KR20200141520A - 최대 20 중량%의 농축도를 위한 개선된 uf6 운반 및 프로세스 컨테이너(30w) - Google Patents
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Abstract
본 발명은 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6를 최대 1,500 kg U의 양으로 보관하기 위한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너에 관한 것이다. 컨테이너는, 쉘의 외부 및 내부 표면/기재 사이에 위치 설정되는 일체형 열 교환기를 갖는 쉘을 포함한다. 일체형 열 교환기는 열 전달 유체를 통과시키기 위한 금속 통로 공극으로 구성된다. 쉘은 내부 챔버를 형성하고, 격벽 구성이 내부 챔버 내에 위치 설정되고 컨테이너의 길이를 따라 길이방향으로 연장되어, UF6를 보관하기 위해 내부 챔버 내에 복수의 개별 격실을 형성한다. 컨테이너는 적층 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2018년 5월 7일자로 출원되었고 발명의 명칭이 "IMPROVED UF6 TRANSPORT AND PROCESS CONTAINER (30W) FOR ENRICHMENTS UP TO 20% BY WEIGHT"인 미국 가특허 출원 제62/667,690호에 대한 35 U.S.C.§119(e) 하의 우선권을 주장하고, 이 출원은 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 최대 20 중량% 235U의 농축도를 위한 개선된 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너(30W), 및 적층 제조 방법과 같은 컨테이너 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 핵연료 산업을 위한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너(30B)는 1,500 kg의 U를 수용하고 농축도는 5 중량% 235U로 제한된다. 이러한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너는 최대 20 중량% 235U의 농축도에는 적합하지 않다. 본 명세서의 표 1은 현재 허가된 UF6 컨테이너의 특성을 나타낸다. 현재 20 중량% 235U를 운반하도록 허가된 가장 큰 컨테이너는 5A/B 실린더이며, 이 실린더는 최대 100 중량% 235U의 농축도를 갖는 UF6를 운반할 수 있다. 그러나, 5A/B 실린더는 오직 24.95 kg UF6 또는 약 16.9kg U만을 수용할 수 있다. 이 매우 작은 양은, 높은 실린더 교환률, 한 무리의 매우 작은 실린더에 대한 대규모 자본 투자, 및 오버팩(overpack), 오토클레이브(autoclave), 및 UF6 전달 스테이션의 측면에서 물류 지원의 전반적인 부족으로 인해 상업적 연속 처리에 사용하기에 적합하지 않다. 표 1의 나머지 실린더 모두는 20 중량% 농축도를 수용하기 위해 재허가를 필요로 한다. 추가로, 30B보다 작은 실린더는 한 무리의 작은 컨테이너를 설치하는 데에 상당한 비용을 필요로 하는 높은 니켈 합금으로 제조된다.
따라서, 최대 20 중량% 235U의 농축도를 수용하는 신규한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너를 설계하고 개발하는 것에 대한 요구가 본 기술 분야에 존재한다. 이들 신규 컨테이너는 외부 인터페이스 치수, 오버팩, 리깅(rigging) 및 리프팅, 및 기존의 실린더 테스트와 설계 데이터와 같은 현재 기존의 UF6 운반 기반 시설의 적용 가능성을 최대화하기 위해 현재 산업의 30B 실린더 인벨로프 내에 둘러싸여 있는 것이 바람직하다. 또한, 중량, 정적 강도, 동적 강도, 내화성, 및 내낙하성(drop resistance) 측면에서 신규 컨테이너의 설계는, 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6을 30B 실린더(5 중량% 이하 235U로 제한됨)의 현재 허가된 1,500kg U에 근접하거나 동일한 양으로 보관할 수 있으면서 광범위한 테스트의 필요성을 최소화하거나 제거하도록 가능한 한 현재의 30B 실린더에 가까운 것이 바람직하다. 더욱이, 십여년간 30B 실린더 경험에서 학습한 작동 교훈이 신규한 설계에 통합되어 잠재적 및/또는 예상되는 작동 및 안전 관련 문제를 해결한다. 30W 실린더 설계의 일부 개선 사항에는 밸브 및 드레인 플러그 나사식 연결을 오목화하여 굽힘 또는 파괴 손상 가능성을 최소화하는 것 및 제품을 추출하고 제품을 수집하는 데에 각각 필요한 외부 가열 및 냉각의 필요성을 제거하고 그 효율성을 개선시키기 위해 일체형 열 교환기를 포함하는 것이 포함한다.
