KR20190008123A

KR20190008123A - 제거 가능한 밀봉 플러그를 포함하는 원자로용 완화 조립체

Info

Publication number: KR20190008123A
Application number: KR1020180080597A
Authority: KR
Inventors: 티에리 벡; 장-클로드 가르니에; 데니스 로렌조
Original assignee: 꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2019-01-23
Also published as: RU2018125647A; JP7165521B2; US11087894B2; FR3069095B1; US20190019585A1; JP2019020405A; FR3069095A1

Abstract

본 발명의 주된 목적은 원자로용 완화 조립체(mitigation assembly)로서, 상기 조립체의 헤드를 형성하며 상부 중성자 차폐(UNS) 장치를 수용하는 상부(41)를 가진 박스(41)를 포함하며, 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치는, 제거 가능한 잠금 수단(100)과 주어진 이동 거리에 걸쳐 상대적인 병진 이동이 자유롭도록 설치된 슬러그(101)를 포함하는 헤드(105)를 포함하고, 상기 잠금 수단(100)은 상기 헤드(105)와 박스(41) 사이의 잠금/잠금 해제가 상기 슬러그(101)에 부착되는 멈춤쇠들(pawls)을 가진 추출 그랩에 의한 상기 슬러그(10)의 이동에 의해 이루어질 수 있도록 구성되며, 상기 상부 중성자 차폐 장치의 하부는, 아래쪽으로 지향된 원뿔의 끝(tip)을 가지며 상기 박스(41)의 원뿔-형상의 내면(108)과 협동하는 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)과, 둘 사이에 형성된 밀봉 장치(109)를 포함하고, 생성된 조립체는 제거 가능한 밀봉 플러그(110)를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

제거 가능한 밀봉 플러그를 포함하는 원자로용 완화 조립체{Mitigation assembly for nuclear reactor comprising a removable sealing plug}

본 발명은 원자로 분야에 관한 것으로서, 특히 일체형(integrated) 또는 루프(loop) 타입의 고속증식로(FBR: fast breeder reactor)에 관한 것이다. 이러한 원자로들은 일반적으로 액체 금속의 형태인, 특히 나트륨인 열전달 유체에 의해 냉각될 수 있다. 나트륨-냉각 고속 원자로, 또는 SFR(Sodium Fast Reactor)이라는 용어도 사용된다. 이러한 유형의 나트륨-냉각 고속 원자로는 소위 4세대 원자로의 패밀리이다.

보다 정확하게는, 본 발명은 디자인에 관한 것이다. 완화 조립체의 "상부 중성자 차폐(UNS: Upper Neutron Shielding)"에 관한 것이다.

본 발명은 따라서 제거 가능한 밀봉 플러그를 포함하는 원자로용 완화 조립체, 이러한 조립체를 포함하는 원자로, 및 관련된 작동 방법을 개시한다.

고속증식로의 작동 원리는 수년간 알려져 있다. 따라서, 고속증식로는 (0.025 MeV 이하의 운동 에너지를 가진) 열 중성자들(thermal neutrons)에 반하여 (0.907 MeV 이상의 운동 에너지를 가진) 고속 중성자들(fast neutrons)을 사용하는 원자로이다. 또한, 고전적인 2세대 및 3세대 원자로들과 달리, 고속증식로의 노심(core)은 완화되지 않는다(중성자들의 감속 또는 열중성자화가 없다).

더욱이, 다른 기술들이 연구되어 왔음에도 불구하고, 고속증식로들의 대부분은 냉각 유체로서 특히 높은 끓는점을 가진 액체 나트륨을 사용한다.

나트륨-냉각 원자로들은 보통 내부에 노심이 배치되며 노심 위에 노심 제어 플러그(core control plug)를 가진 용기를 포함한다. 상기 노심은 일반적으로 핵연료원료 조립체들(fertile assemblies), 반사체 및 중성자 보호 조립체들, 및 때때로 중대 사고 완화 조립체들(serious accident mitigation assemblies)에 의해 둘러싸인 많은 수의 연료 집합체들로 구성된다. 열은 노심 내에 나트륨을 순환시키는 펌핑 시스템을 사용하여 추출된다. 이 열은, 증기 발생기(SG: steam generator)에서 증기를 생산하기 위해 사용되기 전에, 하나 또는 몇몇의 중간 교환기들(IE)을 통해 중간 회로로 전달된다. 그 다음에 증기는 열을 기계적 에너지로 변환하기 위해 터빈을 구동시키며, 기계적 에너지는 결국 전기적 에너지로 변환될 것이다.

상기 중간 회로는 나트륨을 담고 있다. 증기 발생기 튜브가 파손된 경우에 일어날 수 있는 나트륨과 수증기 사이에서 발생하는 격렬한 반응으로 인해, 이 회로의 목적은 (용기 내의) 일차 나트륨(primary sodium)을 증기 발생기 내에 담겨 있는 수증기로부터 격리하는 것이다. 이러한 아키텍처는 나트륨을 담고 있는 두 개의 회로들(하나의 일차 회로는 노심과 중간 열교환기 사이에서 열을 전달하도록 설계되고, 이차 회로로 불리는 다른 하나는 중간 열교환기로부터 증기 발생기로 열을 전달하도록 설계된다)을 포함한다.

모든 나트륨 원자로들은 공통적인 기술적 특징들을 가진다. 상기 용기는 일차 나트륨이 외부 공기와 접촉하지 않도록 폐쇄 슬래브(closing slab)에 의해 닫힌다. 모든 구성요소들(교환기들, 펌프들, 파이프들, 등)은 이 슬래브를 수직으로 관통하며, 승강 장치(lifting device)를 사용하여 이들을 수직으로 상승시킴으로써 이들을 제거할 수 있다. 이 슬래브를 관통하는 구멍들의 치수는 구성요소들의 크기와 수에 의존한다. 상기 용기의 직경은 상기 구멍들이 더 커지고 수가 많아짐에 따라 증가할 것이다.

상기 일차 회로는 두 개의 큰 패밀리들 중 하나에 따라 배치될 수 있다. 따라서, 고속증식로들 중에, "일체형" 원자로와 "루프형" 원자로 사이에서 차이가 있다. 본 발명은 우선적으로 일체형 고속증식로에 관한 것이지만, 루프형 고속증식로에도 동등하게 적용될 수 있다.

루프형 원자로들은 중간 열교환기와 일차 나트륨 펌핑 장치가 원자로 용기 외부에 배치된다는 사실을 특징으로 한다. 도 1은 "루프형" 원자로로 지칭되는 나트륨-냉각 고속증식로의 설계 원리를 도시한 축방향 단면이다.

도 1의 루프형 원자로(R)에서, 나트륨은 생성된 열량을 운반해 가기 위해 노심(1)을 위쪽 방향으로 통과한다. 상기 노심(1)으로부터의 출구에서, 출구는 상기 원자로(R)의 용기(3)의 구역(2) 내부로 열려 있다. 이 구역은 현재 "고온 수집기(hot collector)"로 불린다. 각각의 루프에서, 파이프(4)는 고온 수집기(2) 내부로 내려가서 일차 나트륨을 끌어당기고 이 나트륨을 도면에 도시되지 않은 중간 열교환기로 운반하며, 여기에서 나트륨은 이차 나트륨(secondary sodium)으로 열을 전달할 것이다. 상기 중간 열교환기로부터의 출구에서, 일차 나트륨은 펌프에 의해 회수되며 파이프(5)를 통해 직접 노심 입구로 보내진다.

