KR20230039748A - 연료 재충전 및/또는 저장 중성자 흡수 로드 - Google Patents

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KR20230039748A
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롤스-로이스 에스엠알 리미티드
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Abstract

원자로가 제공된다. 상기 원자로는 핵분열성 물질을 탑재한 복수의 연료 로드, 각각이 제1 중성자 흡수 물질로 된 복수의 제어 로드를 포함하며, 상기 제어 로드는 연료 로드들 사이에 삽입되어 핵분열성 물질의 핵분열 반응의 속도를 감소시키고 원자로를 셧다운 상태로 두게 하지만, 원자로가 임계 상태일 때 핵분열 반응 속도를 가변시키도록 원자로 내외로 이동하도록 작동되며 유용한 전력을 생성하며, 제 1 물질과 다른 제 2 중성자 흡수 물질로 각각 이루어진 복수의 연료 재충전 및/또는 저장 로드를 포함하되, 연료 재충전 및/또는 저장 로드는 연료 로드 사이에 삽입되어 핵분열 반응의 속도를 추가로 감소시키고 셧다운 상태를 유지한다.

Description

연료 재충전 및/또는 저장 중성자 흡수 로드
본 발명은 원자로의 연료 재충전 및/또는 저장 로드에 관한 것이다.
원자력 발전소는 연료 조립체에 포함된 핵분열성 물질의 핵분열에서 나오는 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 가압수형 원자로(PWR: Pressurised water reactor) 원자력 발전소에는 일반적으로 연료 조립체를 포함하는 원자로 압력 용기(RPV: reactor pressure vessel); 하나 이상의 증기 발생기; 및 가압기를 포함하는 가엽 요소를 일반적으로 연결하는 1차 냉각제 회로를 구비한다. 1차 회로의 냉각제 펌프는 이러한 구성 요소 사이의 배관을 통해 가압된 물을 순환시킨다. RPV는 기본 회로에서 물을 가열하는 원자로 노심을 수용한다. 증기 발생기는 터빈에 동력을 공급하기 위해 증기가 생성되는 1차 회로와 2차 시스템 사이의 열 교환기 역할을 한다. 가압기는 1차 회로에서 약 155bar의 압력을 유지한다.
원자로 노심은 핵분열성 물질의 펠릿으로 형성된 연료 로드를 포함하는 연료 조립체와 함께 다수의 연료 조립체로 구성된다. 연료 조립체에는 제어 로드를 위한 공간도 포함된다. 예를 들어, 기존의 핵연료 조립체는 막대의 17 x 17 그리드, 즉 총 289개의 공간을 위한 하우징을 제공한다. 이 총 289개의 공간 중 24개는 원자로용 제어 로드용으로 확보할 수 있으며, 각 제어 로드는 메인 아암에 연결된 24개의 제어 로드로 구성될 수 있으며, 1개는 계측관용으로 확보될 수 있다. 제어 로드는 핵분열 중에 방출되는 중성자를 흡수함으로써 연료가 겪는 핵분열 과정을 제어하기 위해 노심 안팎으로 움직일 수 있다. 일반적인 원자로 노심에는 약 100~300개의 연료 조립체가 포함된다. 제어 로드를 완전히 삽입하면 일반적으로 원자로가 정지되는 아임계 상태(subcritical state)가 된다.
연료 재충전 또는 저장 작업 중에 제어 로드가 우발적으로 제거되거나 셧다운 마진을 저하시킬 가능성이 있는 기타 사고(예: 양성 반응도 추가)가 발생할 경우를 대비하여 높은 셧다운 안전 마진을 유지하는 것이 중요하다. 따라서 기존의 접근 방식은 용해성 붕산 용액을 1차 회로에 도입하여 "독성" 냉각제가 원자로 내에서 순환되도록 하는 것이었다. 이 냉각제는 중성자 포획 단면적이 매우 높은 물질을 포함하고 있으므로 중성자의 핵분열성 물질을 고갈시켜 또 다른 핵분열 이벤트를 유발한다는 점에서 오염되어 있다.