본 발명은 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6를 최대 1,500 kg U의 양으로 보관하는 신규한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너를 제공한다.
일 양태에서, 본 발명은 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 페라이트 합금, 및 이들의 조합 또는 합금으로부터 선택된 금속 재료로 형성된 실린더를 포함하는 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너를 제공한다. 실린더 재료의 내부 층은, B4C로 도핑되고 임의로 중성자 독(neutron poison)으로 작용하는 10B 동위 원소 또는 기타 적합하고 양립 가능한 재료가 농후하고, 이에 의해 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6의 운반을 위한 컨테이너를 제공할 수 있다. B4C와 같은 중성자 흡수체 재료로 도핑된 재료는 UF6 또는 외부 환경에 대한 흡수체 재료의 부식/유실을 배제하기 위해 외부 및 내부 노출 표면 상에 도핑되지 않은 합금 클래드를 갖는다.
바람직한 실시예 중 하나에서, 실린더는 외부 벽 및 내부 벽을 갖는 쉘을 포함한다. 금속 재료는 외부 벽으로부터 내부 벽까지 연속적으로 연장되고, 그 안의 일부는 흡수체 층(예를 들어, 금속/B4C 매트릭스) 및 일체형 열 교환기(예를 들어, 열 전달 유체를 통과시키는 데에 사용되는 통로 공극을 갖는 금속)를 포함한다. 쉘은 내부 챔버를 형성하며, 내부 챔버 내에는 내부 구조에 흡수체가 존재함으로써 격실의 중성자 크기를 최소화하는 역할을 하는 UF6를 수용/보관하기 위해 복수의 격실을 형성하도록 구조화된 "허브 및 스포크" 구성이 위치 설정된다. 허브 및 스포크의 벽은 실린더의 길이를 따라 길이방향으로 연장된다. 이들 벽은 연속적으로 관통 연장되는 금속 재료로 구성되고, 일부는 흡수체 층(예를 들어, 금속/B4C 매트릭스)을 포함한다. 스포크의 벽은 UF6 가스 압력과 챔버들 사이의 액체 레벨을 균등화시키고 중량을 감소시키기 위해 그 안에 형성된 천공부, 예를 들어 개구를 가질 것이다. 30W 실린더의 내부 구조에 대한 다른 실시예는, 30W 실린더의 중성자 및 임계 측면을 흡수체가 개재된 네스팅된 안전 기하형상 챔버와 유사하게 만들어 하나의 챔버에서 다른 챔버로의 임의의 중성자 증배 또는 반사를 최소화하기 위해, 중간 흡수체 구조가 개재되는 일 없이 전체 실린더 내에 잔류될 수 있는 농축된 UF6의 질량을 감소시키는 영향을 모두 주는 네스팅된 실린더 또는 다각형을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 추가 이해는 첨부 도면과 함께 읽을 때 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 30W 실린더 컨테이너의 개략적인 평면도이고;
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 실린더 벽(1)의 개략적인 상세도이며;
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 허브 벽(9)의 개략적인 상세도이고;
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 스포크(11) 중 하나의 개략적인 상세도이며;
도 5는 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1에 도시된 30W 실린더 컨테이너의 개략적인 입면도이고;
도 6은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 1 및 도 5에 도시된 30W 실린더 컨테이너의 개략적인 상세도이고;
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 2에 도시된 일체형 열 교환기(17)의 펼쳐진 도면의 개략적인 상세도이며; 및
도 8은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 도 2 및 도 7에 도시된 일체형 열 교환기(17)의 측단면도의 개략적인 상세도이다.