루프형 디자인의 주된 이점은 더 적은 구성요소들을 포함하기 때문에 주어진 출력에서 원자로 용기의 직경이 일체형 원자에서 가능한 것보다 더 작을 수 있다는 것이다. 따라서, 상기 원자로 용기는 더 쉽게 제작되며 이에 따라 덜 비싸다. 다른 한편으로는, 루프형 디자인은, 일차 나트륨을 원자로 용기 외부에서 가져오며 이는 일차 회로의 더 복잡한 아키텍처를 초래하고 중대한 안전성의 문제점을 유발한다는 단점을 가진다. 따라서, 작은 크기와 원자로 용기의 보다 용이한 시공성과 관련된 이득이, 루프들과 일차 나트륨의 누설을 관리하기 위한 특별한 수단의 설계에 관련된 장치들의 추가에 의해 유발된 추가적인 비용에 의해 상쇄된다.

일체형 다자인의 원자로들은 중간 교환기들과 일차 나트륨 펌핑 수단이 원자로 용기 내에 배치된다는 사실을 특징으로 하며, 이는 원자로 용기 외부로 나가는 일차 회로가 필요 없다는 것을 의미하며, 따라서 루프형 해법들의 패밀리에 비해서 이 해법들의 패밀리에서 중요한 안전성의 이점을 부여한다. 도 2는 "일체형(integrated)"으로 지칭되는 나트륨-냉각 고속증식로의 설계원리를 도시한 축방향 단면이다.

도 2의 일체형 원자로(R)에서, 나트륨은 생성된 열량을 운반해 가기 위해 노심(11)을 위쪽 방향으로 통과한다. 상기 노심(11)으로부터의 출구에서, 출구는 폐쇄 슬래브(closing slab)(24)에 의해 폐쇄된 원자로 용기(13)의 구역(12) 내부로 열려 있다. 이 구역은 흔히 "고온 수집기(hot collector)"로 불린다. 이 고온 수집기(12)는 "철각보(redan)"로 불리는 전반적으로 원통-원뿔(cylinder-cone) 형상의 벽(15)에 의해 "저온 수집기(cold collector)"로 불리는 또 다른 구역(14)으로부터 분리된다. 상기 중간 열교환기(16)는 도면에 도시되지 않은 튜브들의 묶음으로 구성되며, 철각보(15)를 관통한다. 일차 나트륨은 고온 수집기(12) 내에 위치한 입구 윈도우(17)를 통해 중간 열교환기(16) 내부로 들어간다. 일차 나트륨이 튜브들을 따라서 지나가는 중에, 일차 나트륨은 그 열을 이차 나트륨으로 전달하고 중간 열교환기(16)의 하부에서 저온 수집기(14) 내에 위치한 윈도우(18)를 통해 중간 열교환기(16)로부터 빠져나간다. 이차 나트륨은 파이프(28)를 통해 중간 열교환기(16) 내부로 들어가며 파이프(29)를 통해 빠져나간다. 저온 수집기(14) 내의 나트륨은 펌핑 장치(19)에 의해 회수되어 조립체들로 공급하는 다이아그리드(diagrid)(30)를 통과하여 원자로 노심(11)의 입구로 바로 보내진다. 상기 다이아그리드(30)는 압력하의 박스이며, 그 내부에 다양한 연료, 핵연료원료(fertile), 반사체, 중성자 보호 또는 완화 조립체들이 수직으로 결합된다. 상기 다이아그리드(30)는 플레이팅(plating)(31)으로 불리는 기계적 지지 구조물에 의해 지지된다.

나트륨은 중간 열교환기(16) 내에서 고온 수집기와 저온 수집기(14) 사이의 중력에 의해 순환된다. 두 개의 매니폴드들 사이의 나트륨의 구동력은, 중간 열교환기(16)와 기하학적 풋프린트(footprint)의 설계에 관련된 이유로, 고온 수집기(12)의 레벨(20)과 저온 수집기(14)의 레벨(21) 사이의 차이에 대응되는 대략 2m로 고정된다. 효율을 최대화하기 위해, 상기 철각보(15)를 관통하는 구성요소들, 중간 열교환기(16) 및 펌핑 수단은, 일차 나트륨이 중간 열교환기(16)를 우회하는 것을 방지하기 위해, 교차부들(crossings)(22, 23)에서 가장 높은 가능한 누설 밀봉(leak tightness)을 가진다.

더욱이, 알려진 방식에서 그리고 위에서 언급된 바와 같이, 고속증식로는 완화 조립체들(mitigation assemblies)을 통합할 수 있으며, 이는 "관통 튜브(Through Tube)를 가진 상보적인 완화 타입 안전 장치"를 위한 DCS-M-TT로도 지칭되며, 그 기능은 노심으로부터 원자로 용기의 바닥에 있는 플레이팅(30) 아래에 위치한 복열기(recuperator)까지 노심용융물 배출 경로(corium evacuation path)를 생성함으로써 노심 내에서의 전반적인 융합 사고(fusion accident)를 완화하는 것이다. 예를 들어, ASTRID로 불리는 4세대 원자로는 21개의 완화 조립체들을 포함하며, 이들은 노심 내에 배치기 위해 6개의 연료 집합체들에 의해 둘러싸이거나 또는 노심의 제1 링 내에 배치되기 위해 3개의 연료 집합체들과 3개의 반사체들에 의해 둘러싸인다. 이러한 완화 조립체의 상부는 보통 "상부 중성자 차폐(UNS: Upper Neutron Shielding)"로 불리는 중성자 차폐 장치를 포함한다.

도 3은 고속증식로에 사용되는 완화 조립체(40)의 예를 보여주는 도식적인 단면도이다. 이러한 완화 조립체(40)는 길이 방향 축(X)을 따라서 신장된 형상이다. 상기 완화 조립체(40)는 육각형 단면을 가진 튜브 또는 박스(41)를 포함하며, 상기 튜브(41)의 상부(42)는 상기 조립체의 헤드를 형성하고 보통 UNS를 둘러싼다. 상기 튜브(41)는 또한 중심부(43)를 포함한다. 다시 말해서, 상기 상부(42)와 중심부(43)는 그 전체 높이에 걸쳐 동일한 육각형 단면을 가진 단일의 튜브형 케이싱(41) 또는 박스를 형성한다. 상기 조립체의 헤드(42)는 상기 튜브(41)의 내부로 열려 있는 중심 개구(45)를 포함한다. 마지막으로, 상기 조립체(1)는 상기 튜브(41)의 연장을 따라서 상기 조립체의 발을 형성하는 하부(44)를 포함한다. 상기 조립체의 바닥부(44)는 원자로 노심의 다이아그리드 내부로 수직으로 삽입될 말단부(46)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 조립체(40)의 발(44)의 단면은 상기 조립체(40)의 튜브(41)의 육각형 단면보다 작다. 이러한 두 개의 단면들(41 및 44) 사이의 연결부(47)는, 원자로 코어의 다이아그리드의 상면과의 밀봉되지 않은 구형/원뿔형 베어링 타입 연결부를 만들 수 있도록, 다소간 둥근 또는 원뿔형 어깨부(shoulder)를 형성한다.

상기 중심부(43)는 보통 노심의 핵분열 구역(fissile zone)(Z)으로서 언급되는 것의 높이에 있으며, 즉 대략 상기 조립체(40)의 중간 높이에 있다. 완화 조립체(40)가 설치된 구성에서, 다시 말하면 원자로 노심 내에 로딩된 위치에서, 상기 조립체(40)의 수-형상의 발(male-shaped foot)(44)은 원자로의 다이아그리드 내의 개구 내부로 삽입되며, 따라서 상기 조립체(40)는 그 길이 방향 축(X)이 수직이 되도록 다이아그리드 내의 제자리에 홀딩 된다.