바람직하지 않게도, 붕산은 매우 독성이 강하고 부식성이 있다. 이 위험하고 환경에 유해한 작용제를 사용할 필요가 없는 방식으로 필요한 안전 마진을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하고 한다.
제1 실시예에서, 원자로의 연료 로드를 고정하는 복수의, 개별적으로 추출 가능하고 교체 가능한 연료 조립체와 셧다운 상태에 원자로를 놓이게 하도록 연료 로드 내에 격납된 핵분열성 물질의 핵분열 반응 속도를 감소시키도록 연료 로드들 사이에서 삽입 가능하며 제 1 중성자 흡수 재료로 각각 이루어지는 복수의 제어 로드를 가지며, 원자로가 임계적이고 유용한 전력을 생성할 때 핵분열 반응의 속도를 가변시키도록 원자로 내외에서 이동하도록 작동할 수 있는 원자로에 대한 연료 조립체가 제공되되,
상기 연료 조립체는:
핵분열성 물질을 탑재하고 있는 복수의 연료 로드; 및
제1 물질과 다른 제2 중성자 흡수 물질로 이루어진 적어도 하나의 연료 재충전 로드로서, 연료 재충전 및/또는 저장 로드는 연료 로드 사이에 삽입되어 핵분열 반응 속도를 추가로 감소시키고 셧다운 상태를 유지하게 되는, 적어도 하나의 연료 재충전 로드;를 포함한다.
제1 실시예의 조립체의 선택적인 특징이 설정된다. 이들은 단독으로 또는 조합하여 적용할 수 있다.
연료 재충전 로드는 작동 중이거나 임계 원자로에 존재하는 강렬한 복사 플럭스 또는 고온을 견디기 위해 작동 가능할 필요가 없다. 연료 재충전 로드는 또한 연료 조립체의 보관에 적합하며, 본 명세서에서는 연료 재충전 로드 및/또는 저장 로드로 지칭될 수 있다.
상기 복수의 연료 재충전 로드는 붕산화 금속(borated metal)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 붕산화 금속은 붕산화 강철일 수 있다.
복수의 연료 재충전 로드는 연료 조립체 내에 고정될 수 있다. 연료 조립체는 연료 조립체 내의 연료 재충전 로드를 기계적으로 체결하기 위한 잠금 메커니즘를 포함할 수 있다.
제2 실시예에서, 원자로가 제공되되, 상기 원자로는,
핵분열성 물질을 탑재하고 있는 복수의 연료 로드를 포함하되, 상기 연료 로드는 개별적으로 추출 및 교체 가능한 복수의 원자로의 연료 조립체에 유지되며, 연료 조립체 중 적어도 하나는 제1 실시예에서 전술한 연료 조립체를 포함한다. 복수의 연료 조립체가 제1 실시예의 연료 조립체를 포함할 수 있거나, 일부 예에서 모든 연료 조립체가 제1 실시예의 연료 조립체를 포함할 수 있다.
원자로에서 사용될 때 전술한 연료 조립체는 오염된(예를 들어, 붕산염화된) 냉각제의 도입 없이 연료 재충전 및/또는 저장 작업을 가능하게 할 수 있게 되는 것이 바람직하다. 또한, 제2 중성자 흡수 재료는 고온 및 높은 복사 플럭스를 포함하는 임계 원자로 내부의 열악한 환경을 견딜 필요가 없기 때문에 제1 중성자 흡수 재료보다 저렴하고 단순할 수 있다.
제3 실시예에서, 핵분열성 물질을 탑재하고 있는 복수의 연료 로드를 포함하는 원자로의 셧다운 동안 핵분열 속도를 감소시키기 위한 방법이 제공되되, 상기 방법은,
핵분열성 물질의 핵분열 반응 속도를 감소시키고 원자로를 셧다운 상태로 만들기 위해 각각 제1 중성자 흡수 물질로 각각 이루어진 복수의 제어 로드를 연료 로드 사이에 삽입하는 단계; 및
핵분열 반응의 속도를 더욱 감소시키고 셧다운 상태를 유지하기 위해 제1 물질과 상이한 제2 중성자 흡수 물질로 각각 이루어진 복수의 연료 재충전 로드를 상기 연료 로드 사이에 삽입하는 단계;를 포함한다.
