KR20200019993A

KR20200019993A - 방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치

Info

Publication number: KR20200019993A
Application number: KR1020207002359A
Authority: KR
Inventors: 얀 랑겐베르거; 볼프강 훔멜; 토마스 알브레흐트; 크리스토프 짐머만; 마르크 미할스키; 페터 제; 카르스텐 부르카르트
Original assignee: 프라마톰 게엠베하
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-02-25
Also published as: CN110832604B; EP3649654B1; EP3649654A1; CN110832604A; US11443861B2; WO2019007661A1; DE102017114835B3; ES2911601T3; ZA201908536B; BR112020000129A2; JP2020525799A; US20210110945A1; KR102372548B1

Abstract

본 발명은 방사능을 측정함으로써 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치(10)에 관한 것으로서,
- 액체 샘플을 안내하기 위한 제1 라인(12),
- 제1 라인(12)에 연결되고 액체 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하도록 구성되는 제1 검출기(17),
- 가스 샘플을 안내하기 위한 제2 라인(23), 및
- 제2 라인(23)에 연결되고 가스 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능의 방사능을 측정하도록 구성되는 제2 검출기(29)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 액체 샘플을 운반하는 제1 라인(12)으로부터 가스를 분리하기 위한 분리 장치(18)가 제공되며, 이 라인은, 제거된 가스가 내부에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하기 위해 제2 검출기(17)에 가스 샘플로서 공급될 수 있는 방식으로, 제2 라인(23)으로 통하는 제거된 가스를 위한 출구를 갖는다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 방출시키고, 적어도 하나의 연료봉의 환경으로부터 핵분열 생성물을 포함하는 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하도록 구성되는 장치(100) 및 상기 분석 장치(10)를 포함하는 분석 시스템에 관한 것이다.

Description

방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치

본 발명은 방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치 및 그러한 분석 장치를 포함하는 분석 시스템에 관한 것이다.

원자력 발전소의 운영자는, 다음 원자로 주기에서 연료 조립체의 재사용이 발생하기 전에 또는 오프-사이트 저장을 위해 연료 조립체가 멀리 운송되기 전에, 연료 조립체 내에 배치된 연료봉이 타이트하다는 명확한 증거를 제공해야 한다. 검출은 일반적으로 소위 시핑(sipping) 공정 또는 시핑 테스트를 통해 이루어진다. 이들은 누출 테스트로서, 방사능 핵분열 생성물이 누출 가능성이 있는 연료봉으로부터 방출된다. 이어서, 가스 또는 액체 샘플이 연료봉의 환경으로부터 채취되어, 그 방사능에 대해 검사된다.

예를 들어 가압 수형 원자로(PWR), 수중 에너지 원자로(WWER) 및 비등 수형 원자로(BWR)를 위한 소위 마스트(mast)-시핑/텔레스코프(telescope)-시핑, BWR을 위한 노심내(incore)-시핑, PWR, WWER 및 BWR을 위한 박스-시핑/진공-시핑 및 PWR 및 BWR을 위한 단일 로드(rod)-시핑과 같은 일반적으로 시핑 시스템이라고 하는 다른 분석 시스템 및 방법이 알려져 있다. 이러한 분석 시스템들 및 방법들은 특정 시점에서 분석 결과를 얻기 위해, 공정의 다른 순서로 통합된다는 점에서 주로 상이하다. 예를 들어, 원자로 노심의 언로딩(unloading) 전에 이러한 분석 결과가 필요한 경우, 노심내-시핑이 사용되며, 여기서 원자로 노심 내의 연료 조립체 또는 연료봉의 타이트함(tightness)이 점검된다. 가능한 한 적은 시간 손실로 신뢰할 수 있는 분석 결과가 생성되어야 하는 경우, 예를 들어 노심 언로딩 과정에서 마스트-시핑 방법이 사용될 수 있다. 마스트-시핑의 경우, 핵분열 생성물을 포함할 수 있는 샘플의 제거는 일반적으로 연료 조립체 로딩 기계의 마스트의 내부 영역을 통해 발생한다.

연료봉의 결함의 유형에 따라 또는 붕괴 시간의 길이에 따라, 이러한 알려진 테스트 방법에 의한 명확한 증거가 어려울 수 있다. 특히, 이러한 문제는 저장 시간이 보다 긴 경우에 발생하는데, 왜냐하면 시핑 테스트가 수행된 후 그리고 어떤 상황에서는 과거에 발생한 시핑 테스트 후에 그리고 가능하게는 그 동안 발생한 여러 조작 후에, 결함이 발생했을 수 있다고 가정할 필요가 있기 때문이다.

따라서 특히 매우 긴 저장 시간의 경우 결함 검출이 어려운데, 왜냐하면 이 경우 일반적으로 Cs-137만이 수상에서 검출 가능한 핵종으로 여전히 이용 가능하기 때문이다. 샘플이 채취되는 직접적인 환경에서 매우 높은 액티비티 백그라운드가 또한 문제가 되거나, 또는 결함의 크기 또는 유형으로 인해 핵분열 가스가 연료봉으로부터 완전히 빠져나갈 수 있는 경우, 따라서 상기 핵분열 가스는 더 이상 분석에 사용할 수 없다.

본 발명에 의해 해결할 문제는, 상이한 분석 또는 시핑 시스템들에 사용하기에 적합하며, 어려운 경계 조건 및/또는 상이한 유형의 누출의 경우에도 신뢰할 수 있는 검출을 가능하게 하는, 핵분열 생성물을 검출하기 위한 신규한 분석 장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제는 청구항 제1항에 따른 분석 장치 및 청구항 제9항에 따른 분석 시스템에 의해 해결된다.

본 발명의 유리한 추가적인 개발예는 종속 청구항들의 대상이다.