위에서 언급한 바와 같이, 상기 완화 조립체(40)의 기능은 전반적인 노심의 융합 사고의 완화이다. 따라서, 상기 튜브(41)는 재국지화 채널(relocalisation channel)을 형성하고 그 다음에 원자로 노심의 바닥에 배치된 복열기(recuperator)를 향해 노심용융물 유동 채널(corium flow channel)을 형성한다. 상기 조립체(40)의 발(44)은 중력에 의해 노심용융물 유동을 운반한다. 보다 상세하게는, 연료의 융합에 의해 발생된 노심용융물은 상기 완화 조립체들(40)에 도달할 때까지 노심 내에서 반경 방향으로 전파된다. 노심용융물 배출 채널은 상기 조립체들(40)의 육각형 튜브들의 용융에 기인하여 열린다.

그러나, 원자로 보일러의 열수력학에서 상기 완화 조립체들의 주된 기능과 양립 가능한 UNS의 새로운 디자인, 즉 노심용융물 유동 경로를 필요하게 만드는 문제점이 발생한다.

따라서, 도 4는 도 3의 완화 조립체를 포함하는 고속증식로(R)를 도시한 축방향 단면이다. 도 4에서 점선 N은 나트륨의 자유 수면(free level)을 나타낸다.

모든 코어 조립체들, 여기서 연료 집합체들(50)과 완화 조립체들(40)은 그들의 발을 통해 다이아그리드(30) 내의 각각의 스탠드들(stands) 또는 튜브들(51 및 48) 내부로 수직으로 삽입된다. 상기 다이아그리드(30)의 기능은 양호한 냉각을 필요로 하는 조립체들에게 높은 압력에서 저온의 나트륨을 공급하는 것이다. 따라서, 상기 연료 집합체들의 스탠드들은 상기 조립체로 저온 나트륨을 공급할 수 있도록 구멍이 뚫려 있으며, 상기 완화 조립체들은 강제 대류에 의한 냉각을 요구하지 않기 때문에 이 조립체들의 스탠드들은 구멍이 뚫리지 않는다. 상기 다이아그리드(30)의 온도는 대략 400℃이며 그 압력은 대략 4bar이다.

상기 완화 조립체들(40)에 관해 더욱 상세하게는, 상기 스탠드들(48)은, 대략 400℃의 온도와 대략 130mbar의 압력에서, 노심과 다이아그리드를 지지하는 기능을 가진 플레이팅(31)을 누설 밀봉 방식으로 관통하여 연장되고, 대략 400℃의 온도와 대략 0bar의 압력에서, 상기 플레이팅(31) 아래에서 낮은 압력의 저온 수집기(14) 내부로 열리며, 저온 수집기(14)의 바닥에 노심용융물 복열기(60)가 놓여 있다. 저온 나트륨이 공급되는 조립체들의 발의 상부는 고온 수집기(12)로부터 고압 다이아그리드(30)를 격리시키는 스탠드(stand)를 가진 래비린스 씨일(labyrinth seal)을 포함하며, 하부는 플레이팅(31)으로부터 고압 다이아그리드(30)를 격리시키는 스탠드를 가진 래비린스 씨일을 포함한다.

이 디자인에서는, 상기 조립체의 헤드와 발 사이에 수두 손실(head loss)이 추가되지 않으며, 상기 조립체(40)의 기능은 대략 550℃의 온도와 대략 130mbar의 압력에서 고온 수집기(12)가 저온 수집기(14)와 접촉될 것을 요구한다. 이들 사이의 대략 130mbar의 압력 차이는 상기 튜브(41) 내부에서 저온 수집기(14) 내부까지 고온 나트륨의 하향 유동을 유발한다.

그러나, 대략 550℃의 고온 나트륨을 대략 400℃의 저온 나트륨 내에 배치된 구조물들(다이아그리드, 플레이팅, 등) 내부로 주입하는 것은 기계적 강도와 에이징(aging)(온도 기울기에 기인한 열기계적 스트레스)에서 바람직하지 않다. 특히, 이러한 구조물들의 수명을 원자로를 포함하는 발전 시설의 수명, 예를 들어 거의 60년과 동일하게 맞추는 것이 가능해야 한다.

더욱이, 고온 수집기(12) 내의 나트륨의 자유 표면은 고온 수집기(12)의 가스 발생의 주된 원인들 중 하나이다. 이러한 방울들은 높은 온도 효과로 인해 고온 수집기(12) 내의 나트륨 내에 용해되며, 저온 수집기(14) 내부를 통과하는 경우에 가스의 재생성(핵형성 현상)과 방울들이 재형성되는 위험성을 가진다. 그러나, 가스가 조립체들 내부로 들어가는 위험과 연료 봉들의 냉각 실패로 이어질 수 있는 현상을 방지하기 위해, 저온 수집기(14) 내에 가스의 존재는 제한되어야 한다.

결과적으로, 작동과 설치에 관련된, 특히, 조립체의 세척과 노심 내에 조립체의 로딩을 위한 다른 제약들과 양립할 수 있으면서, 고온 수집기(12)와 저온 수집기(14) 사이에 양호한 밀봉을 제공할 필요성이 있다. 예를 들어 연료 집합체들 또는 반사체들에서 사용되는 알려진 UNS 해법들은 흡수봉들 또는 슬리브들(중심 채널을 가진 링)로 구성된 고정식 UNS이며, 나트륨의 통과를 위한 단면이 흡수 요소들의 양호한 냉각을 제공하는 데 있어서 중요하기 때문에, 누설 밀봉 요구를 만족시키지 못한다.

본 발명의 목적은 위에서 설명된 요구들과 종래 기술에 따른 실시예들의 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.

따라서, 본 발명의 측면들 중 하나에 따르면, 본 발명의 목적은 길이 방향 축(X)을 가지며 원자로의 다이아그리드(diagrid) 내에 수직으로 삽입되도록 설계된 박스를 포함하는 원자로용 완화 조립체(mitigation assembly)로서, 상기 박스는, 내부에서 노심용융물(corium)이 순환하는 중심부와, 상기 조립체의 헤드를 형성하며 상부 중성자 차폐(UNS: Upper Neutron Shielding) 장치를 수용하는 상부를 포함하고, 상기 상부 중성자 차폐 장치는, 중성자 흡수재를 지지하며 상기 박스와의 제거 가능한 잠금 수단과 슬러그(slug) 형성 부분을 포함하는 상부 중성자 차폐 헤드를 포함하며, 상기 슬러그는 주어진 이동 거리에 걸쳐 상기 상부 중성자 차폐 헤드의 나머지 부분에 대해 자유롭게 병진 이동하고, 상기 잠금 수단은, 상기 슬러그 내에 부착되는 그랩의 멈춤쇠들(pawls)을 사용하여 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치를 추출하기 위한 그랩(grab)에 의해 상기 슬러그가 길이 방향 축을 따라 이동함으로써 상기 상부 중성자 차폐 헤드와 상기 박스 사이의 잠금 및 잠금 해제가 이루어질 수 있도록 구성되며,

상기 완화 조립체의 상부는, 상기 박스의 바닥을 향해 지향된 원뿔의 끝(tip)을 가지며 상기 박스의 원뿔-형상의 내면과 협동하는 원뿔-형상의 밀봉 블록과, 상기 밀봉 블록과 상기 박스의 내면 사이에 형성된 밀봉 장치를 더 포함하고, 상기 상부 중성자 차폐 헤드와 상기 밀봉 블록을 포함하는 조립체는 상기 완화 조립체의 제거 가능한 밀봉 플러그를 형성하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 완화 조립체는 고속증식로(fast breeder reactor), 특히 나트륨-냉각 고속 원자로(sodium-cooled fast reactor)(SFR)에서 사용되도록 설계된다. 그러나, 상기 완화 조립체는 예를 들어 가스-냉각 또는 액체 금속- 냉각 원자로와 같은 밀봉 기능을 요구하는 임의의 원자로를 위해 사용될 수 있으며, 액체 금속은 납(lead)과 납-비스무트 중에서 선택된다.

