KR20240021174A - 가압중수로를 위한 토륨 기반 연료 설계 - Google Patents
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Abstract
토륨 기반 연료 번들은 기존 PHWR 원자로(예를 들어, 인도 220 MWe PHWR, 인도 540 MWe PHWR, 인도 700 MWe PHWR, CANDU 300/600/900)에서 원자로에 대한 수정이 거의 없이 또는 전혀 없이 종래의 우라늄 기반 연료 번들 대신에 사용된다. 이러한 번들의 연료 조성은 60 중량% 이상의 토륨이며, 연료의 나머지는 13 내지 19.95% 235U로 농축된 저농축 우라늄(LEU)에 의해 제공된다. 다양한 실시예에 따르면, 이러한 토륨 기반 연료 번들의 사용은 (1) 노심의 전체 수명 사이클에 걸쳐 공칭 출력의 100%, (2) 고연소, 및 (3) 12 중량% 미만의 전체 동위원소 우라늄 농도를 갖는 비확산성 사용후 연료 번들을 제공한다. 사용후 연료 번들의 재처리도 방지된다.
Description
상호 참조
본 출원은 2021년 5월 11일자로 출원된 "Thorium-Based Fuel Design For Pressurized Heavy Water Reactors"라는 명칭의 미국 가출원 제63/186,990호의 우선권 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
1. 발명의 분야
다양한 실시예는 전반적으로 가압중수로(pressurized heavy water nuclear reactor)("PHWR")를 위한 연료 펠릿, 핀, 번들, 및 노심 로딩에 관한 것이며, 구체적으로 이러한 펠릿, 핀, 번들, 및 노심을 위한 토륨 기반 연료 조성물에 관한 것이다.
2. 관련 기술에 대한 설명
220 MWe PHWR은 원자로 용기(10)를 갖는 중수 감속형 및 중수 냉각형 원자로이다. 원자로는 고압에서 냉각재가 유동하는 수평 압력 튜브 형태의 306개 연료 채널을 포함한다. 각각의 채널은 12개의 연료 번들을 포함하지만 활성 노심에는 10개만 위치된다. 더 저온인 감속재로부터 고온의 연료 채널을 격리하기 위해, 압력 튜브는 중수 감속재에 의해 둘러싸인 칼란드리아 튜브(calandria tube)에 로딩된다. 압력 튜브는 격자 피치가 22.84 cm인 정사각형 격자로 배열된다. 중수 감속재 반사체와 예시적인 연료 번들을 포함하는 원자로 노심(20)의 기하형상이 도 1에 도시되어 있다. 도 1에는, 단지 2개의 예시적인 번들만이 도시되어 있지만, 추가적인 연료 번들(도 1에는 도시되지 않음)이 306개의 채널 각각에 제공된다는 것을 이해하여야 한다.
연료 번들은 번들당 19개의 핀이 있는 연료 핀 클러스터이다. 연료 번들의 전체 길이는 49.53 cm이다. 연료는 지르칼로이-4 핀으로 클래딩된 이산화우라늄 펠릿 형태이다. 연료 스택 길이는 48.1 cm이고 연료 핀은 연료 핀 단부에 용접된 단부 캡에 의해 밀봉된다. 연료 번들의 구조적 무결성을 유지하기 위해, 2개의 단부 판이 연료 핀의 단부 캡에 용접된다.
연료 채널에 추가하여, 원자로 노심은 다수의 반응성 제어 디바이스를 포함한다. 모든 반응성 디바이스는 연료 채널에 직교하고 원자로 압력 용기를 상단에서 하단까지 관통한다. 원자로 전력 조절은 일반적으로 80% 삽입되는 2개의 전력 조절봉에 의해 제공된다. 출력 형상의 제어 및 크세논 오버라이드를 위해, 일반적으로 완전히 삽입되는 4개의 조절봉이 설치된다. 원자로 가동 정지는 일반적으로 노심 외부에 배치된 14개의 가동 정지봉을 포함하는 1차 가동 정지 시스템을 통해 제공된다. 긴급 상황 및 1차 가동 정지 시스템의 오류가 있는 경우, 12개의 액체 독물 구획을 포함하는 2차 가동 정지 시스템에 의해 독립적으로 가동 정지 기능이 제공될 수 있다. 액체 구획은 일반적으로 헬륨 가스로 채워지며, 필요한 경우, 안전한 원자로 가동 정지를 제공하기 위해 액체 중성자 독물이 단시간에 주입된다. 또한, 원자로에는 필요할 때 심 모드 작동을 지원하는 데 사용되는 2개의 심 봉이 있다: 이들은 일반적으로 노심 외부에 배치된다.