방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치는,

- 액체 샘플을 운반하기 위한 제1 라인

- 제1 라인에 연결되고 액체 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하도록 설계된 제1 검출기,

- 가스 샘플을 운반하기 위한 제2 라인, 및

- 제2 라인에 연결되고 가스 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하도록 설계된 제2 검출기를 포함한다.

본 발명에 따르면, 액체 샘플을 운반하는 제1 라인으로부터 가스를 분리하기 위한 분리 장치가 제공되고, 상기 라인은, 제거된 가스가 내부에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하기 위해 가스 샘플로서 제1 검출기에 공급될 수 있는 방식으로, 제2 라인으로 통하는 제거된 가스를 위한 출구 개구를 가지고 있다.

본 발명은 상이한 시핑 방법에 적합하고 이에 따라 예를 들어 연료봉 내의 작은 연속적인 헤어라인 크랙(hairline cracks), 연료봉 측면 상의 가시적인 개방된 부분 영역, 결손된 또는 결함이 있는 단부 캡 및/또는 파손된 연료봉과 같은 복수의 상이한 유형의 누출의 검출에 적합한 분석 장치를 처음으로 제공한다. 분석 장치는 특히 상이한 농도의 방출 가능한 핵분열 생성물 또는 핵종을 검출하도록 설계된다. 가스 핵분열 생성물은 탈기에 의해 액체 샘플로부터 분리 장치에 의해 직접 제거되거나 또는 분리될 수 있다. 특히, 핵종 크립톤 및/또는 크세논은 바람직하게 가스 핵분열 생성물로서 검출될 수 있다.

특히, 가스 및/또는 액체 샘플을 제1 및/또는 제2 검출기에 연속적으로 공급할 수 있다. 이러한 의미에서, 가스 샘플 또는 액체 샘플이라는 용어는 또한 연속적으로 추출되고 공급된 체적 흐름, 이에 따라 가스 흐름 또는 액체 흐름을 지칭한다.

시핑에 기초한 분석 시스템은 특히 검출될 핵분열 생성물에 따라 사용된다. 원자로 노심에서 연료봉의 테스트가 수행되는 노심내 시핑은 예를 들어 짧은 붕괴 또는 저장 시간의 경우에 사용된다. 이를 위해, 특히, 크세논(Xe-133), 크립톤(Kr-85), 요오드(I-131) 및/또는 세슘(Cs-134 및/또는 Cs-137)을 핵분열 생성물로서 검출하는 것이 제공될 수 있다. 액체 및/또는 가스 샘플의 제거가 원자로 노심의 언로딩 또는 연료 조립체 저장 용기에서 연료 조립체의 이송 중에 발생하는 마스트 시핑은 예를 들어 짧은 내지 긴 붕괴 또는 저장 시간의 경우에 사용된다. 이를 위해, 누출 유형에 따라, 특히 핵분열 생성물로서 Kr-85, Cs-134 및/또는 Cs 137을 검출하도록 제공될 수 있다. 이들 핵분열 생성물은 또한 특히 연료 조립체 상의 수리 공정의 일부로서, 박스 시핑 및/또는 단일 로드 시핑의 도움으로 검출될 수 있다. 더 긴 붕괴 시간의 경우, 핵종 Kr-85 및/또는 Cs-137은 예를 들어 핵분열 생성물로서 검출될 수 있다. 이들 핵분열 생성물을 포함하는 가스 및/또는 액체 샘플의 제거는 바람직하게는 언급된 마스트-, 박스- 또는 단일-로드 시핑 공정의 일부로서 이루어진다. 붕괴 또는 저장 시간이 매우 긴 경우에는, 일반적으로 Cs-137만이 핵분열 생성물로서 검출에 이용 가능할 수 있다. 이 경우 검출은 바람직하게는 추가의 가열 하에서 박스 시핑에 의해 발생한다.

가스 및/또는 액체 샘플을 제거하기 위해, 적어도 하나의 특히 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 방출시키도록 설계된 장치가 사용된다. 이 장치는 또한 적어도 하나의 연료봉의 환경으로부터 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하도록 설계된다. 기존 결함 부위를 통해 방출될 수 있는 핵분열 생성물은 또한 제거된 액체 및/또는 가스 샘플에 부분적으로 포함된다. 본 발명에 따르면, 특히 시핑에 기초한 분석 시스템은 액체 및/또는 가스 샘플을 공급하기 위해 전술한 장치에 유동 관계로 연결되는 분석 장치를 포함한다.

핵분열 생성물을 방출시키고 그러한 핵분열 생성물을 포함하는 가스 및/또는 액체 샘플을 제거하기 위한 장치에 관한 해당 구체적인 설계는 노심내-, 마스트-, 진공- 또는 단일-로드 시핑 시스템의 경우에 상이하다. 이것에 상관없이, 분석 장치에는 제거된 가스 샘플과 제거된 액체 샘플이 모두 제공될 수 있기 때문에, 분석 장치는 언급된 모든 시핑 시스템에서 사용될 수 있다. 제1 및 제2 검출기의 도움으로, 광범위한 상이한, 특히 가스 또는 용해된 핵분열 생성물이 검출될 수 있다. 이것은 검사될 연료봉의 붕괴 또는 저장 시간과 거의 독립적으로 분석 장치를 사용할 수 있게 한다.

결함이 있는 연료봉으로부터의 핵분열 생성물의 방출은 예를 들어 열을 공급함으로써 연료봉을 가열함에 의해 발생한다. 이를 위해, 예를 들어, 냉각제의 부분적 인출에 의한 또는 대류의 중단에 의한 연료 조립체 또는 연료봉의 자체 가열이 발생할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 가능한 기존 결함 부위를 통한 핵분열 생성물의 배출은 압력 감소에 의해, 특히 연료봉을 들어 올림으로써 보조될 수 있다.