또한, 본 발명에 따른 완화 조립체는 일체형 고속증식로 또는 루프형 고속증식로에서 동등하게 사용될 수 있다.

유리하게는, 상기 밀봉 블록의 원뿔 형상은 상기 플러그를 완화 조립체 내에 배치하는 것을 용이하게 할 수 있으며, 밀봉에서 매우 작은 간격을 보장할 수 이고, 이에 따라 양호한 밀봉을 보장할 수 있다. 또한, 테이퍼(taper)는 실린더형 센터링과 비교하여 상기 플러그가 추출 중에 끼이는 위험성을 제한할 수 있다.

완화 조립체의 UNS는 아래에서 상세하게 설명되는 몇몇의 기능들을 수행한다. 주된 기능들 중에, 고온 수집기와 저온 수집기 사이의 조립체 헤드에서 양호한 밀봉을 제공하는 것은 본질적이다. 구조물들에 대한 기계적 손상을 제한하고 저온 수집기의 가스 발생을 제한하기 위해 누설 흐름은 최소화되어야 한다. 상기 조립체 헤드를 통한 노심용융물의 배출을 제한하고 다이아그리드(diagrid)의 스탠드들(stands)과 플레이팅(plating) 내에서 노심용융물의 하향 흐름을 용이하게 하기 위해 충분히 큰 수두 손실을 발생시키는 것도 필요하다. 이러한 이차 기능은 일차 기능이 수행되는 경우에 필연적으로 수행된다.

이차 기능들 중에서, 상부 중성자 차폐를 제공하는 것, 다시 말해서 상기 조립체의 상부를 통한 중성자 누설을 제한하는 것이 필요하다. 이것은 재사용할 수 있어야 하며, 방사능 폐기물의 양을 감소시키는 로직을 따라야 한다.

마지막으로, 상기 제약들은 노심-내(in-core) 핸들링과, 다시 말해서 상기 조립체를 노심 또는 외부 저장고 내에 로딩하는 것과 양립될 수 있어야 하는 필요성을 포함한다. 이것은 조립체 세척 절차와 양립될 수 있어야 한다.

본 발명에서, 이러한 기능들을 수행하기 위해, 완화 조립체를 위한 유사-누설 밀봉(quasi-leak tight) 제거 가능한 플러그 유형의 UNS가 설계될 수 있다. 따라서, 높은 수두 손실의 달성을 목적으로 하는 기능은 수행된 밀봉 기능으로 인해 자동적으로 달성된다. 상기 상부 중성자 차폐 기능은 고체 강철 블록을 사용함으로써 제한된 수의 완화 조립체들에서 수행될 수 있으며, 상기 고체 강철 블록은 비용을 최소화하면서 세척 공정과의 양립성의 기능을 만족시킨다.

또한, 노심의 핸들링과 양립될 수 있는 기능은 수행될 수 있다. 상기 플러그가 상기 완화 조립체로부터 제거될 수 있도록 요소들을 배치함으로써 수행될 수 있다. 상기 플러그가 완전히 밀봉되어 제거할 수 없는 경우에는, 상기 조립체가 나트륨 내에 잠기는 것은 상기 플러그 아래에 공기 포켓의 형성(종 효과(bell effect))으로 이어질 수도 있다. 본 발명으로 인해, 상기 플러그는 상기 조립체가 나트륨 내에 잠긴 때 상기 조립체 내에 자리를 잡으며, 이에 따라 상기 조립체 내에 임의의 가스 포켓을 방지한다.

또한, 세척 공정과의 양립성의 기능은 상기 플러그가 제거 가능하도록 함으로써 만족될 수 있다. 표준 세척 절차는 상기 조립체를 관통하여 발로부터 헤드까지 습식 가스를 순환시키고 뒤이어 상기 조립체를 물 내에 완전히 잠기도록 하는 것으로 구성된다. 따라서, 세척 전에 상기 플러그를 제거하는 것이 이러한 필요를 만족시킬 수 있다.

마지막으로, 재사용을 가능하게 하는 기능은 상기 플러그가 상기 조립체로부터 제거될 수 있도록 요소들을 배치함으로써 수행될 수도 있다. 이 구성요소의 조사(irradiation)의 정도에 따라, 새로운 조립체들 내에서 몇 번 사용되도록 구상될 수 있으며, 이는 폐기물의 양을 감소시키고 비용을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 완화 조립체는 아래의 특징들 중에서 하나 또는 몇몇을 독립적으로 또는 임의의 기술적으로 가능한 조합으로서 포함할 수 있다.

상기 완화 조립체의 상부는 상기 상부 중성자 차폐 헤드와 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록 사이에 배치된 특히 실린더 형상의 중간 밀봉 블록을 더 포함할 수 있다.

상기 원뿔-형상의 밀봉 블록 및/또는 상기 중간 밀봉 블록(106)은 금속, 특히 스테인리스 강으로 만들어지거나 또는 특히 탄화붕소(B₄C), 하프늄(Hf), 하프늄 이붕소화물(HfB₂), 티타늄 이붕소화물(TiB₂), 페로보론(FeB), 이산화우라늄(UO₂), 희토류, 등과 같은 중성자 흡수재를 함유할 수 있다.

또한, 상기 밀봉 장치는 바람직하게는 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 원뿔형 외면에 배치된 래비린스 씨일(labyrinth seal)을 포함할 수 있다.

변형예로서, 상기 밀봉 장치는 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 외면에 배치된, 특히 금속의, 스크레이퍼 세그먼트들(scraper segments)에 의해 만들어진 씨일을 포함할 수 있다.

상기 밀봉 장치의 간격(J)을 정의하는, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록과 상기 박스의 원뿔-형상의 내면 사이의 공간은 유리하게는 사실상 제로(zero)이다.

또한, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록은, 둥근 형상을 가진 상기 밀봉 블록의 노즈(nose)를 형성하는 꼭지점(vertex)을 포함할 수 있다.

유리하게는, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 노즈의 둥근 형상은 상기 조립체 헤드의 밀봉 표면의 손상 없이 상기 밀봉 블록이 제 위치로 하강하는 것을 용이하게 한다.

상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 노즈 둘레에 연장된 상기 박스의 내면도 원뿔-형상일 수 있다.

유리하게는, 원뿔 형상은 나트륨 내에 잠기는 중에 그리고 세척 중에 임의의 가스 정체를 방지할 수 있다.

상기 상부 중성자 차폐 장치, 및 특히 상기 상부 중성자 차폐 헤드는 프랑스 특허 출원 FR 3 030 860 A1에 기술된 것일 수 있다. 따라서, 아래에서 설명되는 특징들 중 하나 또는 몇몇을 가질 수 있다.