캐나다 특허 출원 공개 제2 810 133호는 토륨을 함유한 핵연료 번들 및 이를 포함하는 원자로를 개시하고 있다. 또한, 미국 특허 출원 공개 제2016/0035441호를 참조한다.
하나 이상의 비제한적 실시예는, 본 명세서에 개시되고 청구된 바와 같이, PHWR 원자로를 위한 토륨 기반 연료(예를 들어, 연료 펠릿(들), 연료 핀(들), 및/또는 연료 번들(들)), 및 이를 제조하고 사용하는 방법을 제공한다.
하나 이상의 비제한적 실시예는 가압중수로에서 사용되도록 구성된 새로운 연료 펠릿을 제공한다. 연료 펠릿은 토륨과 우라늄 연료를 포함한다. 연료 펠릿의 연료 조성은 55 내지 90 중량%의 토륨, 및 10 내지 45 중량%의 우라늄이다. 우라늄의 235U 농축도는 10.5% 내지 20%이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 펠릿은 관통 구멍을 갖는 환형 형상이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 관통 구멍은 0.3 내지 1.0 cm의 직경을 갖는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 조성은 70 내지 90 중량%의 토륨이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 우라늄의 235U 농축도는 15% 내지 19%이다.
하나 이상의 비제한적 실시예는 가압중수로에 사용되도록 구성된 연료 핀을 제공한다. 연료 핀은 밀봉된 튜브와, 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 복수의 연료 펠릿을 포함한다. 복수의 연료 펠릿은 밀봉된 튜브 내부에 배치된다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 핀의 연료 조성은 70 내지 85 중량%의 토륨이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 복수의 연료 펠릿 각각은 가연성 독물을 포함한다.
하나 이상의 비제한적 실시예는 가압중수로에서 사용되도록 구성된 연료 번들을 제공한다. 연료 번들은 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나에 따른 복수의 연료 핀을 포함한다. 복수의 연료 핀 중 적어도 하나의 연료 조성은 복수의 연료 핀 중 적어도 하나의 다른 연료 핀의 연료 조성과 상이하다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 번들은 220 MWe PHWR에서 사용되도록 형상화 및 구성된다; 복수의 연료 핀은 1개의 중앙 연료 핀, 1개의 중앙 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 6개의 중간 연료 핀, 및 6개의 중간 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 12개의 외부 연료 핀을 포함하는 정확히 19개의 연료 핀을 갖는다. 중앙 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성의 토륨 중량 백분율보다 낮다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 연료 핀과 6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 55 내지 75 중량%의 토륨 함량을 가지며; 12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성은 65 내지 90 중량%의 토륨 함량을 갖고; 12개의 외부 연료 핀 각각은 중앙 연료 핀과 6개의 중간 연료 핀 각각보다 더 높은 중량%의 토륨 함량을 갖는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 연료 핀의 연료 조성은 6개의 중간 연료 핀 각각에서보다 낮은 중량%의 토륨 함량을 갖고; 6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 12개의 외부 연료 핀 각각에서보다 낮은 중량%의 토륨 함량을 갖는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 연료 핀의 연료 조성은 55 내지 70 중량%의 토륨 함량을 갖고; 6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 60 내지 80 중량%의 토륨 함량을 가지며; 12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성은 65 내지 90 중량%의 토륨 함량을 갖는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 번들은 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 더 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 가연성 독물은 임의의 외부 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 번들은 중앙 및 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 더 포함하고, 가연성 독물은 임의의 외부 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 및 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물은 유로퓸을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 번들은 12개의 외부 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 가연성 독물은 중앙 연료 핀 또는 임의의 중간 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 가연성 독물은 연료 번들의 임의의 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙, 중간, 및 외부 핀 각각의 우라늄의 235U 농축도는 적어도 12%이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙, 중간, 외부 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도는 적어도 15%이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 12개의 외부 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도는 중앙 및 6개의 중간 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도보다 낮다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 연료 번들은 CANDU PHWR에서 사용되도록 형상화 및 구성되며; 복수의 연료 핀은 1개의 중앙 연료 핀, 1개의 중앙 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 6개의 제1 링 연료 핀, 6개의 제1 링 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 12개의 제2 링 연료 핀, 및 12개의 제2 링 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 18개의 외부 연료 링 핀을 포함하여 정확히 37개의 연료 핀을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 제2 링 핀 및 외부 링 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율보다 낮다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면: 중앙 연료 핀 및 제1 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 50 내지 70 중량%이고; 제2 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 60 내지 90 중량%이며; 외부 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 75 내지 99 중량%이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 연료 핀 및 제1 링 연료 핀의 우라늄의 235U 농축도는 제2 링 핀 또는 외부 링 핀의 우라늄의 235U 농축도보다 높다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 제2 링 연료 핀의 우라늄의 235U 농축도는 외부 링 핀의 우라늄의 235U 농축도보다 높다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중앙 핀, 제1 링 핀, 및 제2 링 핀은 각각 가연성 독물을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 가연성 독물은 유로퓸 산화물을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 외부 링 핀은 가연성 독물을 포함하지 않는다.
