KR20230139592A - 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체 - Google Patents

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Abstract

복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 피동 안전 장치는 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함한다.

Description

피동 안전 장치 및 핵연료 집합체{PASSIVE SAFETY APPARATUS AND NUCLEAR FUEL ASSEMBLY}
본 기재는 피동 안전 장치 및 이를 포함하는 핵연료 집합체에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 발전은 핵분열이 가능한 물질인 핵연료와 중성자의 반응으로 나오는 열에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방법이다.
핵분열 반응 시 연쇄적으로 중성자가 발생하고 중성자의 에너지 범위에 따라 열중성자 혹은 속중성자로 나뉜다. 이 중 속중성자를 이용하는 원자로인 고속로는 중성자의 높은 에너지가 유지되어야 하므로, 냉각재로서 액체 금속을 사용한다. 액체 금속은 핵분열 시 발생하는 열에너지를 수송하여 핵분열 물질이 있는 원자로로부터 열 교환기를 통해 발전 계통으로 열을 전달한다.
액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로는 중성자 누출이 충분하지 않거나 원자로의 크기가 상대적으로 클 때, 액체 금속의 밀도가 감소하여 중성자 스펙트럼 경화 현상이라 불리는 영향을 초래하여 핵연료에 중성자가 흡수되었을 때 발생하는 핵분열 중성자의 비율을 증가시킬 수 있다. 이러한 경향성으로 인해 고속로는 양의 냉각재 온도계수(coolant temperature coefficient) 또는 양의 냉각재 기포계수(coolant void reactivity)를 가질 수 있다.
이러한 고속로에서 액체 금속인 냉각재의 온도가 증가하면, 냉각제의 밀도가 감소하고, 노심에 양의 반응도가 삽입된다. 또는 냉각재 비등으로 인해 기포가 발생하면 노심에 양의 반응도가 삽입된다. 이러한 현상들은 결국 고속로의 노심의 출력을 증가시킨다.
고속로의 고유 안전성은 음의 반응도 궤환 효과(negative reactivity feedback effect)로부터 확보될 수 있다. 여기서, 음의 반응도 궤환 효과는 원자로 노심의 온도가 증가하면 노심에 음의 반응도가 삽입되는 것을 의미할 수 있다.
고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하기 위해서 노심 설계를 변경하여 중성자 누출을 증가시키거나 감속재를 사용하는 등 여러 가지 개념이 제시되어 왔다.
일 실시예는, 액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체를 제공하고자 한다.
또한, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체를 제공하고자 한다.
일 측면은, 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 피동 안전 장치에 있어서, 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함하는 피동 안전 장치를 제공한다.
상기 복수의 핵연료봉들 각각은 핵연료를 포함하며, 상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 상기 핵연료와 수평 방향으로 중첩하는 활성 노심 영역에 위치할 수 있다.
상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 경사질 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛은, 상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 이하인 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 상부로 상승하고, 상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 초과로 상승한 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 하부로 하강할 수 있다.
상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮을 수 있다.
상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도 대비 클 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.4이며, 상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.5 내지 0.9일 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.5이며, 상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.6 내지 0.9일 수 있다.
상기 냉각재 용기는 내벽으로부터 상기 내부 공간의 중심으로 돌출된 복수의 볼록부들을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 볼록부들은, 상기 제1 하강 공간에 위치하는 제1 볼록부, 및 상기 제2 하강 공간에 위치하는 제2 볼록부를 포함할 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛은 상기 냉각재 용기의 내벽으로 돌출된 날개를 더 포함할 수 있다.
상기 수직 방향으로 상기 중성자 흡수 유닛의 길이는 상기 제2 하강 공간의 길이 대비 길며, 상기 날개는 상기 중성자 흡수 유닛의 상부에 위치할 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛의 상기 밀도 조절체는 상기 중성자 흡수체의 상부에 위치하며, 상기 중성자 흡수 유닛의 무게 중심은 하부에 위치할 수 있다.