특히 용해된 및/또는 가스의 핵분열 생성물의 분석을 위해 제공된 분석 장치는 바람직하게는 제1 검출기의 하류에 배치되는 분리 장치를 위한 입구를 갖는다. 따라서 특히 누출 연료봉의 직접적인 환경으로부터 제거된 액체 샘플은 제1 검출기를 통과한 후에만 분리 장치에 공급된다. 따라서, 액체 샘플은 특히, 가능하게는 존재할 수 있는 가스 핵분열 생성물이 분리 장치의 도움으로 액상으로부터 분리되기 전에, 용해된 핵분열 생성물에 대해 분석될 수 있다.

바람직하게는, 제1 검출기는 감마선을 측정하도록 설계된다. 특히 바람직하게는 제1 검출기는 감마 분광계(spectrometer)이다. 이러한 장치는, 선택적으로 대응하는 평가 루틴과 함께, 검출된 감마 스펙트럼의 특히 복수의 라인을 현상하고 평가하도록 설계된다. 이 경우 이전에 측정된 백그라운드 액티비티와 함께, 액체 샘플에서 감마-방출 핵분열 생성물의 상대 농도에 대한 설명이 가능하게 된다.

제2 검출기는 베타선을 측정하도록 설계되는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 제2 검출기는 섬광 카운터(scintillation counter)이다. 따라서, 제2 검출기는, 누출 연료봉의 환경으로부터 직접 제거되고 및/또는 액체 샘플로부터 분리된, 가스 베타-방출 핵분열 생성물을 결정하는데 사용된다.

특히 바람직하게는, 제1 및/또는 제2 검출기에는 주위 방사선에 대한 차폐를 위한 방사선 흡수 방사선 차폐부가 제공되어, 측정 결과에 대한 그 영향이 최소화된다.

바람직하게는, 물 샘플을 위한 샘플링 지점을 형성하는 폐쇄 가능한 출구가 제1 라인으로부터 분기된다. 이러한 물 샘플은 물 또는 분리된 기상에서, 결함이 있는 연료봉에 대해 결론을 도출할 수 있게 하는, 다른 관련 핵분열 생성물을 검출할 수 있도록, 실험실에서 보다 표적화된 검사를 위한 추가의 가능성으로서 제한적인 경우에 사용된다.

바람직한 실시예에서, 분석될 가스 샘플을 포함하는 체적 흐름을 건조시키기 위한 건조 장치 및/또는 건조 수단은 제1 검출기의 하류 그리고 특히 상류, 즉 특히 베타선을 측정하도록 설계되는 제2 검출기 전방에 배치된다. 공급된 가스 샘플에 포함된 수분은 따라서 건조 장치에 의해 및/또는 건조 수단, 특히 실리카 겔(silica gel)에 의해 분리될 수 있다. 수분 배출은 특히 연속적으로 일어날 수 있다. 따라서, 제2 검출기 상에, 차폐로 인해 측정을 왜곡시킬 수 있는 수막 또는 물방울이 형성될 수 있는 것이 방지될 수 있다.

바람직하게는, 스트리핑 가스를 미세 비드로 형성하여 상 경계면을 증가시키기 위해, 충전 재료, 특히 큰 외부 표면을 갖는 충전 재료가, 액체 샘플로부터 가스를 분리하는 역할을 하는 분리 장치 내에 배치된다. 따라서, 액체 샘플로부터 가스 핵분열 생성물의 분리가 보조될 수 있다.

바람직하게는, 다공성 막을 통한 확산 재료 수송에 의한 재료 분리가 사용되는 막 접촉기(막 탈기)가 또한 사용될 수 있다.

결함이 있는 연료봉을 식별하기 위한 분석 시스템은 전술한 분석 장치와, 적어도 하나의 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 배출시키고 적어도 하나의 연료봉의 환경으로부터 핵분열 생성물을 포함하는 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하기 위해 설계된 장치를 포함한다. 이러한 장치는 또한 시핑 장치로 지칭될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 핵분열 생성물을 포함하는 액체 및/또는 가스 샘플을 공급하기 위한 장치는 전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 분석 장치에 유동 관계로 연결된다. 특히, 누출 연료봉의 직접적인 환경으로부터 제거된 액체 샘플을 분석 장치의 제1 라인으로 공급하고, 누출 연료봉의 직접적인 환경으로부터 제거된 가스 샘플을 분석 장치의 제2 라인으로 공급하는 것이 제공된다.

바람직하게는, 물 및 가스 샘플을 제거하도록 설계된 분석 시스템의 장치는 하강 가능한 구조체, 특히 연료 조립체 저장 용기, 운송 컨테이너 용기 또는 원자로 용기에서 하강 가능한 구조체를 형성한다. 상기 장치는 내부 덕트 형상의 중간 공간을 가지며, 여기에 검사될 적어도 하나의 연료봉 또는 적어도 하나의 연료봉을 포함하는 연료 조립체가 도입될 수 있다. 덕트 형상의 중간 공간의 상단부는 중간 공간의 위에 그리고 후드 요소의 아래에 가스를 취입함으로써 가스 쿠션이 형성될 수 있는 방식으로, 후드 요소에 의해 커버될 수 있다. 덕트 형상의 중간 공간은 특히 유밀하게(fluid-tight) 설계되지 않으므로, 주변 물이 적어도 하부 영역의 개구를 통해 들어갈 수 있다. 연료 조립체 저장 용기에서 하강 가능한 장치는 따라서 박스 시핑 장치의 유형이다. 가스 쿠션의 도입은 특히 용기 물로의 열 대류를 차단시키는 역할을 한다. 특히 덕트 형상의 중간 공간에서 연료 조립체의 자체 가열에 의해 가열되는 물은 더 이상 덕트 형상의 중간 공간의 상단부를 통해 빠져나갈 수 없는데, 왜냐하면 후자는 후드 요소 내에 형성된 가스 쿠션에 의해 폐쇄되기 때문이다. 이는 덕트 형상의 중간 공간의 상부 영역에서 연료봉 또는 연료봉들로부터 방출된 핵분열 생성물의 축적을 촉진한다.