하나 이상의 실시예는 원자로 용기, 및 원자로 용기 내에 배치된 노심을 포함하는 가압중수로를 제공한다. 노심은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 복수의 연료 번들을 포함한다. 복수의 연료 번들은 제1 유형의 연료 번들과 제2 유형의 연료 번들을 포함한다. 제1 유형의 연료 번들은 가연성 독물을 포함한다. 제2 유형의 연료 번들은 가연성 독물을 포함하지 않는다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 제1 및 제2 유형의 연료 번들은 제2 유형의 연료 번들에 가연성 독물을 포함한다는 점을 제외하고는 서로 동일하다.
하나 이상의 실시예는 가압중수로에 사용되도록 구성된 연료 펠릿을 제공한다. 연료 펠릿은 토륨과 우라늄 연료를 포함한다. 연료 펠릿의 연료 조성은 55 내지 90 중량%의 토륨, 및 10 내지 45 중량%의 우라늄이다. 우라늄의 235U 농축도는 5% 내지 20%이다. 펠릿은 관통 구멍이 있는 환형 형상이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 원자로로부터 번들, 핀, 및/또는 펠릿을 제거한 후, 사용후 연료 펠릿, 핀, 및/또는 번들 내의 총 동위원소 우라늄 농도는 (사용후 연료 펠릿(들), 핀(들), 및 번들의 중량 백분율로서) 12, 11, 10, 9, 8 및/또는 7% 미만이다.
본 발명의 다양한 실시예의 이들 및/또는 다른 양태 중 하나 이상 뿐만 아니라, 구조의 관련 요소의 작동 방법 및 기능과 부품 및 제조 경제의 조합은, 모두 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조하여 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 고려할 때 더욱 명백해질 것이고, 유사한 참조 번호는 다양한 도면에서 대응하는 부분을 나타낸다. 일 실시예에서, 본 명세서에 예시된 구조적 구성요소는 실척으로 작성되어 있다. 그러나, 도면은 단지 예시 및 설명을 위한 것이며 본 발명의 한계를 정의하기 위한 것이 아님을 명백히 이해해야 한다. 또한, 본 명세서의 어느 하나의 실시예에 도시되거나 설명된 구조적 특징은 다른 실시예에서도 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 명세서 및 청구범위에서 사용될 때, 단수 형태는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다.
본 명세서에 개시된 값의 모든 폐쇄형(예를 들어, A 내지 B) 및 개방형(C보다 큰) 범위는 이러한 범위 내에 속하거나 중첩되는 모든 범위를 명시적으로 포함한다. 예를 들어, 1-10의 개시된 범위는 다른 범위 중에서 2-10, 1-9, 3-9 등도 개시하는 것으로 이해된다. 유사하게, 다수의 파라미터(예를 들어, 파라미터 C, 파라미터 D)가 범위를 갖는 것으로 별개로 개시되는 경우, 본 명세서에 개시된 실시예는 임의의 다른 파라미터(예를 들어, 파라미터 D)의 개시된 범위 내의 임의의 값과 하나의 파라미터(예를 들어, 파라미터 C)의 개시된 범위 내의 임의의 값을 조합하는 실시예를 명시적으로 포함한다.