상기 중성자 흡수 유닛은 상기 중성자 흡수체의 하부에 위치하는 헤드 캡을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각재 용기는 상기 냉각재가 유입 및 유출되는 우회 구멍을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각재 용기는 상기 내부 공간의 바닥에 위치하는 충격 완화체를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각재 용기는 외측 상부에 위치하는 수송 소켓 및 외측 하부에 위치하는 연결 소켓을 더 포함할 수 있다.
또한, 일 측면은 복수의 핵연료봉들, 및 상기 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 적어도 하나의 피동 안전 장치를 포함하며, 상기 피동 안전 장치는, 냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기, 및 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛을 포함하며, 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은, 상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간, 및 상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간을 포함하는 핵연료 집합체를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 액체 금속을 냉각재로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체가 제공된다.
또한, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치 및 핵연료 집합체가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 나타낸 평면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 3은 도 2에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 4는 냉각재 온도 상승 시 실험예 및 대비예 각각의 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 하강 위치를 나타낸 그래프이다.
도 5는 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 종단속도로 하강하는 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 6은 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 8은 도 7에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다.
도 11은 도 10에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다. 이하에서, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체는 고속로의 냉각재인 액체 금속에 잠기는 핵연료 집합체이나, 이에 한정되지는 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 핵연료 집합체를 나타낸 평면도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 2는 도 1에서 이웃하는 핵연료봉들과 그 사이에 위치하는 피동 안전 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체(1000)는 공지의 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에 사용되는 연료이나, 이에 한정되지 않는다. 핵연료 집합체(1000)는 고속로에서 냉각재(CL)에 잠겨져 있으며, 냉각재(CL)는 고속로에서 핵연료 집합체(1000)의 하부로부터 상부로 이동하여 공지의 열 교환기로 이동할 수 있다. 일례로, 냉각재(CL)는 소듐 또는 납 등의 공지의 액체 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
핵연료 집합체(1000)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.
복수의 핵연료봉(200)들은 활성 노심 영역(AC)을 정의하는 핵연료(210), 핵연료(210) 하부에 위치하는 차폐체(220), 핵연료(210) 상부에 위치하는 핵분열 기체 수용체(230)를 포함한다. 핵연료(210), 차폐체(220), 핵분열 기체 수용체(230)는 공지된 다양한 구조 및 다양한 재료를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 핵연료봉(200)들은 공지의 다양한 구조 및 다양한 재료를 가질 수 있으며, 공지된 다양한 설계에 따라 배치될 수 있다. 복수의 핵연료봉(200)들 중 이웃하는 핵연료봉(200) 사이에는 피동 안전 장치(100)가 위치한다.
피동 안전 장치(100)는 핵연료 집합체(1000)에서 하나 또는 복수개일 수 있다. 피동 안전 장치(100)는 핵연료 집합체(1000)의 복수의 핵연료봉(200)들 중 적어도 하나를 대체하여 설치될 수 있다. 피동 안전 장치(100)의 개수 및 위치는 원자로 설계 조건 및 설정된 반응도에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
피동 안전 장치(100)는 냉각재 용기(110) 및 중성자 흡수 유닛(120)을 포함한다.
냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115)을 포함한다. 냉각재 용기(110)는 원자로에서 공지된 다양한 재료를 포함할 수 있다.
내부 공간(111)에는 피동 안전 장치(100) 외부의 냉각재(CL)가 유입 및 유출되며, 내부 공간(111)은 수직 방향으로 연장되어 있다. 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 온도에 따른 밀도 변화에 따라 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 상승 및 하강한다. 내부 공간(111)은 제1 하강 공간(A1), 제2 하강 공간(A2), 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이의 경사면(IF)을 포함한다.
제1 하강 공간(A1)은 내부 공간(111)에서 수직 방향의 상부에 위치한다. 제1 하강 공간(A1)은 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)과 연통한다. 제1 하강 공간(A1)은 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2) 대비 큰 제1 직경(D1)을 가진다. 여기서, 제1 직경(D1)은 제1 하강 공간(A1)이 위치하는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 상부의 내경을 의미할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서, 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)은 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.