바람직하게는, 덕트 형상의 중간 공간은 하강 가능한 작업 지지대 상에 중첩되어 적층되고 서로 고정될 수 있는 복수의 구조 요소에 의해 형성된다. 이러한 설계는 대응하는 파지 공구의 도움으로, 특히 연료 조립체 저장 용기 또는 운송 컨테이너 로딩 용기에서, 물 하에 신속하고 유연하게 구축될 수 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 덕트 형상의 중간 공간의 하부 섹션을 형성하는 구조 요소 또는 구조 요소들은 주변 연료 조립체 저장 용기의 용기 물과의 물 교환을 허용하기 위해 복수의 개구를 갖는다.

후드 요소 및/또는 구조 요소는 바람직하게 이중벽으로 설계되고, 여기서 후드 요소 및/또는 각각의 구조 요소의 외벽과 내벽 사이에는 절연 재료가 단열을 위해 도입되거나 또는 단열을 위해 진공에 적용된다. 결과적으로, 주변 용기 물로의 열 전달이 최소화되고, 덕트 형상의 중간 공간으로 도입된 연료 조립체 또는 거기에 도입된 연료봉이 가열될 수 있어, 임의의 기존의 누출 지점을 통해 핵분열 생성물을 배출시킬 수 있다.

후드 요소는 바람직하게는 구동 유닛에 의해, 장치의 수직 축에 대해 원격으로 제어 가능하게 조정 가능하고, 특히 수직 축에 대해 평행하게 높이 조정 가능하고 및/또는 수직 축에 대해 회전 가능하게 설계된다. 이러한 방식으로, 후드 요소는, 특히 연료 조립체로 로딩 또는 언로딩하도록 덕트 형상의 중간 공간으로의 접근을 자유롭게 하기 위해 위치될 수 있다.

대안적으로, 후드 요소는 로드 공구에 의해 수동으로 조정되도록 설계될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 가열 장치는 후드 요소에 대향하는 덕트 형상의 중간 공간의 하단부에 배치된다. 필요한 경우, 이러한 개별 후드 요소는 검사될 연료봉의 자체 가열을 지원하는 역할을 한다. 이것은 또한 더 긴 붕괴 또는 저장 시간 후에 연료봉 또는 연료 조립체를 검사하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는, 내부에 포함된 용기 물 및/또는 내부에 포함된 가스 쿠션의 온도를 측정하기 위해 덕트 형상의 중간 공간 내에 온도 센서가 배치되어, 특히 결함이 있는 연료봉으로부터의 핵분열 생성물의 방출을 위한 가열 공정이 모니터링될 수 있다.

본 발명은 또한 실시예들의 설명에 의해 그리고 첨부된 도면을 참조하여 추가의 특징 및 장점과 관련하여 아래에서 상세하게 설명된다.

도 1은 방사능을 측정함으로써 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치의 개략적인 구조를 도시한다.
도 2는 폐쇄 상태에서 적어도 하나의 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 방출시키고 적어도 하나의 연료봉의 환경으로부터 핵분열 생성물을 포함하는 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하기 위한 장치를 도시한다.
도 3은 개방 상태에서의 도 2의 장치를 도시한다.

동일한 부분 또는 서로 대응하는 부분에는 모든 도면에서 동일한 참조 부호가 제공된다.

도 1은 방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치(10)의 개략적인 구조를 도시한다. 분석 장치는 시핑 장치, 특히 도 2 및 도 3에 도시된 장치(100)와 함께 제공되어, 결함이 있는 연료봉 또는 결함이 있는 연료봉을 포함하는 연료 조립체를 식별하도록 설계된 분석 시스템을 형성하도록 되어 있다.

분석 장치(10)는 가스 분석 섹션 및 액체 분석 섹션을 포함한다. 액체 샘플은 제1 입구(11)를 통해 제1 라인(12)으로 공급될 수 있다. 액체 샘플을 흡입하기 위해, 펌프(13), 예를 들어 워터젯 펌프가 입구 측에서 제1 라인(12)에 연결된다. 밸브(14)를 통해 차단될 수 있는 추가의 출구(15)가, 실험실에서 상기 샘플의 추가의 표적 검사를 위해, 물 샘플, 특히 연료 조립체 저장 또는 원자로 용기로부터 물 샘플을 채취하기 위해 사용된다.

제1 라인(12)에서 운반되는 액체 샘플은 감마선의 검출을 위해 설계된 제1 검출기(17)가 배치되는 방사선 차폐부(16)에 의해 차폐된 영역을 통과한다. 구체적으로, 제한적으로 해석되지 않는 도시된 실시예에서, 이것은 감마 분광계이다. 액체 분석 섹션의 단부에, 분리 장치(18)가 배치되며, 이는 액체 샘플에 존재하는 특히 임의의 용해된 가스 성분을 분리하도록 설계된다. 도시된 분리 장치(18)에는 특히 역류 공정에서 공급 라인(19)을 통해 스트리핑 가스가 송풍될 수 있는 액체 저장소가 형성되어 있다. 액체 샘플로부터 취해진 가스는 체크 밸브(20)를 갖는 연결 라인(21)을 통해 가스 분석 섹션에 공급될 수 있다. 기상과 액상 사이의 상 경계면을 증가시키기 위해, 충전 재료, 특히 큰 외부 표면을 갖는 충전 재료가 분리 장치(18) 내에 배치된다.