상기 조립체 헤드는 상기 완화 조립체를 핸들링하기 위한 핸들링 그랩(handling grab)의 잠금쇠들(pawls)과 협동하도록 구성된 구멍들 또는 홈들을 포함할 수 있으며, 상기 조립체 핸들링 그랩은 상부 중성자 차폐 장치 추출 그랩과 동일한 작동 시퀀스를 가진다.

상기 상부 중성자 차폐 헤드는, 상기 상부 중성자 차폐 장치의 중성자 흡수 플러그를 형성하며 상기 잠금 수단을 지지하는 부분을 포함할 수 있다.

상기 잠금 수단은 수직면 내에서 자유롭게 회동하도록 설치된 잠금쇠들(pawls)로 구성될 수 있다. 상기 잠금쇠들 각각은 플러그를 형성하는 부분에 고정된 핀에 자유롭게 회동하도록 설치될 수 있다.

또한, 상기 슬러그는 회동 잠금쇠 내에 만들어진 홈 내부에서 슬라이딩하도록 구성된 고정 핀들을 포함할 수 있으며, 상기 슬러그의 수직 병진 운동은 상기 핀들이 상기 홈들 내에서 슬라이딩하도록 하며, 이에 따라 상기 잠금쇠들이 회동하도록 한다.

상기 슬러그는 홈(groove)을 포함할 수 있으며, 상기 홈 내에 상기 상부 중성자 차폐 장치 추출 그랩의 잠금쇠들이 부착될 수 있다.

상기 박스는 내부 홈(internal groove)을 포함할 수 있으며, 상기 상부 중성자 차폐 장치를 위한 상부 스탑(stop)을 형성하도록 상기 홈 내에 상기 잠금 수단의 잠금쇠들이 삽입될 수 있다.

또한, 상기 상부 중성자 차폐 장치는, 상기 플러그를 형성하는 부분에 고정되며 상기 슬러그를 관통하는 하나 이상의 중공형 기둥(hollow columns)을 포함할 수 있으며, 상기 기둥(들)은, 잠금 해제 중에 상기 슬러그와 상기 상부 중성자 차폐 장치의 다른 부분들 사이에 상대적인 상향 이동을 가하기 위해, 자유롭게 병진 이동하는 상기 상부중성자 차폐 장치 추출 그랩의 이동 부분과 접촉하여 지탱하도록 구성된다.

완화 조립체를 위한 상기 상부 중성자 차폐 장치 내에 포함되는 물질은 바람직하게는 스테인리스 강으로부터 선택되지만, 특히 탄화붕소(B₄C), 하프늄(Hf), 하프늄 이붕소화물(HfB₂), 티타늄 이붕소화물(TiB₂), 페로보론(FeB), 이산화우라늄(UO₂), 희토류, 등과 같은 중성자 흡수재들로부터 선택될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면의 다른 목적은 원자로, 특히 고속증식로(fast breeder nuclear reactor)로서, 위에서 정의된 적어도 하나의 완화 조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면의 또 다른 목적은 위에서 정의된 완화 조립체의 작동 방법으로서,

상기 조립체가 원자로 노심 내의 제 자리에서 나트륨에 잠긴 때, 아래의 단계들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

- 상기 제거 가능한 밀봉 플러그를 제거하고, 그 다음에 상기 박스의 내부를 비우는 단계,

- 상기 제거 가능한 밀봉 플러그를 제거하고, 그 다음에 특히 플레이팅 검사 측정(plating inspection measurements) 및/또는 원자로 노심의 물리적 측정을 위해, 상기 박스(41)를 관통하여 특별한 측정을 수행하는 단계.

예를 들어, 조사(irradiation) 중에 상기 박스 내부에 가스가 축적된 것이 의심되면, 예를 들어 핸들링 작업 중에, 예를 들어 일차 원자로 용기 내의 특별한 그랩을 사용하여 상기 제거 가능한 밀봉 플러그를 상승시킴으로써, 상기 완화 조립체를 주기적으로 비울 수 있다.

또한, 필요할 경우, 특히 플레이팅 검사 측정(plating inspection measurements) 및/또는 노심의 중요한 물리적 측정들을 위해, 예를 들어 계기 로드(instrumented rod)를 삽입함으로써 상기 박스 내부에서 특별한 측정이 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 완화 조립체, 원자로 및 작동 방법은 이전에 언급된 특징들 중 어느 하나를 독립적으로 또는 기술적으로 가능한 다른 특징들과의 임의의 조합으로서 포함할 수 있다.

본 발명은 아래의 본 발명의 비제한적이고 예시적인 실시예의 상세한 설명과, 첨부된 도식적이고 부분적인 도면들의 검토에 의해 더 잘 이해될 수 있다.
- 도 1은 "루프(loop)" 타입으로 지칭되는 나트륨-냉각 고속증식로의 설계원리를 도시한 축방향 단면이다.
- 도 2는 "일체형(integrated)"으로 지칭되는 나트륨-냉각 고속증식로의 설계원리를 도시한 축방향 단면이다.
- 도 3은 고속증식로에 사용되는 완화 조립체의 예를 도시한 축방향 단면도이다.
- 도 4는 도 3의 완화 조립체를 포함하는 고속증식로를 도시한 축방향 단면이다.
- 도 5는 본 발명에 따른 고속증식로용 완화 조립체의 상부를 도시한 축방향 단면도이다.
- 도 6은 도 5에 도시된 완화 조립체의 상부 중성자 차폐 헤드의 부분적인 길이 방향 단면도이다.
- 도 7a 내지 7e는 도 5에서와 같은 완화 조립체의 예에서 상부 중성자 차폐(UNS) 장치의 핸들링, 삽입 및 잠금에서 상이한 단계들을 도시한 부분적인 길이 방향 단면도들이며, 밀봉 블록들은 도시되지 않는다.
모든 도면들에서, 동일한 참조번호들은 동일하거나 유사한 요소들을 가리킨다.
더욱이, 도면들을 더욱 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 도면들에 도시된 상이한 부분들은 반드시 모두 동일한 축척은 아니다.

상세한 설명 전체에 걸쳐, "수직(vertical)", "수평(horizontal)", "하부(lower)", "상부(upper)", "바닥(bottom)", "정상(top)", "아래(under)" 및 "위(above)"라는 용어들은 원자로 내에 수직으로 구성된 완화 조립체에 관하여 이해되어야 한다.

도 1 내지 4는 종래 기술의 상황 및 본 발명의 일반적인 맥락과 관련하여 이미 설명되었다.

도 5를 참조하면, 이 도면은 본 발명에 따른 나트륨-냉각 고속 원자로(R) 내에 사용되는 완화 조립체(40)의 예를 도시한 축방향 단면도이다. 도 1 내지 4에 공통된 요소들은 다시 설명되지 않는다. 또한, 설명된 예에서, 상기 원자로(R)의 액체 금속 냉각재는 나트륨이지만, 이것으로 한정하는 것은 아니다.

상기 완화 조립체(40)는 길이 방향 축(X)을 따라서 신장된 형상이고, 육각형 단면을 가진 박스(41)를 포함하며, 상기 박스의 상부(42)는 상기 조립체의 헤드를 형성하고 UNS로 불리는 중성자 차폐 장치를 둘러싼다. 상기 조립체(40)는 UNS를 담고 있는 부분을 제외하고 도 3에 도시된 것과 유사하다.

상기 박스(41)는 중심부(43)를 포함하며, 상기 중심부(43) 내에서 노심용융물(corium)이 순환한다. 상기 UNS 장치는, 상부 중성자 차폐 헤드(105)와, 부분적으로 아래의 강철(steel)로 구성되거나 또는 중성자 흡수재를 포함할 수 있는 블록들(106 및 107)과, 상기 박스(41)와 상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)의 슬러그(slug)(101) 형성 부분의 제거 가능한 잠금 수단(100)을 포함한다. 아래에서 도 6과 7a 내지 7e를 참조하면서 보다 상세하게 성명될 것이다.