다양한 실시예의 더 나은 이해, 뿐만 아니라 그 다른 목적 및 추가 특징을 위해, 첨부 도면과 함께 사용되는 다음 설명을 참조하고, 도면에서:
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른 PHWR 원자로의 개략적인 단부도이고;
도 2는 도 1의 원자로의 일부와 연료 번들의 개략적인 단부도이며;
도 3a는 도 2에 예시된 연료 번들의 연료 펠릿의 사시도이고;
도 3b는 도 3a의 연료 펠릿의 측면도이며;
도 3c는 도 3b의 선 3C-3C를 따라 취한 도 3a의 연료 펠릿의 단면도이고;
도 4는 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른, 도 2 및 도 3의 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이며;
도 5는 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른, 도 2 및 도 3의 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이고;
도 6은 CANDU 원자로의 하나 이상의 비제한적 대안 실시예에 따른 원자로의 일부와 연료 번들의 개략적인 단부도이며;
도 7은 도 6에 예시된 원자로의 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른 PHWR 원자로의 개략적인 단부도이고;
도 2는 도 1의 원자로의 일부와 연료 번들의 개략적인 단부도이며;
도 3a는 도 2에 예시된 연료 번들의 연료 펠릿의 사시도이고;
도 3b는 도 3a의 연료 펠릿의 측면도이며;
도 3c는 도 3b의 선 3C-3C를 따라 취한 도 3a의 연료 펠릿의 단면도이고;
도 4는 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른, 도 2 및 도 3의 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이며;
도 5는 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른, 도 2 및 도 3의 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이고;
도 6은 CANDU 원자로의 하나 이상의 비제한적 대안 실시예에 따른 원자로의 일부와 연료 번들의 개략적인 단부도이며;
도 7은 도 6에 예시된 원자로의 하나 이상의 비제한적 실시예에 따른 펠릿, 핀, 및 연료 번들의 조성을 보여주는 표이다.
220 MWe PHWR은 인도에서 개발되고 작동되는 표준화된 PHWR 설계이다. 이 잘 알려진 유형의 원자로는 이후 원자로가 물리적으로 인도에 위치되지 않더라도 "220 Mwe PHWR"로 지칭된다.
인도의 220 Mwe PHWR은 저연소의 개방형 연료 사이클에서 천연 우라늄(즉, 비농축 우라늄)을 사용한다. 천연 우라늄의 사용과 플루토늄 생산을 위한 이용 가능성 뿐만 아니라 생성된 핵 폐기물에 대한 우려로 인해, 현재 설계는 수출용으로 선호되지 않으며 그 활용은 국내 전기 생산으로 제한된다. 220 Mwe PHWR의 경우, 사용후 연료의 연소가 낮다. 본 발명의 다양한 비제한적 실시예는 확산 및 핵 폐기물 문제를 해결하기 위해 220 Mwe PHWR에 사용하기 위한 대안 연료 사이클을 제공한다. 본 발명의 다양한 비제한적 실시예는 토륨-LEU 연료 번들(100)을 포함하는 노심(200)을 수용하는 원자로(10)를 갖는 220 Mwe ThPHWR(5)을 제공하는, 토륨 기반의 고연소의 관류식 연료 사이클을 위한 220 Mwe 설계의 적응에 기초한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 원자로(10)는 연료 번들(100)이 배치되는 채널을 정의하는 복수의 칼란드리아 튜브(30) 및 압력 튜브(40)를 포함한다. 칼란드리아 튜브(30) 및 압력 튜브(40)는 하나 이상의 실시예가 관련된 종래의 220 Mwe PHWR의 널리 알려진 구성요소이므로, 220 Mwe PHWR의 이들 종래의 구성요소에 대한 철저한 설명은 생략된다.
다양한 실시예에 따르면, 핵분열성 플루토늄 증식이 중요하지 않고 관련 우라늄-232 오염으로 인해 우라늄-233이 핵무기에 사용하기에 실용적이지 않다는 점을 고려하면 토륨 기반 연료 사이클은 임의의 확산 위험을 감소시키거나 제거한다. 다른 한편으로, 생성되는 방사성 폐기물의 양이 크게 감소되기 때문에 고연소 연료 사이클이 선호된다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, PHWR의 토륨-LEU 연료는 모든 경수로 유형 중에서 최고의 확산 저항성을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 220 Mwe PHWR(도 1 참조)의 전체 시스템 및 플랜트 설계는 현재의 220 Mwe PHWR로부터 유지되어 220 Mwe ThPHWR(5, 10)을 형성한다. 본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 연료 번들(100)은 고연소 토륨 연료 사이클을 전달한다.