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본 발명은 최대 20 중량% 235U의 농축도를 위한 개선된 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너(30W), 및 적층 제조 방법과 같은 컨테이너 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 현재 산업의 30B 실린더 인벨로프 내에 끼워지도록 구속되는, 최대 20 중량% 235U의 농축도를 위해 개선된 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너(30W)를, 감속재 배제를 신뢰할 필요성 없이, 제공하도록 신규한 설계 및 재료를 사용하여, 외부 인터페이스 치수, 리깅 및 리프팅, 오버팩 및 기존의 실린더 기계적 및 낙하 테스트와 설계 데이터와 같은 현재 기존의 UF6 운반 기반 시설의 적용 가능성을 최대화시킨다. 중량, 정적 강도, 동적 강도, 내화성, 및 내낙하성 측면에서 30W 실린더의 설계는, 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6을 5 중량% 이하 235U로 제한된 30B 실린더의 현재 허가된 1,500kg U에 근접하거나 동일한 양으로 보관할 수 있으면서 광범위한 테스트의 필요성을 최소화하거나 제거하도록 가능한 한 현재 기술의 30B 실린더에 가깝게 특별히 제조된다.
새로운 컨테이너(30W)의 구성 재료는 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 페라이트 합금, 및 이들의 조합 또는 합금을 비롯하여 다양한 공지된 재료로부터 선택될 수 있다. 특정 실시예에서, 바람직한 구성 재료는 알루미늄 합금 또는 스테인리스강 합금이다. 이들 재료는 본 기술 분야에 공지된 현재의 탄소강 구성 재료에 비해 더 높은 내식성을 갖는다. 더욱이, 이들 양 재료는, 컨테이너 내에서 안전하게 운반되도록 허용되는 UF6의 질량을 실질적으로 증가시키면서, 임의로 중성자 독으로 작용하는 10B 동위 원소가 농후함으로써 최대 20 중량% 235U까지의 농축도 증가가 가능한 B4C 도핑에 대한 경험이 입증되었다. 10B 동위 원소는 천연(19.8 원자%)으로부터 완전 농축된(100%) 10B까지의 10B 동위 원소의 농축도 범위로 B4C에 포함될 수 있다. B4C 도핑된 재료는 임의로 기본 합금 재료와 양립할 수 있는 10B 동위 원소 또는 다른 그러한 중성자 흡수체 재료가 농후할 수 있다.
본 발명에 따른 컨테이너(30W)는, 1) 임계 안전성에 필요한 내식성, 이그조틱 중성자 흡수체 매트릭스 재료, 2) 모든 심 용접부를 제거하여 용접부와 관련된 주기적인 검사 요건을 배제하는 목적, 3) 실린더 내에서 UF6 제품을 승화(sublime) 및 고체화(de-sublime)하도록 각 실린더에 일체형 열 교환기를 포함하는 목적, 4) 오목한 밸브 및 드레인 플러그 연결부를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 현재 기술의 30B 실린더에서 학습한 작동 교훈을 해결하도록 설계 변경을 포함하는 목적에 대한 필요성으로 인해 적층 제조를 사용하여 제조될 것으로 예상된다. 적층 제조는 또한 그러한 설계 목적을 달성하는 데에 필요한 복잡한 형상과 형태를 가능하게 한다.