아래에서 설명되는 바와 같이, 상기 슬러그(101)는 주어진 이동 경로를 따라서 상부 중성자 차폐 헤드(105)의 나머지 부분에 대하여 자유롭게 병진 이동하도록 설치되며, 상기 잠금 수단(100)은 상기 UNS 장치의 추출 그랩(extraction grab)(102)을 사용한 상기 슬러그(101)의 길이 방향 축을 따른 이동에 의해 상부 중성자 차폐 헤드(105)와 박스(41) 사이의 잠금 및 잠금 해제가 이루어질 수 있도록 구성되며, 상기 추출 그랩(102)은 상기 슬러그(101)에 부착된 그랩의 멈춤쇠들(pawls)(103)을 가진다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 완화 조립체(40)의 상부는, 상기 박스(41)의 바닥쪽으로 지향되며 상기 박스(41)의 원뿔-형상의 내면(108)과 협동하는 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)을 포함한다. 또한, 상기 완화 조립체(40)의 상부는 상부 중성자 차폐 헤드(105)와 원뿔-형상의 밀봉 블록(107) 사이에 배치된 중간 밀봉 블록(106)을 포함할 수 있으며, 상기 중간 밀봉 블록(106)은 실린더 형상이다. 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)과 중간 밀봉 블록(106)은 바람직하게는 고체 강철(solid steel)로 만들어지지만, 강철 인클로저 내에 삽입된 중성자 흡수재를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 밀봉 블록(107)과 상기 박스(41)의 내면(108) 사이에 밀봉 장치(109)가 형성된다. 상기 밀봉 장치(109)는 유리하게는 상기 원뿔형 밀봉 블록(107)의 원뿔형 외면상에 배치된 래비린스 씨일(labyrinth seal)을 포함한다. 변형으로서, 상기 밀봉 장치(109)는 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 표면에 배치된 금속 스크레이퍼 세그먼트들(metallic scraper segments)에 의해 만들어진 씨일을 포함할 수 있다.

상기 상부 중성자 차폐 헤드(105), 중간 밀봉 블록(106) 및 밀봉 블록(107)으로 구성된 조립체는 상기 완화 조립체(40)를 위한 제거 가능한 밀봉 플러그(11)를 형성한다.

또한, 유리하게는, 상기 씨일(109)의 간격(J)을 정의하는, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)과 상기 박스(41)의 원뿔-형상의 내면(108) 사이의 공간은, 유리하게는 누설 밀봉(leak tightness)을 최대화하기 위해 사실상 제로(zero)이다.

또한, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)은 꼭지점(vertex)을 포함하며, 상기 꼭지점은 밀봉 블록(107)의 둥근 형상을 가진 노즈(nose)(111)를 형성한다. 유리하게는, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)의 둥근 형상의 노즈(111)는 상기 조립체 헤드의 밀봉 표면을 손상시키지 않고서 상기 밀봉 블록(107)을 위치로 하강시키는 것을 용이하게 한다.

또한, 상기 밀봉 블록의 노즈(111) 둘레로 연장되는 상기 박스(41)의 내면(112)도 원뿔-형상이다. 유리하게는, 원뿔-형상은 나트륨 내에 잠긴 동안 그리고 세척 중에 임의의 가스 정체를 방지할 수 있다.

도 6과 7a 내지 7e를 참조하면서, 프랑스 특허 출원 FR 3 030 860 A1에 서술된 것과 유사할 수 있는 상부 중성자 차폐 헤드(105)가 설명될 것이다.

상기 조립체의 헤드(42)는 상기 박스(41)의 내측에 만들어진 연속적인 내부 홈(230)을 포함한다. 또한, 도 6 내지 7e에 도시된 바와 같이, 상기 조립체 헤드(42)는 규칙적인 각도 간격으로 분포된 구멍들(120)을 포함하며, 구멍들 각각은 아래에서 설명되는 바와 같이 조립체 핸들링 그랩의 멈춤쇠와 협동하도록 구성된다. 상기 UNS 헤드(105)는 플러그(121)와, 상기 플러그(121) 위에 상기 UNS의 헤드를 형성하는 슬러그(slug)(101)를 포함한다. 상기 슬러그(101)는 오직 주어진 이동 거리에 걸쳐 상기 플러그(121)에 대해 자유롭게 병진 운동하도록 설치되며, 플러그(121) 내와 슬러그(101) 내의 어깨부들(240, 241)로 구성된 내부 스탑들(stops)은 상기 이동 거리에 도달된 때 서로 협동하여 플러그(121)와 슬러그(101)를 함께 단단하게 홀딩한다. 상기 슬러그(101)는 연속적인 내부 홈(226)을 가지며, 상기 내부 홈(226)은 아래에서 설명되는 바와 같이 UNS 추출 그랩(grab)의 멈춤쇠들(pawls)과 협동하도록 구성된다. 마지막으로, 상기 슬러그(101)는 3개의 고정 핀들(224)을 포함한다.

상기 UNS 헤드(105)는 상기 플러그(121)에 고정된 핀(223)에 대해 회동하도록 설치된 잠금 멈춤쇠들(locking pawls)(100)을 포함하며, 상기 멈춤쇠들(100)의 회동은 수직면 내에서 일어난다. 세 개의 잠금 멈춤쇠들(100)이 서로로부터 120°로 분포된다. 상이한 수의 멈춤쇠들이 사용될 수 있으며, 이들은 바람직하게는 상기 링(101)의 주변부 둘레에 규칙적인 각도 간격으로 배치된다. 각각의 멈춤쇠(100)는, 상기 박스(41)에 만들어진 연속적인 내부 홈(230)과 협동하도록 구성된 잠금 단부(locking end)(250), 및 도시된 예에서 비스듬한 형상의 파내어진(hollowed out) 홈(225)을 포함한다. 상기 슬러그(101)가 플러그(121)에 대해 자유롭게 병진 운동하도록 설치됨으로써, 상기 슬러그(101)가 플러그(121) 쪽으로 이동할 때, 각각의 고정 핀(224)은 홈(225) 내부에서 슬라이딩할 수 있게 되고, 상기 멈춤쇠(100)는 수직면 내에서 상기 UNS 헤드(105)의 외측을 향해 회동하여 상기 박스(41)의 내부 홈(230) 내에 삽입될 수 있게 된다. 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명된다. 그러면, 상기 슬러그(101)는 핀들(224)을 통해 멈춤쇠들(100) 상에서 지지되고, 멈춤쇠들(100)이 상기 UNS의 내측을 향해 회동하는 것을 방지하며, 멈춤쇠들(100)을 상기 홈 내의 위치에 잠그게 된다.