제2 하강 공간(A2)은 내부 공간(111)에서 수직 방향의 하부에 위치한다. 제2 하강 공간(A2)은 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)과 연통한다. 제2 하강 공간(A2)은 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가진다. 여기서, 제2 직경(D2)은 제2 하강 공간(A2)이 위치하는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부의 내경을 의미할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서, 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)은 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아질 수 있다.
경사면(IF)은 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이에서 냉각재 용기(110)의 내벽에 위치한다. 경사면(IF)은 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이에 위치하는 냉각재 용기(110)의 내벽의 내경이 상부에서 하부로 갈수록 점진적으로 작아지도록, 하부로 경사진 형태를 가지고 있다. 제1 하강 공간(A1)과 제2 하강 공간(A2)의 사이는 핵연료봉(200)의 핵연료(210)와 수평 방향으로 중첩하는 활성 노심 영역(AC)에 위치한다. 일례로, 제1 직경(D1)을 가지는 제1 하강 공간(A1)과 제2 직경(D2)을 가지는 제2 하강 공간(A2)의 사이인 경사면(IF)은 수평 방향으로 활성 노심 영역(AC)과 중첩한다.
우회 구멍(112)은 냉각재 용기(110)의 외부에 위치하는 냉각재(CL)가 유입 및 유출되는 통로이다. 우회 구멍(112)은 냉각재 용기(110)의 하부, 중부, 상부 중 적어도 하나에 위치할 수 있다.
충격 완화체(113)는 내부 공간(111)의 바닥에 위치한다. 충격 완화체(113)는 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)과 접촉하여 중성자 흡수 유닛(120)에 발생하는 충격을 완화한다. 충격 완화체(113)는 공지된 다양한 충격 완화 수단을 포함할 수 있다. 충격 완화체(113)는 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 바닥면에 접촉할 때, 충격으로 인한 반발력을 최소화하는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)에 가해지는 물리적인 파손을 최소화한다.
수송 소켓(114)은 냉각재 용기(110)의 외측 상부에 위치한다. 수송 소켓(114)은 공지된 다양한 형태를 가질 수 있으며, 수송 소켓(114)에 공지된 수송 수단이 결합하여 피동 안전 장치(100)를 수송할 수 있다. 수송 소켓(114)은 핵연료봉(200)의 상부에 위치하는 수송 소켓과 동일한 구조를 가질 수 있다.
연결 소켓(115)은 냉각재 용기(110)의 외측 하부에 위치한다. 연결 소켓(115)은 공지된 다양한 형태를 가질 수 있으며, 연결 소켓(115)이 핵연료 집합체(1000)의 공지된 결합 수단에 결합 및 분리될 수 있다. 연결 소켓(115)은 핵연료봉(200)의 하부에 위치하는 연결 소켓과 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 3은 도 2에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다.
도 3 및 도 2를 참조하면, 중성자 흡수 유닛(120)은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)에 잠겨 있으며, 냉각재(CL)의 온도 변화에 따른 밀도 변화에 따라 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강 및 상승한다. 중성자 흡수 유닛(120)은 냉각재(CL)의 온도가 기준 온도 이하인 상태에서는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)으로 상승하고, 냉각재(CL)의 온도가 기준 온도 초과로 상승한 상태에서는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)으로 하강한다. 여기서, 기준 온도는 설정된 온도일 수 있다.
중성자 흡수 유닛(120)은 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 헤드 캡(123)을 포함한다.