컨테이너는 외부 벽과 내부 챔버를 형성하는 원통형 쉘을 포함한다. 쉘은, 금속 또는 금속 합금으로 각각 구성되는 내부 및 외부 쉘 표면/기재, 일체형 열 교환기 및 중성자 흡수 재료가 도핑된 하나 이상의 금속 합금 층으로 이루어진 다층 합성물/복합물로 제조되는데, 중성자 흡수 재료는 일체형 열 교환기의 양쪽에 개재되어, 중성자의 외부 반사의 영향 뿐만 아니라 함께 선적 또는 보관되는 다수의 실린더 및 이들 실린더 사이의 중성자 운반의 영향을 최소화하는 데에 효과적이다. 30W 컨테이너 설계는 또한 실린더 내의 챔버의 중성자 크기를 30W 실린더 내에 유지될 최대 농축도를 위한 기하학적 안전 크기로 감소시키는 효과가 있도록 실린더 내부에 고정된 흡수체 재료를 제공하는 내부 특징부를 포함한다. 모든 실시예에서, 30W 실린더는 현재 기술의 30B 실린더와 관련된 기존 산업의 기반 시설과의 양립성을 유지하기 위해 28 인치의 공칭 외경을 갖는다. 내부 챔버는 전술한 바와 같이 다층 쉘 합성물/복합물에 의해 필요한 현재 기술의 30B 실린더보다 작은 내경을 가질 것이다. 실린더 내부 챔버의 바람직한 실시예는 "허브 및 스포크" 구성(예를 들어, 왜건 휠 구조)을 포함한다. 이러한 내부 특징부는, 최대 20 중량% 235U를 안전하게 운반하는 데에 필요한 추가 고정 흡수체를 제공하고, 또한 실린더 벽 및 폐쇄 돔에 추가적인 정적 및 동적 강도를 제공하며, 실린더 안팎으로 열을 전도시켜 수용된 UF6를 각각 승화 및 고체화시키는 열 핀의 역할을 한다.
이와 달리, 종래 기술에서 공지된 현재의 30B 실린더는 실린더 내의 중공 챔버로 구성되고 개선된 30W 컨테이너의 허브 및 스포크 구성이 없다. 허브 및 스포크 구성은 30B 실린더에 비해 30W 실린더에 개선된 기계적 강도와 안정성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 30W 실린더 컨테이너의 평면도를 도시한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 실린더는 외부 쉘(3) 및 내부 쉘(5)을 갖는 실린더 벽(1)을 포함한다. 외부 쉘(3)은 실린더의 외부 표면을 형성한다. 내부 쉘(5)은 내부 챔버(7)를 형성하도록 구조화된다. 내부 챔버(7) 내에는 원통형 허브 벽(9) 및 복수의 스포크(11)가 위치 설정된다. 허브 벽(9)은 외부 쉘(23) 및 내부 쉘(25)을 포함하고, 각각의 스포크(11)는 외부 표면(31) 및 내부 표면(33)을 포함한다. 각각의 스포크(11)는 허브 벽(9)의 외부 쉘(23)로부터 실린더 벽(1)의 내부 쉘(5)까지 반경방향으로 연장된다. 허브 벽(9) 및 스포크(11)는 실린더의 길이방향 길이를 따라 연장되고(도 6에 도시된 바와 같이), 내부 챔버(7) 내에 개별 격실(13)을 형성하도록 구조화된다. 허브 벽(9)은 내부에, 예를 들어 실린더의 중심에 공동 또는 공간(10)을 형성한다. 다수의 격실(13)(예를 들어, 도시되지 않은 UF6을 수용)은 서로 수압적으로 격리되지 않는다. 예를 들어, 허브 벽(9) 및/또는 스포크(11)는 격실(13) 중 하나가 내부 챔버(7)의 인접한 격실(13)과 연통할 수 있도록 천공부(41)(도 6에 도시됨)를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, UF6 가스는 스포크(11)의 외부 및 내부 표면(31, 33)에 각각 형성된 천공부(41)를 통해 격실(13) 중 하나로부터 다른 격실로 연통할 수 있다.
