 코어에서 핵분열 연쇄 반응의 종료로 이어진다. 코어에서 출구에서의 온도를 실험을 통해 확인할 수 있다;

-이 장치는 높은 수준의 안정성과 작동 가용성을 갖추고 있다. 왜냐하면 작동을 위한 외부 에너지원 및 위 정보 신호가 없고 오류를 일으킬 수 있는 작동 또는 수동적인 기계적 부품이 없기 때문이다. 장치를 작동하게 하는 에너지(냉각제의 온도 상승)는 장치가 방지해야 하는 과정에서 발생된다.

- 이러한 정도의 신뢰성을 가진 장치는 초기 사건이 다른 보호 시스템 및 장치의 다중 고장과 함께 발생하는 경우에도 작동한다.

Claims (15)

1. 상부와 하부의 2개의 용기로 이루어져 있으며, 상기 2개의 용기는 하나의 공통 케이싱에 위치하며 용기와 케이싱 사이에 냉각제가 흘러가는 환체 공간이 구비되어 있으며, 상부 용기는 원자로의 활성 영역 보다 위에 위치하고, 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물과 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 부분적으로 채워져 있으며, 하부 용기는 주로 반응장치의 활성 영역에 위치하며 불활성 가스로 채워져 있고, 이 두 개의 용기는 서로 파열판의 형태로 형성된 분리벽이 있는 파이프로 연결되며, 또한, 환체 공간에는 연료 요소가 있으며 연료 요소들을 냉각시키고 냉각제의 흐름과 상부 용기를 가열시키기 위한 수단들이 포함되어 있는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
2. 1항에 있어서, 중성자가 흡수되는 큰 단면을 가진 금속 용융물로서, 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 수은 동위 원소¹⁹⁹Hg 가 사용되는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
3. 제1항에 있어서, 중성자가 흡수되는 큰 단면을 가진 금속 용융물과 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 수은 함금 및 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는¹¹³Cd 이 사용되는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
4. 제1항에 있어서, 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물로 수은이 사용되며, 중성자가 흡수되는 큰 단면을 가진 금속 용융물로 카드뮴 동위 원소 ¹¹¹Cd 또는 ¹¹³Cd이 사용되는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
5. 제1항에 있어서, 상부 용기에는 상부 부분에서 연통된 중심 원통형 및 환체공간을 형성하는 내부 분리벽이 놓여있으며, 상기 분리벽은 횡 방향 및 열 전도성이 낮은 상태로 놓여져 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
6. 제5항에 있어서, 분리벽의 내부면은 2겹으로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 2겹 사이에 가스 절연 갭이 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
7. 제5항에 있어서, 상부 용기의 중앙 공간에는 유리하게 중성자가 흡수되는 큰 단면이 있는 금속 용융물이 들어있고, 상부 용기의 환체 공간에는 유리하게 냉각제의 가능한 온도 범위에서 높은 증기압을 갖고 있는 금속 용융물이 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
8. 제1항에 있어서, 냉각제의 흐름을 형성하는 연료요소를 냉각시키기 위한 수단은 하부 용기와 연료요소 사이에 배치되며, 윗부분에서 분리벽으로 공급된 아래 쪽의 환체공간 형태로 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
9. 제1항에 있어서, 상부 용기를 가열시키려는 목적으로 냉각제의 흐름을 형성하기 위한 수단은 상부 용기와 케이싱 사이에 아래쪽 환체공간의 주변부분에서 분리벽으로 설치된 둥근테 형태로 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 하부 용기와 하부 둥근테 사이의 공간 및 케이싱과 상부 둥근테 사이의 공간은 적어도 하나의 관형 채널로 연통 되어 있는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
11. 제1항에 있어서, 횡단면에서 케이싱의 형태 및 크기는 원자로의 연료 집합체의 형태 및 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
12. 제11항에 있어서, 횡단면의 케이싱은 육각형 형태인 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
13. 제8항에 있어서, 횡단면에서 연료 요소를 냉각시키기 위한 냉각제 흐름을 형성하기 위한 둥근태의 형태(10)는 우위적으로 장치의 케이싱 형태와 일치하는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
14. 제9항에 있어서, 횡단면에서 상부 용기를 가열하기 위한 둥근테의 형태는 유리하게는 상부 용기의 형태에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
15. 제1항 또는 제8항에 있어서, 베릴륨 산화물과 같은 중성자 감속재를 포함하는 방향 관형 요소는 하부 용기와 연료요소를 냉각시키기 위한 냉각제 흐름을 형성하는 수단 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 원자로 수동 보호를 위한 장치.
    
    

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