중성자 흡수체(121)는 중성자 흡수 유닛(120)의 하부에 위치하며, 중성자를 흡수하는 공지된 다양한 물질을 포함한다. 일례로, 중성자 흡수체(121)는 보론 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 다른 실시예에서, 중성자 흡수체(121)는 발포체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 연결되어 중성자 흡수 유닛(120)의 상부에 위치한다. 밀도 조절체(122)는 냉각재(CL)의 기준 온도 이하에서 냉각재(CL) 대비 밀도가 낮으며, 냉각재(CL)의 기준 온도 이상에서 냉각재(CL) 대비 밀도가 높다. 일례로, 냉각재(CL)는 기준 온도 이하에서 밀도 조절체(122)의 밀도 대비 높은 밀도를 가지며, 냉각재(CL)는 기준 온도 이상에서 밀도 조절체(122)의 밀도 대비 낮은 밀도를 가진다. 밀도 조절체(122)는 용기 형태를 가질 수 있으며, 밀도 조절체(122)의 내부는 비어져 있거나, 공지된 다양한 기체가 채워져 있을 수 있다. 밀도 조절체(122)가 중성자 흡수체(121)의 상부에 위치함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치한다. 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치함으로써, 냉각재 용기(110)의 내벽과의 마찰이 최소화된다. 한편, 다른 실시예에서, 밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 밀도 조절체(122)는 중성자 흡수체(121)와 별도로 형성되어 중성자 흡수체(121)에 결합될 수 있다. 한편, 다른 실시예에서, 밀도 조절체(122)는 발포체를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
헤드 캡(123)은 중성자 흡수체(121)의 하부 단부에 위치한다. 헤드 캡(123)은 중성자 흡수체(121) 대비 큰 무게를 가질 수 있다. 헤드 캡(123)이 중성자 흡수체(121)의 하부 단부에 위치하여 중성자 흡수체(121) 대비 큰 무게를 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)의 무게 중심이 하부에 위치한다. 헤드 캡(123)의 표면은 곡률을 가지고 있으며, 헤드 캡(123)의 표면이 곡률을 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내벽에 의해 간섭되는 것이 최소화된다.
밀도 조절체(122)를 포함하는 중성자 흡수 유닛(120)의 밀도가 원자로 정상 운전 시 냉각재(CL)의 밀도 대비 낮아 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 상부로 상승하여 제1 하강 공간(A1)에 위치함으로써, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 비중첩한다. 또한, 냉각재(CL)의 온도가 상승하여 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 온도가 상승하여 냉각재(CL)의 밀도가 중성자 흡수 유닛(120)의 밀도 대비 낮아 중성자 흡수 유닛(120)에 작용하는 부력이 작아지면, 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하부로 하강하여 제2 하강 공간(A2)에 위치함으로써, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩한다. 이로 인해 원자로에 음의 반응도 궤환 효과가 부여된다.
또한, 원자로에 냉각재(CL) 상실 사고 발생 시 냉각재 용기(110)의 우회 구멍(112)을 통해 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)가 냉각재 용기(110) 외부로 빠져나가 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에 채워진 냉각재(CL)의 수위가 낮아짐으로써, 냉각재(CL)의 온도 상승 여부와 상관없이 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하부로 하강하여 제2 하강 공간(A2)에 위치하기 때문에, 중성자 흡수체(121)가 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩한다. 이로 인해 원자로에 음의 반응도 궤환 효과가 부여된다.
냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가짐으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생하기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제된다. 즉, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)을 형성하는 냉각재 용기(110)의 내경이 활성 노심 영역(AC)과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아짐으로써, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.
즉, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다.
이하, 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 핵연료 집합체(1000)의 효과를 확인한 실험예 및 대비예를 설명한다.
도 4는 냉각재 온도 상승 시 실험예 및 대비예 각각의 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 하강 위치를 나타낸 그래프이다.
도 4에서, X축의 시간(초)은 중성자 흡수 유닛의 하강 시간(초)을 의미하며, Y축의 피동 안전 장치의 위치(미터)는 냉각재 용기의 내부 공간에서 중성자 흡수 유닛의 높이를 의미한다.
도 4를 참조하면, 실선인 실험예(진동 감쇄 피동 안전 장치) 및 점선인 대비예(피동 안전 장치) 모두 냉각재 용기의 내부 공간에 채워진 냉각재의 온도가 기준 온도를 초과하여 냉각재의 밀도가 중성자 흡수 유닛의 밀도 대비 낮은 상태이며, 중성자 흡수 유닛이 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 상태에서 시간에 따른 중성자 흡수 유닛의 높이를 확인하였다.