도 2는 도 1의 실린더 벽(1)의 상세한 평면도이다. 실린더 벽(1)은 통상적으로 금속으로 구성된다. 전술한 바와 같이, 금속은 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 및 페라이트 합금으로부터 선택될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 벽(1)은 각각 금속으로 구성된 외부 쉘(3) 및 내부 쉘(5)을 포함한다. 금속 외부 쉘(3)은 실린더 벽(1)의 외부 표면을 형성한다. 금속 내부 쉘(5)은 실린더 벽(1)의 내부 표면을 형성한다. 금속, 예를 들어 알루미늄 합금은 외부 쉘(3)로부터 내부 쉘(5)로 연속적으로 연장되고, 일부에는 흡수체 층(15)(예를 들어, Al 합금/B4C 매트릭스) 및 통로 공극(35)(도 7에 도시됨)을 갖는 알루미늄 합금과 같은 일체형 열 교환기(17)가 내부에 통합되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열 교환기(17)는 흡수체 층(15) 사이에 개재될 수 있다. 열 교환기(17)의 통로 공극(35)은 다양한 형상일 수 있다. 특정 실시예에서, 나선형 열 교환기는 정사각형 형상의 공극을 갖는다. 특정한 이론에 얽매이지 않고, 정사각형 형상은 금속 실린더 벽(1)을 생산하기 위해 채용될 수 있는 적층 제조 프로세스, 예를 들어 3차원 인쇄 동안 쉽게 형성되는 것으로 여겨진다. 통로 공극(35)은 증기, 냉각/가열된 물, 프레온, 및 실린더 구성 재료와도 양립 가능한 적당한 압력에서 가열 및 냉각 모두가 가능한 기타 유사한 유체와 같이 30W 실린더 내외로의 열 전달에 사용되는 유체를 운반한다.
외부 쉘(3)은 일체형 열 교환기(17)를 위한 보호 층의 역할을 한다. 내부 쉘(5)은 실린더의 내부 챔버(7)의 격실(13)에 보관될 수 있는 UF6에 대한 압력 경계의 역할을 한다.
도 3은 도 1의 허브 벽(9)의 상세한 평면도이다. 허브 벽(9)은 통상적으로 금속으로 구성된다. 전술한 바와 같이, 금속은 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 및 페라이트 합금으로부터 선택될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 허브 벽(9)은 각각 외부 및 내부 쉘(23, 25) 사이에 위치 설정된 금속 층(19) 및 흡수체 층(21)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 금속, 예를 들어 Al 합금은 허브 벽(9)의 외부 쉘(23), 예를 들어 일 단부로부터 허브 벽(9)의 내부 쉘(25), 예를 들어 대향 단부까지 연속적으로 연장되고, 이 금속의 일부에는 흡수체 층(21)(예를 들어, Al 합금/B4C 매트릭스)이 내부에 개재되어 있다.
도 4는 도 1의 스포크(11) 중 하나의 상세한 평면도이다. 각각의 스포크(11)는 통상적으로 금속으로 구성된다. 전술한 바와 같이, 금속은 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금 및 페라이트 합금으로부터 선택될 수 있다. 스포크(11)는 외부 표면(33)과 내부 표면(31) 사이에 위치 설정되는 금속 스트러트/핀(27) 및 흡수체 층(29)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 금속, 예를 들어 알루미늄 합금은 스트러트/핀(27)의 외부 표면(31), 예를 들어 일 단부로부터 스트러트/핀(27)의 내부 표면(33), 예를 들어 대향 단부까지 연속적으로 연장되고, 이 금속의 일부에는 흡수체 층(29)(예를 들어, Al 합금/B4C 매트릭스)이 내부에 개재되어 있다.
도 5는 도 1의 실린더의 입면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 허브 벽(9) 및 그 안에 형성된 공간(10)은 실린더의 내부 챔버(7)의 중앙에 위치 설정되고 내부 챔버(7)의 나머지는, 예를 들어 실린더 벽(1)(예를 들어, 격실(13)을 포함)의 외부 쉘(23) 및 내부 쉘(5) 사이에서 허브 벽(9) 둘레, 예를 들어 주변에 형성되고, 실린더의 길이를 따라 길이방향으로 연장된다. 또한, 실린더 벽(1)은 실린더의 맨 좌측 및 맨 우측에 예시되어 있으며, 충전 밸브(43)는 내부 챔버(7)를 충전할 수 있도록 실린더의 상단에 위치 설정된다.
도 6은 도 1의 실린더의 상세한 입면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 허브 벽(9)에 의해 형성된 공간(10)은 실린더의 중심에 위치 설정되고 스포크(11)는 허브 벽(9)으로부터 반경방향으로 연장되도록 위치 설정되어, 실린더의 길이를 따라 길이방향으로 연장된다. 도 5에서, 각각의 스포크(11)는 그 안에 형성된 천공부(41)를 갖는 재료로 구성된다. 또한, 실린더 벽(1)은 실린더의 맨 좌측 및 맨 우측에 예시되어 있다.