본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 설계 변경(220 Mwe PHWR을 220 Mwe ThPHWR(5, 10)로 전환)의 영향은 전체 플랜트(5)보다는 노심(20) 특성으로 제한되어, 수정된 설계를 구현하고 허가하는 데 필요한 노력을 감소시킨다.
본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 설계 수정의 영향은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
i) 220 Mwe ThPHWR(5, 10)의 노심(20)의 원자로 물리적 특성은 연료 조성의 변경과 토륨 연료의 독특한 중성자 특성으로 인해 완전히 상이하다.
ii) 현재/종래의 연료 번들의 구조가 저연소 연료 사이클에 사용된다는 점을 고려하면, 고연소 사이클의 적응은 연료 번들(100)의 구조적 무결성에 문제를 제기할 수 있다.
본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 토륨 연료 사이클은 다음 제한에 기초한다:
i) 연료 번들에 대한 임의의 설계 변경은 현재/종래의 설계로부터 유지되는 연료 번들의 전체 기하형상 및 구조와 함께 연료 핀의 내부 치수로 제한된다. 이러한 제한으로, 원자로 노심의 안전성 및 설계 분석의 대부분은 본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 적용될 수 있을 것이다.
ii) 연료 번들과 원자로 노심의 설계를 최적화할 때, 현재 작동 중인 220 Mwe PHWR에 부여된 출력 제한은 220 Mwe ThPHWR(10)에 대해서도 준수되어야 한다. 이러한 제한은 열 전달 시스템과 열수력학의 현재 설계가 임의의 수정도 필요 없이 본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 적용된다는 것을 암시한다.
본 발명의 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 토륨 연료를 사용하는 관류식 고연소 원자로 사이클이 제공된다.
하나 이상의 비제한적 실시예는 가능한 정도로 220 Mwe PHWR의 모든 설계 특징을 유지한다. 이러한 접근법은 원자로의 안전 사례를 확립하는 데 필요한 노력을 최소화하고 가까운 미래에 하나 이상의 비제한적 실시예의 구현예를 허용할 수 있다. 원자로 노심측에서는, 노심의 기하형상, 연료 채널 개수, 및 노심 크기가 변경되지 않는다. 연료 번들측에서는, 연료 핀의 외부 치수와 연료 번들의 형상이 변경되지 않는다. 즉, 하나 이상의 비제한적 실시예는 전체 길이가 49.53 cm인 19개의 연료 핀을 포함하는 연료 번들(100)을 제공한다. 다양한 비제한적 실시예에 따른 연료 번들(100) 설계의 변경은 다음으로 제한될 수 있다:
i) 연료 조성; 및/또는
ii) 연료 핀(200)의 내부 설계 및 구조.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, ThPHWR(5)은 연료 번들(100)을 포함하는 원자로 노심(20)을 수용하는 원자로 및 원자로 용기(10)(도 1에 원으로 표시됨)를 포함한다. 연료 번들(100)은 연료 핀(200)을 포함한다. 연료 핀(200)은 연료 펠릿(300)으로 채워지는 밀봉된 튜브(210)를 포함한다.
하나 이상의 실시예에 따른 각각의 펠릿(300)의 연료 조성은 저농축도 우라늄(low enrichment uranium)(LEU)을 갖는 토륨-우라늄 혼합 산화물이다. 초기 설계 연구에서, 연료 조성은 20% 우라늄 농축도를 갖는 80 중량%의 토륨으로 특정되었다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "토륨" 및 "토륨 산화물"은 상호 교환 가능하게 사용되며, 양자 모두 토륨 산화물(ThO2)을 나타낸다. 유사하게, 본 명세서에 사용될 때, 용어 "우라늄" 및 "우라늄 산화물"은 상호 교환 가능하게 사용되며, 양자 모두 우라늄 산화물(UO2)을 나타낸다.
연료 성능 분석에 따르면 현재 설계를 사용될 경우 고연소 조건에서 큰 핵분열 가스 방출과 연료 핀 내부 압력이 예상된다. 또한, 과도한 클래딩 손상이 예측된다. 이러한 2개의 문제를 해결하기 위해, 연료 번들(100) 설계는 다음과 같이 수정되었다:
i) 핵분열 가스를 수용하고 내부 핀(200) 압력을 감소시키기 위해, 중심 구멍(310)이 연료 펠릿(300)에 도입되었다(도 2, 3 참조).
ii) 클래딩-펠릿 상호 작용을 감소시키기 위해, 초기 연료-클래딩 간극의 크기가 증가되었다.
iii) 연료 핀 무결성에 대한 조사 손상의 영향을 감소시키기 위해, 클래딩의 두께가 증가되었다.
iv) 마지막으로, 고연소에서 성능이 입증된 고급 클래딩 재료(예를 들어, 지르코늄, Zirlo™)가 선택되었다.