따라서, 제1 측면의 핵연료 조립체는 제3 실시예의 방법에서 사용될 수 있다.
제4 실시예에서, 원자로의 연료 재충전 방법이 제공되며, 상기 방법은:
원자로를 셧다운시키기 위해 제3 실시예의의 방법를 수행하는 단계;
원자로의 원자로 용기 헤드를 제거하여 원자로 내부의 연료 로드를 노출시키는 단계;
연료 재충전 로드를 소정 위치에 기계적으로 체결하거나 고정시키는 단계;
원자로를 연료 재충전하는 단계; 및
연료 재충전 로드의 고정 해제 또는 잠금 해제 및 제거하는 단계;를 포함한다.
유리하게는, 연료 재충전은 원자로의 냉각제에 예를 들어 붕산과 같은 중성자 독성 용액을 도입하지 않고 수행될 수 있다.
연료 로드는 복수의 연료 조립체에 유지될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 연료 조립체는 각각 하나 이상의 연료 재충전 로드를 포함한다. 기계적 잠금 단계에서 하나 이상의 연료 재충전 로드는 각각의 조립체 내에서 소정의 위치에 기계적으로 고정될 수 있다. 그 다음, 기계적 잠금 단계, 고정 해제 및 제거하는 단계 사이에서, 상기 방법은, 원자로로부터 하나 이상의 연료 재충전 로드를 탑재하고 있는 연료 조립체를 추출하고 이를 저장조로 옮기는 단계; 및 추출된 연료 조립체를 저장조로부터 원자로로 되돌리는 단계를 포함한다. 연료 재충전 단계는 저장조에 있는 동안 추출된 연료 조립체를 연료 재충전하는 단계를 포함할 수 있다.
연료 로드는 원자로의 복수의 연료 조립체에 유지될 수 있으며, 연료 조립체 중 적어도 하나는 하나 이상의 연료 재충전 로드를 포함한다. 기계적 잠금 단계에서 하나 이상의 연료 재충전 로드는 각각의 조립체 내에서 소정의 위치에 기계적으로 잠금될 수 있다. 그 다음, 기계적 잠금 단계와 잠금 해제 및 제거하는 단계 사이에서, 상기 방법은, 원자로로부터 하나 이상의 연료 로드를 탑재하고 있는 연료 조립체를 추출하고 이를 저장조로 옮기는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 연료 재충전 단계는 교체 연료 조립체를 저장조에서 원자로로 이송하는 단계를 포함할 수 있으며, 교체 연료 조립체는 추출된 연료 조립체를 교체한다. 교체 연료 조립체는 하나 이상의 연료 로드를 포함할 수 있다.
본 발명은 원자로 발전소(본 명세서에서 원자로라고 함)를 포함하거나 그 일부로서 구성될 수 있다. 특히, 본 발명은 가압수형 원자로에 관한 것일 수 있다. 원자로 발전소는 250~600MW 또는 300~550MW 사이의 전력 출력을 가질 수 있다.