따라서, 완화 조립체(40) 내의 상기 UNS 헤드(105)가 도 6, 7c, 7d 및 7e에 도시된 바와 같이 잠금 위치에 있을 때, 상기 UNS 헤드(105)의 바닥부가 밀봉 블록들(106, 107)에 의해 지지됨으로써, 상기 헤드(105)는 측방향으로 유지되며 이에 따라 임의의 하향 병진 운동이 방지되고, 상부 내에 잠기게 된다. 다시 말해서, 상기 조립체 헤드(41)의 홈(230) 내에 멈춤쇠들(100)이 삽입되어 상기 슬러그(101)가 잠김으로써 상기 헤드(105)가 잠기게 된다. 유리하게는, 도 7a 내지 7e에 도시된 바와 같이, 하나 또는 몇몇의 중공형 기둥들(hollow columns)(231)이 배치되며 상기 플러그(121)에 고정되어 상기 슬러그(101)를 관통한다. 바람직하게는, 세 개의 기둥들(231)이 서로로부터 120°로 분포된다. 상이한 수의 기둥들(231)이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 플러그(121)의 주변부 둘레에 규칙적인 각도 간격으로 배치된다. 도 7a에 도시된 바와 같이 상기 플러그(121)와 슬러그(101) 사이의 분리가 최대인 위치에서, 이 기둥들은 돌출된다. 이러한 중공형 기둥들(231) 각각은 아래의 기능들을 수행한다: - 상기 기둥은 플러그(121)와 슬러그(101) 사이의 상대적인 병진 운동 중에 강건성을 최대화하기 위해 이 두 개의 구성요소들 사이의 슬라이딩 링크(sliding link)를 형성하며; - 상기 기둥은 노심용융물로 채워질 수 있는 벤트(vent)를 형성하며; - 상기 기둥은 아래에서 설명되는 추출 그랩(102)의 헤드가 UNS 잠금 해제 작동 중에 잠금쇠들(100)의 회동을 기계적으로 강제할 수 있다. 본 발명의 체계에서, "추출 그랩(extraction grab)"이라는 표현은, UNS 헤드(105)를 원자로 용기 내의 상기 조립체의 나머지 내에 삽입하도록 의도된 것이 아니기 때문에, 슬러그(101)를 통해 UNS 헤드(105)를 파지하기 위한 파지용 그랩(gripping grab)(102)을 나타내기 위해 사용된다. 다시 말해서, 상기 그랩(102)은 원자로 용기 내에서 삽입 동작의 목적으로 사용되도록 의도된 것이 아니다. 따라서, UNS가 상기 조립체 헤드(42)로부터 잠금 해제된 때 슬러그(102)와 UNS의 나머지 사이의 상대적인 상향 이동을 적용하기 위해 상기 그랩(102)의 헤드는 각각의 기둥(231) 상에 지탱되며, 이에 따라 나트륨 내에 배치된 후에 발생할 수 있는 기계적 끼임(mechanical seizure) 현상을 완화시킨다. 다시 말해서, 이 기둥들(231)로 인해, 기계적 끼임의 경우에 잠금 해제 안전성이 유지된다. 설명된 모든 잠금/잠금 해제 수단은 기계적 끼임의 위험성을 최소화하도록 설계된다. 상이한 수단들의 임의의 이동을 위해 정확한 조절은 필요하지 않으며, 큰 여유가 모든 부분들 사이에 발생할 수 있다. 끼임의 경우에 상기 기둥들(231)에 의해 사용되는 강제 기능은 조립체의 잠금 해제를 더욱 확실하게 만들 수 있으며, 이에 따라 조립체 밖으로 상기 UNS의 즉시 추출을 보증하며, 그럼으로써 본 발명에 따른 조립체들을 포함하는 원자로의 이용률을 보증한다.

이제, 도 7a 내지 7e를 참조하면서 상기 완화 조립체(40) 내의 UNS 헤드(105)의 하강, 삽입 및 잠금 단계들이 시간 순서로 설명될 것이며, 이러한 단계들은 상기 추출 그랩(102)을 사용하여 수행된다. 잠금/잠금 해제 수단의 작동을 설명하기 위해, 상기 추출 그랩(120)으로 상기 UNS를 상기 조립체 내에 삽입하는 단계가 설명된다. 이러한 삽입 동작은 원자로 용기 외부에서, 특히 외부 저장 드럼 내에서 수행될 수 있으며, 추출 동작은 이와 동일하지만 역순서로 진행된다.

상기 UNS 헤드(105)는 상기 슬러그(101)에서 추출 그랩(102)에 의해 파지된다. 상기 추출 그랩(102)은 헤드를 포함하며, 상기 헤드에 파지용 멈춤쇠들(103)이 수직면에서 자유롭게 회동하도록 설치되고, 상기 그랩 헤드는 상기 멈춤쇠들(103)에 대해 자유롭게 병진 이동하도록 설치된다. 상기 멈춤쇠들(103)은 슬러그(101)의 내부 홈(226)에 삽입됨으로써 슬러그(101)를 파지하며, 상기 그랩(102)의 나머지에 대해 자유롭게 병진 운동하도록 설치된 헤드는, 상기 UNS 헤드(105)가 상기 멈춤쇠들(103)에 의해 유지된 때, 슬러그(101)와 플러그(121) 사이에 상대적인 축 방향 이동을 인가할 수 있다. 제1 단계는 접근 및 삽입 단계이며, 이 단계 중에 상기 그랩(103)은 UNS 헤드(105)를 중간 밀봉 블록(106)에 접촉할 때까지 길이 방향 축(X)을 따라서 상기 조립체(40) 내에 삽입한다(도 7a). 병진 운동이 자유로운 상기 그랩(102)의 헤드의 수직 하향 병진 운동은 계속되며 이에 따라 상기 플러그(121)에 대해 슬러그의 축방향 변위를 인가한다. 상기 슬러그(101)의 하부 어깨부로 구성된 스탑과 상기 플러그(12)의 상부 어깨부로 구성된 스탑은 서로로부터 멀어진다. 또한, 상기 슬러그(101)의 수직 하향 병진 운동으로 인해, 상기 링(101)에 고정된 핀들(224) 각각이 멈춤쇠(100)에 대응되는 홈(225) 내에서 슬라이딩하기 때문에, 멈춤쇠들(100)은 바깥쪽으로 회동하도록 강제된다. 멈춤쇠들(100)이 바깥쪽으로 회동된 때, 멈춤쇠들(100)은 상기 박스(41)의 내부 홈(230) 내부에 맞춰지고, 이는 상기 조립체(40) 내에서 UNS 헤드(105)의 상향 병진 운동을 방지하며, 이에 따라 UNS 헤드(105)를 잠그게 된다. 상기 그랩(102)의 헤드의 하향 이동은 상기 슬러그(101)가 플러그(121)에 접촉하여 지탱될 때까지 계속된다(도 7c). 그 다음에, 멈춤쇠들(103)을 안쪽으로 회동시킴으로써 그랩(102)에 의한 파지는 비활성화된다(도 7d). 그러면, 상기 그랩(102)은 상기 완화 조립체(40)로부터 제거될 수 있다.

마지막으로, 상기 그랩(102)은 다시 상승되고, 상기 박스(41)의 홈(230) 내에 삽입되어 유지되는 멈춤쇠들(100)에 의해 상기 UNS 헤드(105)는 상기 완화 조립체(40) 내에 삽입되어 잠기게 된다(도 7e). 상기 슬러그(101)의 무게는, 수직 지진 또는 박스 내에서 가스 방울의 상향 이동과 같은 예외적인 상황에 의해 발생될 수 있는 상향 밀침(upwards thrust)에도 불구하고, UNS 헤드(105)가 상기 조립체 헤드(42) 내에 잠긴 상태로 유지되는 것을 보장한다.

이제, 상기 완화 조립체(40) 외부에서 UNS 헤드(105)의 잠금 및 잠금 해제를 위한 단계들이 시간 순서대로 설명될 것이다. 도 7e에 도시된 바와 같은 잠금 위치에서, 상기 슬러그(101)는 플러그(121)에 접촉된 상태로 유지되며, 상기 기둥들(231)은 상기 슬러그(101)로부터 돌출된다. 돌출 높이는 상기 슬러그(101)와 플러그(121) 사이의 상대적인 최대 축방향 변위보다 약간 작도록 선택된다.