실험예(진동 감쇄 피동 안전 장치)는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 활성 노심 영역과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아진 상술한 일 실시예에 따른 핵연료 집합체의 피동 안전 장치를 나타내며, 대비예(피동 안전 장치)는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 수직 방향으로 동일한 피동 안전 장치를 나타낸다.
도 4에서 확인된 바와 같이, 대비예에 따른 피동 안전 장치는 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛에 동일한 저항력이 발생됨으로써, 중성자 흡수 유닛이 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하면서 상하 진동이 발생된다.
반면, 실험예에 따른 진동 감쇄 피동 안전 장치는 냉각재 용기의 내부 공간을 형성하는 냉각재 용기의 내경이 활성 노심 영역과 수평 방향으로 중첩하는 부분에서 작아짐으로써, 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.
다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮으며, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크다.
이로 인해, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생하기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제된다.
즉, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄 계수가 제1 하강 공간(A1) 대비 높고, 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도가 제1 하강 공간(A1) 대비 작음으로써, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되어 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것이 억제되기 때문에, 고속로인 원자로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화가 억제된다.
즉, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때, 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비는 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비는 0.5 내지 0.9인 수치한정 구성을 가진다. 이 수치한정은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제하기 위한 과제를 달성하기 위한 구성으로서, 임계적 의의를 가지는 수치한정임을 확인하였다.
또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비는 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비는 0.6 내지 0.9인 수치한정 구성을 가진다. 이 수치한정은 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제하기 위한 과제를 달성하기 위한 구성으로서, 임계적 의의를 가지는 수치한정임을 확인하였다.
도 5는 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 종단속도로 하강하는 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 X축은 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)를 나타내며, Y축은 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)(/sec)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.4인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.5 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮은 것을 확인하였다.
또한, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.5인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.6 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮은 것을 확인하였다.
즉, 도 5 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.5 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.
또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.6 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수(damping coefficient)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)에 대한 감쇄계수 대비 낮기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.
도 6은 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)에 따라 냉각재 용기의 내부 공간에서 하강하는 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)(cm/s)를 나타낸 그래프이다.
도 6에서 X축은 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)를 나타내며, Y축은 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.4인 중성자 흡수 유닛의 종단속도는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.5 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛의 종단속도 대비 하강 방향으로 큰 것을 확인하였다.
또한, 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛의 외경(D)이 0.4cm, 0.64cm, 1cm인 경우, 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.2 내지 0.5인 중성자 흡수 유닛의 종단속도는 중성자 흡수 유닛의 외경/냉각재 용기의 내부 공간의 직경의 비(k)가 0.6 내지 0.9인 중성자 흡수 유닛의 종단 속도 대비 하강 방향으로 큰 것을 확인하였다.
즉, 도 6 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.4이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.5 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.
또한, 일 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1000)는 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1)의 비가 0.2 내지 0.5이며, 중성자 흡수 유닛(120)의 외경/상기 제2 하강 공간(A2)의 제2 직경(D2)의 비가 0.6 내지 0.9인 임계적 의의를 가지는 수치한정을 포함함으로써, 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도(terminal velocity)가 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)의 종단속도 대비 크기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제한다.
이상과 같이, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다.
또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1000)가 제공된다
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 핵연료 집합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 7은 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 8은 도 7에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다. 도 9는 도 7에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체(1002)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.
피동 안전 장치(100)는 냉각재 용기(110) 및 중성자 흡수 유닛(120)을 포함한다.
냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115), 복수의 볼록부(116)들을 포함한다.
냉각재 용기(110)의 복수의 볼록부(116)들은 냉각재 용기(110)의 내벽으로부터 내부 공간(111)의 중심으로 돌출된다. 복수의 볼록부(116)들은 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.