분리 장치(18) 내의 물 레벨은 조절기 밸브(26)를 갖는 레벨 조절기(25)를 통해 조정되고 특히 조절될 수 있다. 과잉의 물은 출구(27)를 통해 특히 연료 조립체 저장 용기의 용기 클리닝 시스템으로 배출될 수 있다. 막 접촉기로서 분리 장치의 실시예는 도면에 명시적으로 도시되지 않는다.

가스 샘플은 가스 분석 섹션의 제2 라인(23)으로 연결 라인(21)뿐만 아니라 제2 입구(22)를 통해서도 공급될 수 있다. 제2 입구(22)의 영역에는 스로틀 밸브(24)가 배치되어, 필요한 경우, 가스 샘플을 포함하는 체적 흐름이 적응되고 특히 조절될 수 있다.

가스 분석 섹션은 제2 검출기(29)의 하류에 배치되는 건조 장치(28)를 더 포함한다. 건조 장치(28)는 특히 가스 체적 흐름에 포함된 임의의 수분 또는 물을 분리하기 위해 사용된다. 추가의 조절기 밸브(31)를 갖는 추가의 레벨 조절기(30)가 연속적인 물 배출을 보장한다. 배출된 물은 출구(27)를 통해 특히 연료 조립체 저장 용기의 용기 클리닝 시스템으로 공급될 수 있다.

제2 라인(23)은 또한 환경으로부터의 방사선에 대해 방사선 차폐부(32)에 의해 제2 검출기(29)의 영역에서 차폐된다. 도시된 예에서 제2 검출기(29)는 섬광 카운터로서 베타선의 측정을 위해 설계된다.

가스 분석 섹션의 단부에는, 가스 펌프(33), 예를 들어 막 펌프가 위치된다. 가스가 추가의 출구(34)를 통해 특히 원자력 발전소의 핵 환기 시스템에 공급될 수 있다.

분석 장치는 특히 아래 설명된 방법에 따라 핵분열 생성물의 검출을 위해 작동된다:

연료 조립체 저장 용기로부터의 물로 구성된 기준 샘플이 백그라운드 액티비티를 결정하기 위해 취해진다. 이어서, 검사될 연료봉 또는 검사될 연료봉들을 포함하는 연료 조립체의 직접적인 환경으로부터의 액체 샘플이 펌프(13)에 의해 흡입된다.

선택적으로, 추가의 샘플이 방사선 화학 실험실에서 더 자세한 검사를 위해 추가 샘플로서 취해진다.

그 후, 제거되어 잠재적으로 검출 가능한 핵분열 생성물을 포함하는 액체 샘플은 방사선 차폐부(16)에 의해 차폐된 제1 검출기(17)의 영역을 통과하므로, 환경, 특히 원자력 발전소의 용기 플로어 영역으로부터의 방사선 영향은 크게 배제된다. 감마선의 검출을 위해 감마 분광계로서 설계된 제1 검출기(17)는 바람직하게는 검출된 감마 스펙트럼의 다중 라인의 평가 및 현상을 위한 평가 루틴을 갖는다. 감마 스펙트럼의 평가의 목적은, 이전에 결정된 백그라운드 액티비티와 비교하여 결함이 존재하는지 여부를 결정하기 위해, 액체 샘플에 포함된 핵분열 생성물의, 따라서 감마선을 방출하는 핵종 성분의 상대적 농도를 결정하는 것이다.

액체 샘플은 후속적으로 분리 장치(18) 내로 공급되고, 여기서 스트리핑 가스가 바람직하게는 역류 공정에서 그리고 기상과 액상 사이의 상 경계면을 혼합하고 증가시키기 위해 충전 재료를 사용하여 취입된다. 이와 같이 유도된 탈착 공정은, 취입된 스트리핑 가스의 일부가 공급된 액체 샘플의 물로 통과하게 한다. 이와 동시에, 결합된 가스 방사능 핵분열 생성물이 액체 샘플로부터 해제된다(스트리핑-분리 공정). 레벨 조절기(25)에 의해, 분리 장치(18)에 분리 표면이 유지되고, 이를 통해 액체 샘플로부터 취해진 가스가 수집된다. 과잉의 물은 조절기 밸브(26)를 통해 배수되고, 연료 조립체 저장 용기의 용기 클리닝 시스템을 통해 폐기된다. 액체 샘플로부터 추출된 가스는 체크 밸브(20)를 통해 제2 라인(23)에 그리고 이에 따라 가스 분석 섹션에 공급된다.

가스 샘플의 채취는 가스 분석 섹션의 단부에 장착된 가스 펌프(33)의 활성화에 의해 활성화된다. 초기에, 가스 샘플 또는 가스 샘플 흐름은 제2 입구(22) 및 스로틀 밸브(24)를 통해 제2 라인(23)으로 공급된다. 이와 관련하여, 소정의 체적 흐름이 설정된다. 가스 샘플을 포함하는 가스 흐름이 제2 검출기(29)를 통과하기 전에, 후자는 건조 장치(28)에서 건조되는데, 왜냐하면 측정 결과가 수막에 의해 또는 검출기 막 상의 물방울에 의해 왜곡될 수 있기 때문이다. 건조 장치(28)로서 활성 건조기가 제공될 수 있다. 이 경우, 물을 냉각 및 배출함으로써 이슬점의 감소가 이루어진다. 조절기 밸브(31)를 조절하는 레벨 조절기(30)에 의해 연속적인 물 배출이 보장된다. 대안적으로 또는 추가적으로 물 배출은 건조 수단(예를 들어, 실리카 겔)의 도움으로 이루어질 수 있다. 제2 검출기(29)는 베타선을 검출하도록 설계되고, 도시된 예에서 섬광 카운터로서 설계된다. 제2 검출기(29) 및 대응하는 평가 루틴의 도움으로, 백그라운드에 대한 베타 방출 핵종 성분의 상대 농도가 결정된다.