원자로 발전소는 모듈식 원자로일 수 있다. 상기 모듈식 원자로는 현장(예: 공장)에서 제조된 다음 모듈을 서로 연결하여 현장에서 원자로 발전소로 조립되는 여러 모듈로 구성된 원자로로 고려될 수 있다. 1차, 2차 및/또는 3차 회로 중 임의의 회로는 모듈식 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 원자로는 원자로 압력 용기를 포함하는 1차 회로; 하나 이상의 증기 발생기 및 하나 이상의 가압기를 포함한다. 상기 1차 회로는 원자로 압력 용기를 통해 매체(예: 물)를 순환시켜 노심에서의 핵분열에 의해 생성된 열을 추출한 다음 열을 증기 발생기로 전달하고 2차 회로로 전달한다. 상기 1차 회로는 1~6개의 증기 발생기 또는 2~4개의 증기 발생기 또는 3개의 증기 발생기 또는 전술한 임의의 수치의 범위의 증기 발생기를 포함할 수 있다. 상기 1차 회로는 하나, 둘; 또는 2개 이상의 가압기를 포함한다. 상기 1차 회로는 원자로 압력 용기로부터 각각의 증기 발생기로 연장되는 회로를 포함할 수 있고, 상기 회로는 원자로 압력 용기로부터 증기 발생기로 고온 매체를 운반할 수 있고, 증기 발생기로부터 다시 원자로 압력 용기로 저온 매체를 운반할 수 있다 . 상기 매체는 하나 이상의 펌프에 의해 순환될 수 있다. 일부 실시예에서, 1차 회로는 1차 회로에서 증기 발생기당 1개 또는 2개의 펌프를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 1차 회로에서 순환되는 매체는 물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 매체는 매체에 첨가된 중성자 흡수 물질(예를 들어, 붕소, 가돌리늄)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 1차 회로의 압력은 최대 전력 작동 동안 적어도 50, 80 100 또는 150 bar일 수 있고 최대 전력 작동 동안 압력이 80, 100, 150 또는 180 bar에 도달할 수 있다. 일부 실시예에서, 물이 1차 회로의 매체인 경우, 원자로 압력 용기를 떠나는 물의 가열된 물 온도는 최대 전력 작동 동안 540 내지 670K, 또는 560 내지 650K, 또는 580 내지 630K일 수 있다. 일부 실시예에서, 물이 1차 회로의 매체인 경우, 원자로 압력 용기로 복귀하는 물의 냉각제 온도는 510 내지 600k, 또는 전출력 작동 동안 530 내지 580K일 수 있다.
본 발명의 원자로는 터빈을 구동하기 위해 물을 증기로 변환하기 위해 증기 발생기의 1차 회로로부터 열을 추출하는 물의 순환 루프를 포함하는 2차 회로를 포함할 수 있다. 실시예에서, 2차 루프는 하나 또는 두 개의 고압 터빈과 하나 또는 두 개의 저압 터빈을 포함할 수 있다.
2차 회로는 증기 발생기로 반환될 때 증기를 물로 응축시키는 열교환기를 포함할 수 있다. 열교환기는 히트 싱크 역할을 하는 대용량의 물을 포함할 수 있는 3차 루프에 연결될 수 있다.
원자료 용기는 강철 압력 용기를 포함할 수 있고, 압력 용기는 높이 5 내지 15m, 또는 9.5 내지 11.5m일 수 있고 직경은 2 내지 7m, 또는 3 내지 6m, 또는 4m 내지 5m일 수 있다. 상기 압력 용기는 원자로 본체 및 원자로 본체 위에 수직으로 위치된 원자로 헤드를 포함할 수 있다. 상기 원자로 헤드는 원자로 헤드 상의 플랜지 및 원자로 본체 상의 상응하는 플랜지를 통과하는 일련의 스터드에 의해 원자로 본체에 연결될 수 있다.
상기 원자로 헤드는 원자로 구조의 다수의 요소가 단일 요소로 통합될 수 있는 통합 헤드 조립체를 포함할 수 있다. 상기 통합 요소에는 압력 용기 헤드, 냉각 슈라우드, 제어 로드 구동 메커니즘, 미사일 실드, 리프팅 장비, 호이스트 조립체 및 케이블 트레이 조립체가 포함된다.
제어 로드은 제어 로드 구동 메커니즘에 의해 움직여질 수 있다. 제어 로드 구동 메커니즘은 핵연료 조립체 안팎에서 제어 로드를 하강시키고 상승시키기 위해 그리고 노심에 대한 제어 로드의 위치를 유지하기 위해 액추에이터에 명령 및 동력을 공급할 수 있다. 제어 로드 구동 메커니즘의 로드는 원자로를 신속하게 셧다운(즉, 스크램핑)하기 위해 제어 로드를 신속하게 삽입할 수 있다.