도 7은 도 2에 도시된 일체형 열 교환기(17)의 상세한 펼쳐진 도면으로서, 도면의 좌측은 동일한 높이에서 우측과 연결된다. 일체형 열 교환기는 입구(37), 출구(39) 및 입구(37)와 출구(39) 사이에서 연장되는 통로 공극(35)을 포함한다. 열 전달을 위한 유체는 입구(37)를 통해 일체형 열 교환기(17)로 들어가, 통로 공극(35)을 통해 유동하고, 출구(39)를 통해 일체형 열 교환기(17)를 빠져나간다. 도 8은 도 2에 도시된 일체형 열 교환기(17)의 상세한 측단면도로서, 관통하는 통로 공극(35)을 포함한다.
특정 실시예에서, 30W 실린더는 현재 산업 표준인 30B 실린더와 인터페이스가 동일한 외부 패키지이다. 이러한 설계 제약은 오버팩, 자재 취급 및 보관 랙의 현재 기반 시설의 가치를 최대화한다. 30W 실린더의 이 실시예는 또한 일체형 열 교환기를 포함하는데, 일체형 열 교환기는, 농축 제품 충전 스테이션에서 고온 액체 UF6을 충전할 때 또는 농축 캐스케이드 또는 프로세스로부터 기상 재료의 배기를 필요로 하는 UF6 처리의 다양한 지점에서 사용될 수 있는 기체 UF6를 고체화하는 냉각 트랩으로서, 실린더를 가열하여 승화의 유도에 의해 제품을 추출하는 별도의 오토클레이브 또는 실린더를 냉각하기 위한 냉장 장비 및 컨테이너의 필요성을 대체하도록 의도된다. 일체형 열 교환기는 열 교환기 벽 및 외부 실린더 벽 구조에 의해 UF6 제품으로부터 완전히 격리된다. 일체형 열 교환기는 침수된 증기 오토클레이브의 잠재적인 임계 이벤트를 배제할 뿐만 아니라 실린더를 가열하여 승화의 유도에 의해 제품을 추출하는 프로세스 또는 운반을 위해 제품을 고형화하는 냉장 장비 및 컨테이너의 프로세스를 가속화하기 위해 포함된다. 30W 실린더는 또한 강도와 강성을 증가시키기 위한 구조적 부재, 고정된 흡수체 및 UF6과 외부 열 교환기 내외로 열을 전도시키는 열 핀의 조합체의 역할을 하는 내부 구조를 포함한다. 이들 내부 구조는 고정된 흡수체를 통합하고, 가장 제한적인 사고 조건 하에 필요한 안전 여유를 포함하여, 요구 keff 이하로 패키지 및 그 내용물을 유지하는 데에 필요한 흡수체를 제공하는 방식으로 배치된다.
30W 실린더에 대한 기계적 인터페이스를 현재 기술의 30B 실린더의 인터페이스로 제한하면, 기존 30B 테스트 데이터의 사용을 위해 취할 수 있는 신뢰를 최대화함으로써, 30W 실린더를 설치하는 데에 드는 비용과 시간을 최소화할 수 있다. 설계의 일부로서 중성자 독을 포함하는 복합물 재료의 사용은 현재 허가된 1,500 kg U에 근접하는 20 중량% 235U 재료를 수용하는 능력을 가능하게 하는 데에 필요하다. 현재의 30B 실린더에 근접하는 UF6의 양을 수용하는 능력은 전환 해제 시설로의 일정한 재료 프로세스 유동을 유지하는 데에 매우 바람직한 것으로 고려된다. 또한, 일체형 열 교환기의 포함은 UF6 재료를 승화하고 고체화하기 위해 별도의 오토클레이브에 대한 필요성을 제거하고 증기 오토클레이브의 사용 및 임계 안전성에 대한 그 잠재적으로 부정적인 영향을 배제하는 능력을 가능하게 하는 새로운 특징이다.