상기 핸들링 그랩(102)은, 병진 이동이 자유로운 헤드가 상기 기둥들(231)에 지탱될 때까지 하강된다. 상기 그랩(102)의 회동하는 멈춤쇠들(103)들이 상기 홈(226) 내에 삽입됨으로써 상기 슬러그(101)가 파지된 후에, 상기 슬러그(101)는 상기 플러그(121)에 대해 상대적인 상향 병진 운동으로 이동될 수 있으며, 이에 따라 잠금 멈춤쇠들(100)은 안쪽으로 회동하게 된다. 이러한 회동은 상기 홈(225) 내에서 슬라이딩하는 핀들(224)에 의해 유도된다. 그러면, 상기 멈춤쇠들(100)은 상기 박스(41)의 홈(230)으로부터 추출되고 상기 UNS 헤드(105)는 완화 조립체(40)의 나머지 부분으로부터 잠금 해제된다. 상기 기둥들(231)의 상부 횡단면이 상기 슬러그(101)의 상부 횡단면에 도달한 때, 병진 이동이 자유로운 헤드는 슬러그(101)와 플러그(121) 사이의 상대적인 축방향 변위를 더 이상 부과할 수 없게 된다. 그러면, 오직 상기 그랩(102)의 상향 병진 운동만, 슬러그(101)의 바닥 가까이에 형성된 어깨부(204)가 플러그(121)의 상부의 어깨부(241)와 접촉하여 멈출 때까지, 상기 슬러그(101)의 연속적인 추출을 가능하게 한다. 그 다음에, 상기 UNS 헤드(105)는 그랩(102)에 의해 상승되며 상기 조립체(40) 외부로 추출된다.

명확히, 본 발명은 설명된 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 본 주제에 대한 전문가는 본 발명에 대한 다양한 변형들을 만들 수 있을 것이다.

Claims

길이 방향 축(X)을 가지며 원자로의 다이아그리드(diagrid)(30) 내에 수직으로 삽입되도록 설계된 박스(41)를 포함하는 원자로용 완화 조립체(mitigation assembly)(40)로서,
상기 박스(41)는, 내부에서 노심용융물(corium)이 순환하는 중심부(43)와, 상기 조립체의 헤드를 형성하며 상부 중성자 차폐(UNS: Upper Neutron Shielding) 장치를 수용하는 상부(42)를 포함하고, 상기 상부 중성자 차폐 장치는, 중성자 흡수재를 지지하며 상기 박스(41)와의 제거 가능한 잠금 수단(100)과 슬러그(slug)(101) 형성 부분을 포함하는 상부 중성자 차폐 헤드(105)를 포함하며, 상기 슬러그(101)는 주어진 이동 거리에 걸쳐 상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)의 나머지 부분에 대해 자유롭게 병진 이동하고, 상기 잠금 수단(100)은, 상기 슬러그(101) 내에 부착되는 그랩(grab)의 멈춤쇠들(pawls)(103)을 사용하여 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치를 추출하기 위한 그랩(grab)(102)에 의해 상기 슬러그(101)가 길이 방향 축을 따라 이동함으로써 상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)와 상기 박스(41) 사이의 잠금 및 잠금 해제가 이루어질 수 있도록 구성되며,
상기 완화 조립체(40)의 상부(42)는, 상기 박스(41)의 바닥을 향해 지향된 원뿔의 끝(tip)을 가지며 상기 박스(41)의 원뿔-형상의 내면(108)과 협동하는 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)과, 상기 밀봉 블록(107)과 상기 박스(41)의 내면(108) 사이에 형성된 밀봉 장치(109)를 더 포함하고, 상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)와 상기 밀봉 블록(107)을 포함하는 조립체는 상기 완화 조립체(40)의 제거 가능한 밀봉 플러그(110)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
제 1항에 있어서,
상기 완화 조립체(40)의 상부(42)는 상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)와 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107) 사이에 배치된 중간 밀봉 블록(106)을 더 포함하며, 특히 상기 중간 밀봉 블록(106)은 실린더 형상인 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107) 및/또는 상기 중간 밀봉 블록(106)은 금속, 특히 스테인리스 강으로 만들어지거나 또는 특히 탄화붕소(B₄C), 하프늄(Hf), 하프늄 이붕소화물(HfB₂), 티타늄 이붕소화물(TiB₂), 페로보론(FeB), 이산화우라늄(UO₂), 희토류와 같은 중성자 흡수재를 함유하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 장치(109)는 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)의 원뿔형 외면에 배치된 래비린스 씨일(labyrinth seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 장치(109)는 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)의 외면에 배치된, 특히 금속의, 스크레이퍼 세그먼트들(scraper segments)에 의해 만들어진 씨일(seal)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밀봉 장치(109)의 간격(J)을 정의하는, 상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)과 상기 박스(41)의 원뿔-형상의 내면(108) 사이의 공간은 실제로 제로(zero)인 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 원뿔-형상의 밀봉 블록(107)은, 둥근 형상을 가진 상기 밀봉 블록(107)의 노즈(nose)(111)를 형성하는 꼭지점(vertex)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
제 7항에 있어서,
상기 원뿔-형상의 밀봉 블록의 노즈(111) 둘레에 연장된 상기 박스(41)의 내면(112)도 원뿔-형상인 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 중성자 차폐 헤드(105)는, 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치의 중성자 흡수 플러그(121)를 형성하며 상기 잠금 수단(100)을 지지하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 잠금 수단(100)은 수직면 내에서 자유롭게 회동하도록 설치된 잠금쇠들(pawls)(100)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬러그(101)는 내부 홈(internal groove)(226)을 포함하며, 상기 홈(226) 내에 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치 추출 그랩의 잠금쇠들(103)이 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 박스(41)는 내부 홈(internal groove)(230)을 포함하며, 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치를 위한 상부 스탑(stop)을 형성하기 위해 상기 홈(230) 내에 상기 잠금 수단(100)의 잠금쇠들이 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치는, 상기 플러그(221)를 형성하는 부분에 고정되며 상기 슬러그(10)를 관통하는 하나 이상의 중공형 기둥(hollow columns)(231)을 포함하고, 상기 기둥(들)(231)은, 잠금 해제 중에 상기 슬러그(101)와 상기 상부 중성자 차폐(UNS) 장치의 다른 부분들 사이에 상대적인 상향 이동을 가하기 위해, 자유롭게 병진 이동하는 상기 상부중성자 차폐(UNS) 장치 추출 그랩(102)의 이동 부분(233)과 접촉하여 지탱하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 원자로용 완화 조립체.
원자로(R), 특히 고속증식로(fast breeder nuclear reactor)(R)로서,
전기한 항들 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 완화 조립체(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 원자로.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 완화 조립체(40)의 작동 방법으로서,
상기 조립체가 원자로 노심 내의 제 자리에서 나트륨에 잠긴 때, 아래의 단계들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 완화 조립체의 작동 방법.
- 상기 제거 가능한 밀봉 플러그(110)를 제거하고, 그 다음에 상기 박스(41)의 내부를 비우는 단계,
- 상기 제거 가능한 밀봉 플러그(110)를 제거하고, 그 다음에 특히 플레이팅 검사 측정(plating inspection measurements) 및/또는 원자로 노심의 물리적 측정을 위해, 상기 박스(41)를 관통하여 특별한 측정을 수행하는 단계.