1차 회로는 사고 발생 시 1차 회로의 증기를 유지하기 위해 격납 구조물 내에 수용될 수 있다. 격납 구조물은 직경이 15 ~ 60m, 또는 직경이 30 ~ 50m일 수 있다. 격납 구조물은 강철 또는 콘크리트 또는 강철로 라이닝된 콘크리트로 형성될 수 있다. 격납 구조물에는 하나 이상의 리프팅 장치(예: 폴라 크레인)가 있을 수 있다. 상기 리프팅 장치는 원자로 압력 용기 위의 격납 구조물 상단에 수용될 수 있다. 격납 구조물은 원자로의 비상 냉각을 위한 물 탱크를 내부에 포함하거나 외부에서 지지할 수 있다. 격납 구조물에는 원자로의 연료 재충전, 연료 조립체 저장 및 격납 구조물 내부와 외부 사이의 연료 조립체 수송을 위한 장비와 시설이 포함될 수 있다.
발전소는 외부 위험(예: 미사일 공격) 및 자연적 위험(예: 쓰나미)으로부터 원자로 요소를 보호하기 위해 하나 이상의 토목 구조물을 포함할 수 있다. 상기 토목 구조물은 강철, 콘크리트 또는 이 둘의 조합으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다:
도 1은 PWR의 개략도이다.
도 2는 도 1의 원자로용 연료 조립체를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 원자로 연료 재충전 방법의 순서도이다.
도 1은 PWR(10)의 개략도이다. 연료 조립체를 포함하는 RPV(12)는 원자로 중앙에 위치한다. 가압수의 배관(16), 1차 냉각제 회로에 의해 RPV에 연결된 3개의 증기 발생기(14)가 RPV 주변에 모여 있다. 냉각제 펌프(18)는 가압수를 1차 냉각제 회로 주위로 순환시켜 가열된 물을 RPV에서 증기 발생기로, 냉각된 물을 증기 발생기에서 RPV로 가져간다.
상기 가압기(20)는 1차 냉각제 회로의 수압을 약 155bar로 유지한다.
증기 발생기(14)에서, 열은 가압수로부터 2차 냉각제 회로의 배관(22)에서 순환하는 급수로 전달되고, 그에 따라 발전기를 구동하는 터빈을 구동하는데 사용되는 증기를 생성한다. 그런 다음 증기는 증기 발생기로 돌아가기 전에 응축된다.
도 2는 로드 가이드의 17 x 17 그리드로 형성된 연료 조립체(200)의 예시적인 레이아웃을 도시한다. 상기 그리드는 금속 밴딩(미도시)으로 서로 고정된다. 상기 로드 가이드의 그리드는 연료 로드(201), 제어 로드(202), 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203) 및 계측 로드(204)를 포함한다. 임의의 제어 로드는 연료 재충전 또는 저장 작업 동안 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)로 교체될 수 있다. 또한 연료 조립체 내의 모든 로드 가이드를 채울 필요는 없다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 로드(202) 및/또는 연료 재충전 및/또는 저장로드(204)를 위한 로드 가이드는 로드를 탑재하지 않을 수 있다. 계측 로드(204)는 전형적으로 하나 이상의 센서, 예를 들어 온도 센서, 복사 플럭스 센서 등을 포함한다. 바람직한 예에서, 임의의 주어진 연료 조립체(200)는 제어 로드(202) 또는 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203) 중 하나를 탑재하지만 둘 모두를 탑재하지는 않는다. 예를 들어, 제어 로드 위치로 표시된 도 2에 도시된 모든 위치는 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)를 수용하는 데 사용될 수 있다. 그 반대도 마찬가지이다.