전술한 바와 같이, 현재의 30B 실린더는 구성 재료로 강철(ASTM-A516)을 사용한다. 30W 실린더의 바람직한 실시예는 중량을 최소화하고 UF6로서 20 중량% 235U의 보관을 가능하게 하는 데에 필요한 내부 흡수체 구조를 포함할 수 있도록 일체형 고정 흡수체와 함께 알루미늄 합금 재료로 제조된다. 더 가벼운 알루미늄 합금 구성 재료의 사용은 현재의 30B 실린더의 강도 및 강성을 모의한다. 알루미늄 합금은 UF6과 양립 가능한 것으로 입증되었으며, 추가 부식을 배제하는 불화 알루미늄(AlF3)의 단단히 접착된 층을 형성함으로써, 알루미늄이 UF6 시스템에 통상적으로 존재하는 불소, HF 및 UF6로 부동태화되는 농축 캐스케이드의 구성 재료로 광범위하게 사용된다. 알루미늄 합금은 또한 우수한 내부 및 외부 표면 내식성과 결합된 상당히 더 높은 열 전도도 측면에서 강철에 비해 상당한 이점이 있다.
30W 설계 요구 사항의 복잡성은 굽힘, 용접 및 기계가공의 한계로 인해 종래의 흡수체 함유 재료를 사용하여 쉽게 제조 가능하지 않다. 그 결과, 형상의 내부에 알루미늄-B4C 복합물을 사용하여 알루미늄 합금 표면에 바람직한 실시예의 복잡한 형상을 인쇄하도록 적층 제조가 제안된다. 적층 제조를 사용하면 실린더 수명 동안 종래의 용접 및 관련 감시에 대한 필요성이 제거된다. 적층 제조는 또한 내부 구조의 두께 변화와 같은 특징이 열 핀 및 내부 구조의 천공부와 같은 특징부로서의 성능, 및 실린더의 특정 부분에 통합된 흡수체의 양의 변화를 최적화할 수 있게 한다. 예를 들어, 충전 밸브, 일체형 열 교환기 및 스커트 영역의 폐쇄 돔 영역이 알루미늄 합금으로 될 것으로 예상된다.
설명의 용이함을 위해, 전술한 개시 및 대응하는 도면은 실린더 형상의 컨테이너를 설명하고 예시한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 컨테이너는 특별한 또는 특정한 형상에 제한되지 않는다. 더욱이, 30W 컨테이너의 내부 구조는 설명되고 예시된 전술한 허브 및 스포크 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 내부 구조는 네스팅된 실린더 또는 다각형을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이들 구성은, 30W 실린더의 중성자 및 임계 측면을 흡수체가 개재된 네스팅된 안전 기하형상 챔버와 유사하게 만들어 하나의 챔버에서 다른 챔버로의 임의의 중성자 증배 또는 반사를 최소화하기 위해, 중간 흡수체 구조가 개재되는 일 없이 전체 실린더 내에 잔류될 수 있는 농축된 UF6의 질량을 감소시키는 영향을 미친다.
본 발명은 다음의 신규한 개념 중 하나 이상을 포함한다:
(i) UF6로서 최대 20 중량% 235U 농축도의 보관을 가능하게 하도록 기본 보관 실린더의 흡수체 함유 구성 재료의 사용;
(ii) UF6로서 최대 20 중량% 235U 농축도의 보관을 가능하게 하도록 실린더 내에 흡수체 함유 구성 재료의 사용;
(iii) 잠재적으로 물에 잠기는 증기 오토클레이브의 필요성 및 그 임계 복잡성을 해결하도록 일체형 열 교환기의 사용;
(iv) UF6 승화/고체화 속도의 개선된 제어를 제공하기 위해 일체형 열 교환기와 협력하여 작용하는 열 핀의 역할을 하도록 실린더 내에 복잡한 형상의 사용;
(v) 제품 UF6 재료를 보다 효과적으로 가열하고 승화시키기 위해 일체형 열 교환기로부터 핀으로 작용하는 내부 구조적 특징부를 통해 효율적인 열 전달을 제공함으로써 UF6을 승화시켜 실린더가 비워질 때 남아있는 UF6 힐의 양을 최소화하도록 일체형 열 교환기와 일체형 핀의 조합; 및
(vi) 제품 UF6 재료를 보다 효과적으로 냉각하고 고체화시키기 위해 일체형 열 교환기로부터 핀으로 작용하는 내부 구조적 특징부를 통해 효율적인 열 전달을 제공함으로써 충전 후에 액체 UF6을 고체화시키는 데에 필요한 시간의 양을 최소화하도록 일체형 열 교환기와 일체형 핀의 조합.