시핑 공정 동안, 따라서, 검사될 연료봉 또는 연료 조립체의 환경으로부터 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하는 동안, 고유의 안전성이 보장되어야 한다. 이를 위해, 특히, 초임계가 배제되고, 적절한 냉각이 보장되어야 한다. 또한, 시핑을 기반으로 하는 이러한 분석 시스템에 대해, 엄격한 방사선 방호 요구 사항("As Low As Reasonably Achievable", ALARA)이 존재한다.

가스 및/또는 액체 샘플의 제거는 바람직하게는 도 2 및 도 3에 개략적으로 도시된 장치(100)로 수행된다. 장치(100)는 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 방출시키고 적어도 하나의 결함이 있는 연료봉의 환경으로부터 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하도록 설계된다. 장치(100)는 박스 시핑 시스템의 일부로서 제공될 수 있다.

장치(100)는 이동식이며, 별도의 가열 장치(101)를 갖는다. 장치(100)는 연료 조립체 저장 용기에서 작업 지지대(102) 상의 물 아래에 배치되고, 복수의 구조 요소(103, 104, 105)를 포함하고, 이들 복수의 구조 요소는 장착된 상태에서 연료봉을 포함하는 연료 조립체(200)가 배치될 수 있는 덕트 형상의 중간 공간(106)을 획정하며, 중첩되어 적층될 수 있고 서로 고정될 수 있다. 도시된 예는 3-부분 구조를 도시한다.

구조 요소(103, 104, 105)는 덕트 형상의 중간 공간(106)의 단열 벽 섹션을 획정하고, 분리 구역(107, 108)을 통해 서로 연결될 수 있다. 구조 요소(103, 104, 105)는 이중벽으로 설계된다. 단열을 위한 절연 재료는 각각의 구조 요소(103, 104, 105)의 외벽과 내벽 사이에 도입된다.

연료 조립체 저장 용기에 장치(100)를 장착하는 것은 특히 다음 단계를 포함한다: 초기에, 하부 구조 요소(103)가 작업 지지대(102) 상에 장착된다. 추가의 중간 구조 요소(104)가 제1 분리 구역(108)을 통해 하부 구조 요소(103) 상에 장착된다. 제3 상부 구조 요소(105)가 제2 분리 구역(107) 위에 배치된다.

수직 축에 대한, 따라서 작업 지지대(102)에 수직으로 진행하는 방향에 대한, 구조 요소의 종 방향 연장부는, 수용될 연료 조립체(200)의 대응하는 길이에 맞춰진다.

구조 요소(103, 104, 105)는, 가장 큰 단면을 갖는 연료 조립체(200)가 수용될 수 있도록, 그 단면에 대해 치수가 정해진다. 덕트 형상의 중간 공간(106)으로 도입되는 충전 재료의 사용을 통해, 연료 조립체(200)의 수용에 이용 가능한 중간 공간(106)의 길이뿐만 아니라 단면도 모두 적응시키는 것이 선택적으로 가능하다. 이러한 방식으로, 특히 공간 연장의 면에서 다른 상이한 유형의 연료 조립체(200)가 취급될 수 있다.

덕트 형상의 중간 공간(106)의 하부 영역에 설치된 편평한 가열 장치(101)는 덕트 형상의 중간 공간(106)에 위치된 용기 물을 신속하게 가열하도록 설계된다. 가열 장치(101)와 연료 조립체(200) 사이에는, 가열에 대한 매우 적은 저항만을 제공하는 격자형 그리드 요소(109)가 배치된다.

구조 요소(103, 104, 105)에 의해 형성된 덕트 형상의 중간 공간(106)은 유밀하게 설계되지 않고, 오히려 물의 자유로운 유입을 허용하는 개구가 가열 장치(101)의 높이에서 구조 요소(103)의 벽에 측 방향으로 제공된다.

덕트 형상의 중간 공간(106)의 상단부에는 가이드(110)가 장착되며, 이는 연료 조립체 로딩 기계의 도움으로 또는 파지 공구의 도움으로 연료 조립체(200)를 삽입하는 것을 용이하게 한다.

덕트 형상의 중간 공간(106) 위에는 후드 요소(111)가 위치될 수 있으며, 이는 연료 조립체(200)에 배치된 연료봉의 상단부 바로 위에서 끝난다. 후드 요소(111)를 가스, 특히 공기로 플러딩(flooding)함으로써, 물이 없는 영역이 연료 조립체(200)의 상부 영역에 생성된다. 그러나, 연료봉 자체는 이에 의해 노출되지 않는다. 덕트 형상의 중간 공간(106)의 하단부에서의 물 유입부와 연료 조립체(200)의 상부 섹션 사이에서 연료 조립체 저장 용기를 향한 자유 대류가 방지되고, 이에 따라, 자체 가열에 의해 연료 조립체(200)의 가열로 이어진다.

가열은 특히 긴 붕괴 또는 저장 시간을 갖는 연료 조립체의 경우에, 가열 장치(101)의 도움으로 선택적으로 보조된다. 예를 들어 연료봉의 하부 영역에서 수증기를 통해 보이는 과열이 회피될 수 있는데, 왜냐하면 덕트 형상의 중간 공간(106)의 하부 영역에서 용기 물이 계속해서 유입될 수 있고 이에 따라 연료봉은 지속적으로 물로 둘러싸여 유지될 수 있기 때문이다.

후드 요소(111)는 또한 이중벽으로 설계된다. 동일한 목적을 위해, 단열 절연 재료가 후드 요소(111)의 내벽과 외벽 사이에 위치되거나 또는 진공이 적용된다.