복수의 볼록부(116)들은 제1 하강 공간(A1)에 위치하는 제1 볼록부(116a) 및 제2 하강 공간(A2)에 위치하는 제2 볼록부(116b)를 포함한다. 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 제1 볼록부(116a)는 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드하며, 제2 볼록부(116b)는 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제2 하강 공간(A2)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.
이와 같이, 다른 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1002)는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가지는 동시에 냉각재 용기(110)가 내벽으로부터 내부 공간(111)의 수평 방향으로의 중심으로 돌출된 복수의 볼록부(116)들을 포함함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 가이드되기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것이 억제된다.
즉, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1002)가 제공된다.
또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1002)가 제공된다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체를 설명한다.
이하에서는 상술한 일 실시예에 따른 핵연료 집합체와 다른 부분에 대해서 설명한다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체의 일부를 나타낸 종단면도이다. 도 11은 도 10에서 냉각재 온도 상승 시 피동 안전 장치의 중성자 흡수 유닛이 하강하는 것을 나타낸 종단면도이다. 도 12는 도 10에 도시된 피동 안전 장치를 나타낸 횡단면도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 핵연료 집합체(1003)는 복수의 핵연료봉(200)들 및 적어도 하나의 피동 안전 장치(100)를 포함한다.
피동 안전 장치(100)는 냉각재 용기(110) 및 중성자 흡수 유닛(120)을 포함한다.
냉각재 용기(110)는 내부 공간(111), 우회 구멍(112), 충격 완화체(113), 수송 소켓(114), 연결 소켓(115)을 포함한다.
중성자 흡수 유닛(120)은 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 헤드 캡(123), 날개(124)를 포함한다.
중성자 흡수 유닛(120)의 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)의 상단으로부터 냉각재 용기(110)의 내벽으로 돌출된다. 중성자 흡수 유닛(120)의 표면으로부터 냉각재 용기(110)의 내벽을 향해 방사형으로 돌출될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.
중성자 흡수 유닛(120)의 수직 방향으로의 길이는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 제2 하강 공간(A2)의 길이 대비 길며, 날개(124)는 중성자 흡수 유닛(120)의 상부에 위치한다. 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강할 때, 날개(124)는 제1 하강 공간(A1)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드하는 동시에 제2 하강 공간(A2)에서 중성자 흡수 유닛(120)이 제2 하강 공간(A2)의 중심을 벗어나지 않도록 중성자 흡수 유닛(120)을 가이드한다.
이와 같이, 또 다른 실시예에 따른 피동 안전 장치(100)를 포함하는 핵연료 집합체(1003)는 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)의 하부에 위치하는 제2 하강 공간(A2)이 상부에 위치하는 제1 하강 공간(A1)의 제1 직경(D1) 대비 작은 제2 직경(D2)을 가지는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 냉각재 용기(110)의 내벽으로 돌출된 날개(124)를 포함함으로써, 중성자 흡수 유닛(120)이 제1 하강 공간(A1)으로부터 제2 하강 공간(A2)으로 하강할 때, 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 저항력이 발생되는 동시에 중성자 흡수 유닛(120)이 내부 공간(111)의 중심을 벗어나지 않도록 가이드되기 때문에, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것이 억제된다.
즉, 액체 금속을 냉각재(CL)로 사용하는 고속로에서 음의 반응도 궤환 효과를 부여하여 고속로의 고유 안전성을 향상시키는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1003)가 제공된다.