본 발명이 다양한 특정 실시예의 관점에서 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명이 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에서 수정되어 실시될 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (16)
- 최대 20 중량% 235U까지 농축된 UF6을 최대 1,500 kg U의 양으로 보관하기 위한 UF6 운반 및 프로세스 컨테이너이며,
쉘로서, 쉘은,
외부 표면/기재;
내부 표면/기재;
외부 및 내부 표면/기재 사이에 위치 설정되는 일체형 열 교환기를 포함하고, 일체형 열 교환기는,
금속; 및
열 전달 유체를 통과시키기 위한 통로 공극을 포함하는, 쉘;
쉘에 의해 형성된 내부 챔버; 및
상기 내부 챔버 내에 위치 설정되고 컨테이너의 길이를 따라 길이방향으로 연장되어, UF6를 보관하기 위해 내부 챔버 내에 복수의 개별 격실을 형성하는 격벽 구성
을 포함하는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너. - 제1항에 있어서, 상기 컨테이너는 실린더의 형상인, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제1항에 있어서, 상기 외부 및 내부 표면/기재는 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 페라이트 합금, 및 이들의 조합 또는 합금으로부터 선택된 금속으로 형성되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제3항에 있어서, 상기 금속은 외부 표면/기재로부터 내부 표면/기재로 연속적으로 연장되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제4항에 있어서, 쉘의 일부는, 외부 및 내부 표면/기재 사이에 형성되고 임의로 일체형 열 교환기의 각각의 측면에 위치 설정되는 흡수체 층을 포함하는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제5항에 있어서, 상기 흡수체 층은, B4C로 도핑되고 임의로 금속과 양립 가능한 10B 동위 원소 또는 기타 그러한 중성자 흡수체 재료가 농후한 금속을 포함하는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제1항에 있어서, 상기 외부 및 내부 표면/기재는 도핑되지 않는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제1항에 있어서, 상기 격벽 구성은 허브 및 스포크 구성, 및/또는 쉘의 형상에 대응하는 네스팅된 기하학적 형상으로부터 선택되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제8항에 있어서, 상기 허브 및 스포크는 금속 및 금속 합금으로부터 선택된 재료로 구성되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제9항에 있어서, 상기 금속은 스테인리스강, 탄소강, 니켈 합금, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 페라이트 합금, 및 이들의 조합 또는 합금으로부터 선택되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제10항에 있어서, 상기 금속은 각각의 허브 및 스포크의 외부 벽으로부터 내부 벽까지 연속적으로 연장되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제11항에 있어서, 흡수체 층은 외부 벽과 내부 벽 사이에 형성되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제12항에 있어서, 상기 흡수체 층은, B4C로 도핑되고 임의로 금속과 양립 가능한 10B 동위 원소 또는 기타 그러한 중성자 흡수체 재료가 농후한 금속을 포함하는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제11항에 있어서, 외부 벽으로부터 내부 벽으로 연장되는 스포크에 공극 또는 통로가 형성되는, UF6 운반 및 프로세스 컨테이너.
- 제1항의 컨테이너를 제조하는 방법이며, 쉘 및/또는 격벽 구성은 적층 제조 프로세스를 사용하여 형성되는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 적층 제조 프로세스는 3차원 인쇄를 포함하는, 방법.
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