제어 로드(202)는 주변 연료 로드(201)에 다양한 깊이를 제공하고 이에 따라 공지의 방식으로 핵분열 반응의 속도를 제어하기 위해 도 2의 평면 안팎의 방향으로 이동하도록 작동 가능하다. 특히, 원자로가 임계 상태이고 유용한 전력을 생성할 때 제어 로드를 움직여 핵분열 반응 속도를 실시간으로 변경할 수 있으며 원자로를 아임계 정지 상태로 만들기 위해 완전히 삽입할 수도 있다. 대조적으로, 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)가 존재하는 경우, 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)는 고정되고 제어 로드와 동일한 방식으로 핵연료 조립체 안팎으로 이동하지 않으며, 이는 아래에서 더 자세히 논의된다. 연료 재충전 및/또는 저장 로드의 역할은 연료 재충전 작업 또는 저장 작업 동안 핵분열 반응이 실질적으로 발생하지 않도록, 즉 아래에서 더욱 자세하게 설명하는 바와 같이, 원자로는 아임계 셧다운 상태에 안전하게 유지되도록 보장하는 것이다.
연료 조립체는 연료 조립체 내의 연료 재충전 및/또는 저장 로드를 기계적으로 체결하기 위한 잠금 메커니즘을 포함한다. 상기 잠금 메커니즘은 예를 들어, 연료 재충전 작업 및 저장 동안 연료 조립체에서 연료 재충전 및/또는 저장 로드를 고정시키기 위해 각각의 로드 위에 고정되도록 작동 가능한 캡 또는 잠금 너트를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 잠금 메커니즘은 연료 조립체와 분리될 수 있고 연료 재충전 작업 및 저장 동안 연료 조립체에서 연료 재충전 및/또는 저장 로드를 고정시키기 위해 연료 조립체에 삽입되도록 작동 가능하다.
전형적으로, 상기 제어 로드(202)는 (i) 중성자를 포획하여 핵분열 반응의 속도를 조절하고; (ii) 작동 중이거나 임계 원자로에 존재하는 강렬한 방사선 플럭스를 견뎌야 하고, (iii) 그러한 원자로 내에 존재하는 고온에서 살아남아야 하는, 이러한 기준을 충족하는 중성자 흡수 제1 재료로 형성된다. 예를 들어, 상기 제어 로드(202)는 AgInCd, Hf, B4C, 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다.
대조적으로, 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)는 전술한 기준(i)을 만족시키기만 하면 되는 다른 중성자 흡수 제2 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연료 재충전 로드 및/또는 저장 로드는 붕산화강 또는 붕산화 중합체와 같은 붕산화 물질로 형성될 수 있다. 일실시예에서, 연료 재충전 및/또는 저장 로드는 연료 저장 랙을 제작하는 데 사용되는 것으로 알려진 붕산화 스테인리스 강(BSS)으로 형성된다. BSS는 일반적으로 0.6중량%의 천연 붕소를 함유하고 나머지 화학적 조성은 일반적인 스테인리스 스틸, 즉 철, 크롬 및 니켈의 혼합물과 동일하다. 실시예에서, 붕산화 물질은 0.3% 내지 12%wt의 붕소; 또는 0.4% 내지 6%; 또는 0.5% 내지 2%; 또는 전술한 임의의 종점으로부터 형성된 범위 사이의 붕소를 포함한다.
도 2에 도시된 것과 같은 연료 조립체를 갖는 원자로에 연료를 보급하는 방법이 도 3에 예시되어 있다. 제 1 단계에서, 제어 로드(202)는 삽입되어 원자로를 아임계 셧다운 상태로 만든다. 다음 단계(301)에서, 원자로 압력 헤드는 원자로 내에 포함된 연료 조립체를 노출시키기 위해 제거된다. 다음으로, 단계(302)에서, n개의 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)가 m개의 연료 조립체에 도입된다. n의 값은 원자로가 임계 상태가 되는 것을 안전하게 방지하기 위해 요구되는 억제 수준에 의해 결정될 것이며, (다른 요인들 중에서) 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)를 형성하는 물질의 중성자 포획 단면에 의존할 것이다. m의 값은 n의 값과 전체적으로 원자로 내의 자유 로드 가이드의 수에 의존하게 된다. 이 예에서, 상기 단계(302)는 단계(301) 이전에 수행되지만, 순서를 역전시키는 것도 가능한되, 즉, 먼저 n개의 연료 재충전 및/또는 저장 로드를 m개의 연료 조립체에 도입하고 이어서 원자로 압력 헤드를 제거하는 것도 가능하다. 연료 재충전 및/또는 저장 로드는 핵분열 발생 속도를 더욱 감소시킨다.