후드 요소(111)에는 리프트-회전 드라이브로서 설계된 구동 유닛(112)이 추가로 제공된다. 따라서 후드 요소(111)는, 덕트 형상의 중간 공간(106)이 커버되는 방식으로, 수직 축을 중심으로 회전하고 수직 축에 평행하게 이동함으로써, 상기 후드 요소가 구조 요소(103, 104, 105) 위에 배치될 수 있는 방식으로, 원격 제어 가능하거나 또는 수동으로 조정 가능하다. 도 3은 개방 위치에 있는 장치(100)를 도시하지만, 도 2의 후드 요소(111)는 덕트 형상의 중간 공간(106)을 커버한다.

후드 요소(111)를 들어 올리고 회전시킴으로써, 연료 조립체(200)에 대한 자유로운 접근이 이에 따라 위로부터 제공될 수 있다. 비상 사태의 경우, 이러한 공정은 또한 로드 공구를 사용하여 수동으로 수행될 수도 있다.

덕트 형상의 중간 공간(106)의 상부 영역에는, 특히 제1 입구(11)를 통해 분석 장치(10)를 제1 라인(12)에 연결하기 위해 제공되는 라인 섹션(113)이 배치된다. 특히 제2 입구(22)를 통해 분석 장치(10)의 제2 라인(22)에 연결하기 위해 제공되는 추가의 라인 섹션(114)은 가스를 위한 입구를 가지며, 이는 후드 요소(111)의 영역에 배치된다. 이러한 추가의 라인 섹션(114)은 또한 후드 요소 아래에 가스 쿠션(G)을 형성하기 위해, 바람직하게는 가스를 취입하기 위해 사용된다(도 3 참조).

시핑 공정의 경제적인 구현을 위해, 이러한 방식으로 설계된 2개의 장치(100)와 함께 작동하는 것이 합리적이다. 이에 의해, 제1 장치(100)는 연료 조립체(200)를 테스트하기 위해 사용되는 한편, 제2 장치(100)는 다른 연료 조립체로 로딩되거나 또는 언로딩된다.

시핑 공정은 다음과 같다: 초기에, 장치(100)는 개방 위치에 있다(도 3). 이 상태에서, 물 샘플이 백그라운드 액티비티를 측정하기 위해 취해진다. 연료 조립체(200)의 삽입 후에, 후드 요소(111)가 폐쇄되고(도 2), 가스 쿠션(G)이 추가의 라인 섹션(114)을 통해 도입된다. 온도 측정을 통해 점검되는 최소 가열 시간에 도달한 후, 실제 시핑 테스트, 즉 액체 샘플 및 가스 샘플의 제거가 수행될 수 있다. 장치(100)와 유동 관계로 연결된 분석 장치(10)의 도움으로 평가가 수행된다. 이와 관련하여, 장치(100)의 라인 섹션(113)은 분석 장치(10)의 제1 라인(12)과 연결되고, 장치(100)의 추가의 라인 섹션(114)은 분석 장치(10)의 제2 라인(114)에 연결된다. 액체 샘플 및 가스 샘플은 분석 장치(10)에 공급된다. 분석 장치(10) 및 장치(100)의 전체는 분석 시스템을 형성한다.

후드 요소(111) 아래의 가스를 배출한 후, 후드 요소는 다시 개방될 수 있고, 연료 조립체(200)는 제거될 수 있다.

전술한 분석 장치(10)와 관련하여 박스 시핑 장치로서 설계된 장치(100)의 장점은 특히 다음과 같다:

- 고유 안전을 손상시킬 수 있는 진공 밀폐 하우징이 필요하지 않다. 예시적으로 설명된 분석 시스템은, 특히, 시핑 공정 동안 연료봉 또는 연료 조립체의 적절한 냉각에 관한 수동적 고장 방지에 의해 특징 지워진다.

- 장치(100)는 이중벽 구조 요소(103, 104, 105)를 포함하고, 그 외부 및 내부 표면은 특히 매끄러운 강판으로 형성된다. 이러한 구성에 의해, 덕트 형상의 중간 공간(106)을 획정하는 내부뿐만 아니라 장치(100)의 외부 모두의 용이한 오염 제거가 가능하다. 이것은 가능한 오염의 감소로 인한 방사선 노출을 향상시킨다. 취입된 가스 쿠션(G)을 통해, 효과적인 단열이 실현되며, 이는 누출이 발생할 때 지속적으로 유지되고 제어 가능하게 유지될 수 있다. 가스 쿠션(G)은 연료 조립체 저장 용기에서 주변 물에 대한 단열을 제공하며, 이와 동시에 연료봉의 물 커버리지 레벨의 제어에 의해 과열이 배제된다. 이에 따른 결과적인 공간적 거리 및 직접적인 환경에서 취급되는 연료 조립체(200)로부터의 감속재의 부재와 관련하여, 미임계도가 제공된다.

- 연료 조립체(200)의 자연적 자체 가열과 관련하여 덕트 형상의 중간 공간(106)의 하부 영역에서의 가열 장치(101)의 배치는 시핑 공정에서 상향으로의 열적 흐름을 발생시켜, 이에 따라 덕트 형상의 중간 공간(106)의 상부 영역에서 분석될 핵분열 생성물, 특히 용해된 핵분열 생성물이 집중되게 한다. 가스 핵분열 생성물은 이에 따라 후드 요소(111) 아래의 가스 쿠션(G)에 축적된다. 분석될 가스 및 액체 샘플의 제거는 이 영역에서 발생한다.

- 별도의 가열 장치(101)는, 핵분열 생성물이 또한 긴 붕괴 또는 저장 시간 후에 연료 조립체(200)로부터 또는 연료봉으로부터 충분한 농도로 배출될 수 있게 한다.