또한, 냉각재 용기(110)의 내부 공간(111)에서 수직 방향으로 하강하는 중성자 흡수 유닛(120)에 상하 진동 및 좌우 진동이 발생되는 것을 억제함으로써, 고속로에 음의 반응도 궤환 효과를 부여할 때 고속로 노심의 급격한 출력 변화를 억제하는 피동 안전 장치(100) 및 이를 포함하는 핵연료 집합체(1003)가 제공된다
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
핵연료봉(200), 피동 안전 장치(100), 내부 공간(111), 제1 하강 공간(A1), 제2 하강 공간(A2), 냉각재 용기(110), 중성자 흡수체(121), 밀도 조절체(122), 중성자 흡수 유닛(120)

Claims (18)

  1. 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 피동 안전 장치에 있어서,
    냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기; 및
    상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛
    을 포함하며,
    상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은,
    상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간; 및
    상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간
    을 포함하는 피동 안전 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 핵연료봉들 각각은 핵연료를 포함하며,
    상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 상기 핵연료와 수평 방향으로 중첩하는 활성 노심 영역에 위치하는 피동 안전 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 하강 공간과 상기 제2 하강 공간의 사이는 경사진 피동 안전 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛은,
    상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 이하인 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 상부로 상승하고,
    상기 냉각재의 온도가 상기 기준 온도 초과로 상승한 상태에서는 상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간의 하부로 하강하는 피동 안전 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수(damping coefficient)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛에 대한 감쇄계수 대비 낮은 피동 안전 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 제1 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도(terminal velocity)는 상기 제2 하강 공간에서 상기 중성자 흡수 유닛의 종단속도 대비 큰 피동 안전 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.4이며,
    상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.5 내지 0.9인 피동 안전 장치.
  8. 제4항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제1 하강 공간의 상기 제1 직경의 비는 0.2 내지 0.5이며,
    상기 중성자 흡수 유닛의 외경/상기 제2 하강 공간의 상기 제2 직경의 비는 0.6 내지 0.9인 피동 안전 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 냉각재 용기는 내벽으로부터 상기 내부 공간의 중심으로 돌출된 복수의 볼록부들을 더 포함하는 피동 안전 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 복수의 볼록부들은,
    상기 제1 하강 공간에 위치하는 제1 볼록부; 및
    상기 제2 하강 공간에 위치하는 제2 볼록부
    를 포함하는 피동 안전 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛은 상기 냉각재 용기의 내벽으로 돌출된 날개를 더 포함하는 피동 안전 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 수직 방향으로 상기 중성자 흡수 유닛의 길이는 상기 제2 하강 공간의 길이 대비 길며,
    상기 날개는 상기 중성자 흡수 유닛의 상부에 위치하는 피동 안전 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛의 상기 밀도 조절체는 상기 중성자 흡수체의 상부에 위치하며,
    상기 중성자 흡수 유닛의 무게 중심은 하부에 위치하는 피동 안전 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 중성자 흡수 유닛은 상기 중성자 흡수체의 하부에 위치하는 헤드 캡을 더 포함하는 피동 안전 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 냉각재 용기는 상기 냉각재가 유입 및 유출되는 우회 구멍을 더 포함하는 피동 안전 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 냉각재 용기는 상기 내부 공간의 바닥에 위치하는 충격 완화체를 더 포함하는 피동 안전 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 냉각재 용기는 외측 상부에 위치하는 수송 소켓 및 외측 하부에 위치하는 연결 소켓을 더 포함하는 피동 안전 장치.
  18. 복수의 핵연료봉들; 및
    상기 복수의 핵연료봉들 사이에 위치하는 적어도 하나의 피동 안전 장치
    를 포함하며,
    상기 피동 안전 장치는,
    냉각재가 유입 및 유출되는 수직 방향으로 연장된 내부 공간을 포함하는 냉각재 용기; 및
    상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간에서 상기 냉각재에 잠겨 있으며, 중성자 흡수체 및 상기 중성자 흡수체와 연결되어 상기 냉각재의 기준 온도 이하에서 상기 냉각재 대비 밀도가 낮은 밀도 조절체를 포함하는 중성자 흡수 유닛
    을 포함하며,
    상기 냉각재 용기의 상기 내부 공간은,
    상기 수직 방향의 상부에 위치하며, 제1 직경을 가지는 제1 하강 공간; 및
    상기 제1 하강 공간과 연통하여 상기 수직 방향의 하부에 위치하며, 상기 제1 직경 대비 작은 제2 직경을 가지는 제2 하강 공간
    을 포함하는 핵연료 집합체.
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