연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)가 도입된 후, 이들은 단계(303)에서 소정의 위치에 고정된다. 예를 들어, 이러한 각 로드 위에 캡 또는 잠금 너트를 고정하여 수행될수 있다. 이는, 이전에 논의된 제어 로드(202)와 달리, 제어 로드가 위치하는 연료 조립체로부터 우발적으로 후퇴될 수 없도록 한다. 이는 제어 로드 전용 노심에 의해 제공되지 않는 추가적인 안전 마진을 제공한다. 이에 비해 제어 로드는 이동 가능한 아암에 장착되어 상대적으로 쉽게 노심 안팎으로 이동할 수 있다.
연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)가 도입된 후, 원자로는 단계(304)에서 연료 재충전될 수 있다. 선택적으로, 임의의 후속 핵분열 반응의 균형을 맞추기 위해 원자로 내에서 연료 조립체를 이동시키는 단계가 또한 수행될 수 있다.
연료 재충전 단계 이후에, 연료 조립체를 이동시키는 단계를 수행시에, 각각의 연료 재충전 및/또는 저장 로드(203)는 (예를 들어, 캡 또는 잠금 너트를 제거함으로써) 고정 해제되고 단계(305)에서 제거된다.
원자로의 연료 재충전은 연료 조립체 내의 임의의 주어진 연료 로드를 교체하거나 바람직하게는 전체 연료 조립체를 교체함으로써 수행될 수 있다. 연료 조립체가 연료 재충전되어야 하는 경우, 이는 원자로 내에서 현장에서 수행될 수 있다. 선택적으로 연료 조립체는 원자로로부터 연료 로드가 교체되는 저장조로 추출될 수 있다. 실제로, 원자로의 연료 재충전를 달성하기 위한 또 다른 옵션(및 선호되는 옵션)은 추출된 연료 조립체를 저장조에 유지된 교체 연료 조립체로 교체하는 것인데, 즉 저장조로부터의 교체 연료 조립체는 원자로로 이송되어 후속하는 과정에서 저장될 수 있는 추출된 연료 조립체를 대체하게 된다.
본 발명은 위에서 설명된 예시적인 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명에 다수의 균등한 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 위에서 설명된 본 발명의 예시적인 실시예들은 예시적인 것으로 간주되며 제한되지 않는 것으로 간주된다. 설명된 실시예에 대한 다양한 변경이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
10: 원자로 14: 증기 발생기
18: 펌프 20: 가압기
200: 연료 조립체 201: 연료 로드
202: 제어 로드 204: 저장 로드

Claims (12)

  1. 원자로의 연료 로드(rod)를 고정하는 개별적으로 추출 및 교체 가능한 복수의 연료 조립체와, 각각이 제1 중성자 흡수 물질로 제조되고 연료 로드 내부에 탑재된 핵분열성 물질의 핵분열 반응 속도를 감소시켜 원자로를 셧다운 상태로 만들고, 원자로가 임계 상태일 때 핵분열 반응 속도를 변경하기 위해 원자로 안팎으로 이동하도록 작동 가능하며 유용한 전력을 생성하는 복수의 제어 로드를 구비하는 원자로(10)용 연료 조립체(200)에 있어서,
    상기 연료 조립체는:
    핵분열성 물질을 탑재한 복수의 연료 로드(201); 및
    상기 제1 중성자 흡수 물질과 상이한 제2 중성자 흡수 물질로 된 적어도 하나의 연료 재충전 로드(203)로서, 상기 연료 재충전 로드는 연료 로드 사이에 삽입되어 핵분열 반응 속도를 추가로 감소시키고 셧다운 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연료 재충전 로드는 작동 중이거나 임계적인 원자로에 존재하는 강한 복사 플럭스 또는 고온을 견디도록 작동할 수 없는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 재충전 로드는 붕산화 물질(borated material)로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 붕산화 물질은 붕산화 강철인 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료 조립체는 연료 조립체 내에 연료 재충전 로드를 기계적으로 체결하기 위한 잠금 메커니즘를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 조립체.