- 분석 장치(10)는 가스 샘플뿐만 아니라 액체 샘플도 분석할 수 있게 한다. 또한, 원하는 경우, 액체 샘플에 포함된 가스가 검사될 수 있다. 또한, 방사선 화학 실험실에서 액체 및/또는 가스 샘플을 추가로 평가할 가능성이 있다. 따라서 분석 결과는 높은 신뢰성을 특징으로 한다. 간단한 취급 및 사용된 기술로 인해, 시핑 공정을 빠르게 실행할 수 있다. 더 적은 활성 구성요소로 인해 수리 노력이 적으며, 이는 또한 가능한 방사선 노출의 감소를 향상시킨다.

10 : 분석 장치 11 : 제1 입구
12 : 제1 라인 13 : 펌프
14 : 밸브 15 : 출구
16 : 방사선 차폐부 17 : 제1 검출기
18 : 분리 장치 19 : 공급 라인
20 : 체크 밸브 21 : 연결 라인
22 : 제2 입구 23 : 제2 라인
24 : 스로틀 밸브 25 : 레벨 조절기
26 : 조절기 밸브 27 : 출구
28 : 건조 장치 29 : 제2 검출기
30 : 레벨 조절기 31 : 조절기 밸브
32 : 방사선 차폐부 33 : 가스 펌프
34 : 출구 100 : 장치
101 : 가열 장치 102 : 작업 지지대
103 : 구조 요소 104 : 구조 요소
105 : 구조 요소 106 : 중간 공간
107 : 분리 구역들 108 : 분리 구역
109 : 그리드 요소 110 : 가이드
110 : 후드 요소 112 : 구동 유닛
113 : 라인 섹션 114 : 라인 섹션
200 : 연료 조립체 G : 가스 쿠션

Claims

방사능의 측정에 의해 핵분열 생성물을 검출하기 위한 분석 장치(10)로서,
- 액체 샘플을 운반하기 위한 제1 라인(12)
- 상기 제1 라인(12)에 연결되고 상기 액체 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하도록 구성된 제1 검출기(17),
- 가스 샘플을 운반하기 위한 제2 라인(23), 및
- 상기 제2 라인(23)에 연결되고 상기 가스 샘플에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하도록 구성된 제2 검출기(29)
를 포함하는 분석 장치(10)에 있어서,
상기 액체 샘플을 운반하는 상기 제1 라인(12)으로부터 가스를 분리하기 위한 분리 장치(18)가 제공되고, 상기 라인은, 제거된 가스가 내부에 포함된 핵분열 생성물의 방사능을 측정하기 위해 가스 샘플로서 상기 제1 검출기(17)에 공급될 수 있는 방식으로, 상기 제2 라인(23)으로 통하는 상기 제거된 가스를 위한 출구 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항에 있어서, 물 샘플을 위한 샘플링 지점을 형성하는 폐쇄 가능한 출구(15)가 상기 제1 라인(12)으로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분리 장치(18)는 상기 제1 검출기(17)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 검출기(17)는 감마선을 측정하도록 구성되고, 특히 감마 분광계(spectrometer)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 검출기(29)는 베타선을 측정하도록 구성되고, 특히 섬광 카운터(scintillation counter)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 검출기(17, 29)에는 주변 방사선을 차폐하기 위한 방사선 흡수 방사선 차폐부(16, 32)가 제공되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 라인(23)에서 운반되는 상기 가스 샘플에 포함된 수분은, 건조 장치(28) 또는 막 접촉기에 의해 및/또는 건조 수단에 의해, 특히 실리카 겔(silica gel)에 의해 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 충전 재료, 특히 큰 외부 표면을 갖는 충전 재료가, 상 경계면(phase boundary interface)을 증가시키기 위해 상기 분리 장치(18) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
적어도 하나의 결함이 있는 연료봉으로부터 핵분열 생성물을 방출시키고 상기 적어도 하나의 연료봉의 환경으로부터 핵분열 생성물을 포함하는 액체 및/또는 가스 샘플을 제거하도록 구성된 장치(100)를 포함하는 분석 시스템에 있어서,
핵분열 생성물을 포함하는 상기 액체 및/또는 가스 샘플을 공급하기 위해 상기 장치(100)는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 분석 장치(10)에 유동 관계로 연결되는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제9항에 있어서, 상기 장치(100)는, 상기 적어도 하나의 연료봉 또는 적어도 하나의 연료봉을 포함하는 연료 조립체(200)가 도입될 수 있는 내부 덕트 형상의 중간 공간(106)을 갖는, 하강 가능한 구조체, 특히 연료 조립체 저장 용기(storage basin), 운송 컨테이너 용기 또는 원자로 용기에서 하강 가능한 구조체를 형성하고, 상기 중간 공간(106)의 상단부는, 상기 중간 공간(106)의 위에 그리고 후드 요소(111)의 아래에 가스를 취입함으로써 가스 쿠션이 형성될 수 있는 방식으로, 상기 후드 요소(111)에 의해 커버될 수 있는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 덕트 형상의 중간 공간(106)은, 하강 가능한 작업 지지대(102) 상에 중첩되어 적층되고 서로 고정될 수 있는 복수의 구조 요소(103, 104, 105)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후드 요소(111) 및/또는 상기 구조 요소(103, 104, 105)는 이중벽으로 구성되고, 상기 후드 요소(111) 및/또는 상기 각각의 구조 요소(103, 104, 105)의 외벽과 내벽 사이에는 절연 재료가 단열을 위해 도입되는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후드 요소(111)는 상기 장치(100)의 수직 축에 대해 구동 유닛(112)에 의해 원격으로 제어 가능하게 조정될 수 있고, 특히 상기 수직 축에 평행하게 높이 조정 가능하고 및/또는 상기 수직 축을 중심으로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후드 요소(111)에 대향하는 상기 덕트 형상의 중간 공간(106)의 하단부에 가열 장치(101)가 배치되는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 내부에 포함된 용기 물 및/또는 내부에 포함된 가스 쿠션(G)의 온도를 측정하기 위해, 상기 덕트 형상의 중간 공간(106) 내에 온도 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.