  6. 원자로(10)에 있어서, 상기 원자로(10)는,
    핵분열성 물질을 탑재한 복수의 연료 로드(201)로서, 상기 연료 로드는 원자로의 복수의 개별적으로 추출 및 교체 가능한 연료 조립체에 유지되는, 연료 로드(201)를 포함하며,
    상기 연료 조립체 중 적어도 하나는 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 연료 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로.
  7. 핵분열성 물질을 탑재한 복수의 연료 로드(201)을 포함하는 원자로의 셧다운 동안 핵분열 속도를 감소시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    핵분열성 물질의 핵분열 반응속도를 감소시키고 원자로를 셧다운 상태로 만들기 위하여 상기 연료 로드(201) 사이에 제1 중성자 흡수 물질로 각각 이루어진 복수의 제어 로드(202)를 삽입하는 단계(300); 및
    핵분열 반응 속도를 더욱 감소시키고 셧다운 상태를 유지하기 위해 제1 중성자 흡수 물질과 다른 제2 중성자 흡수 물질로 각각 이루어진 복수의 연료 재충전 로드(203)를 상기 연료 로드(201) 사이에 삽입하는 단계(302);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로의 셧다운 동안 핵분열 속도를 감소시키기 위한 방법.
  8. 원자로를 연료 재충전하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    원자로를 셧다운시키기 위해 제 7 항의 방법을 수행하는 단계;
    원자로(10)의 원자로 용기 헤드를 제거하여 원자로(10) 내에서 연료 로드(201)를 노출시키는 단계(301);
    연료 재충전 로드를 소정의 위치에 기계적으로 체결하는 단계(303);
    원자로를 연료 재충전하는 단계(304); 및
    연료 재충전 로드의 잠금 해제 및 제거하는 단계(305);를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로를 연료 재충전하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    핵연료 재충전은 상기 원자로 냉각제에 중성자 독성액을 도입하지 않고 수행되는 것을 특징으로 하는 원자로를 연료 재충전하는 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 로드는 상기 원자로의 복수의 연료 조립체(200)에 유지되며, 상기 연료 조립체 중 적어도 하나는 하나 이상의 연료 재충전 로드를 각각 탑재하고, 기계적 잠금 단계에서 하나 이상의 연료 재충전 로드는 각자의 조립체 내에서 기계적으로 소정의 위치에 체결되며, 기계적으로 잠그는 단계와 잠금 해제 및 제거하는 단계 사이에서, 상기 방법은,
    하나 이상의 연료 재충전 로드를 탑재한 핵연료 조립체를 원자로에서 추출하여 저장조로 옮기는 단계; 및
    추출된 연료 조립체를 저장조에서 원자로로 되돌리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로를 연료 재충전하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    연료 재충전 단계는 저장조에 있는 동안 추출된 연료 조립체를 연료 재충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로를 연료 재충전하는 방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 연료 로드는 상기 원자로의 복수의 연료 조립체(200)에 유지되며, 상기 연료 조립체 중 적어도 하나는 하나 이상의 연료 재충전 로드를 각각 탑재하고, 기계적 잠금 단계에서 하나 이상의 연료 재충전 로드는 각각의 조립체 내에서 기계적으로 소정의 위치에 체결되며, 기계적으로 잠그는 단계와 잠금 해제 및 제거하는 단계 사이에서, 상기 방법은,
    하나 이상의 연료 재충전 로드를 탑재한 핵연료 조립체를 원자로에서 추출하여 저장조로 옮기는 단계;를 포함하며,
    연료 재충전 단계는 교체 연료 조립체를 저장조로부터 원자로로 이송하는 단계를 포함하고, 상기 교체 연료 조립체는 추출된 연료 조립체를 대체하는 것을 특징으로 하는 원자로를 연료 재충전하는 방법.
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