연료 펠릿(300)
도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 연료 펠릿(300)은 중심 축방향-연장 관통 구멍(310)을 갖는 대체로 원통형인 환형 형상을 갖는다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 연료 펠릿(300)은 다음의 물리적 파라미터를 갖는다:
i) 연료 펠릿(300) 외경: 적어도 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 및/또는 1.3 cm, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1 및/또는 1.0 cm 이하, 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.9 내지 2.0 cm, 1.1 내지 1.7 cm, 1.2 내지 1.4 cm, 1.3 내지 1.4 cm, 약 1.376 cm);
ii) 연료 펠릿 중심 구멍 직경: 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 및/또는 0.9 cm, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 및/또는 0.3 cm 이하, 및/또는 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.1 내지 1.1 cm, 0.2 내지 1.0 cm, 0.4 내지 0.8 cm, 0.5 내지 0.7 cm, 약 0.6 cm);
iii) 연료 펠릿 축방향 길이: 적어도 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 및/또는 1.5 cm, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 및/또는 0.7 cm 이하, 및/또는 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.6 내지 2.0 cm, 0.8 내지 1.2 cm, 0.9 내지 1.1 cm, 약 1.0 cm);
iv) 연료 펠릿(300) 실제 밀도 97%;
v) 상업용 PHWR 연료와 유사한 연료 펠릿 표면 거칠기 - 0.76 ㎛; 및
vi) 연료 펠릿 입자 크기 10 내지 60 ㎛.
도 3에 도시된 바와 같이, 구멍과 펠릿(300)의 축방향 단부 사이의 교차점은 챔퍼링되며, 이는 로딩 및 취급 중에 펠릿 단편을 감소시킬 수 있고, 조사의 결과로서 펠릿이 팽윤될 때 펠릿 및/또는 튜브에 대한 스트레인을 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 각각의 펠릿(300)(그리고 더 나아가 이러한 펠릿(300)으로 구성된 각각의 연료 핀(200))의 연료 조성(중량 백분율 기준)은 다음을 포함한다:
i) 적어도 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 및/또는 90 중량%의 토륨(예를 들어, 토륨 산화물), 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60 및/또는 55% 이하의 토륨, 및/또는 이러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 50 내지 95 중량%의 토륨, 60 내지 90 중량%의 토륨, 65 내지 85 중량%의 토륨);
ii) 적어도 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 및/또는 50 중량%의 우라늄 산화물 LEU, 50, 49, 48, 47, 46, 45, 44, 43, 42, 41, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 및/또는 5 중량% 이하의 우라늄 산화물 LEU, 및/또는 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 5 내지 50 중량%의 우라늄 산화물 LEU, 10 내지 40 중량%의 우라늄 산화물 LEU, 10 내지 30 중량%의 우라늄 산화물 LEU, 약 30 중량%의 우라늄 산화물 LEU, 약 15중량%의 우라늄 산화물 LEU); 및
iii) 임의로 적어도 0.0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2 및/또는 0.3 중량%(전체 펠릿 중량의 %)의 가연성 독물(예를 들어, 붕소 산화물), 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3 및/또는 0.2 펠릿 중량% 미만, 및/또는 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.0 내지 1.0 펠릿 중량%, 0.5 내지 0.3 펠릿 중량%, 0.1 내지 0.3 펠릿 중량%, 0.15 내지 0.3 펠릿 중량%, 0.2 내지 0.3 펠릿 중량%, 약 0.22 펠릿 중량%)의 농도로 붕소 산화물과 같은 가연성 독물. 붕소 산화물 이외의 가연성 독물을 사용하는 경우, 그러한 다른 재료와 동등한 양/농도를 사용할 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 이러한 가연성 독물은 특정 연료 핀(예를 들어, 아래에 설명되는 중간 링 연료 핀(200b))에 사용되는 특정 연료 펠릿(300a')에 포함될 수 있다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 제공된 모든 조성 백분율은 중량 백분율(중량%)이다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 연료 펠릿(300)은 우라늄을 완전히 생략하여, 결과적인 펠릿(300c)의 연료 조성은 100% 토륨이다. 아래에 설명된 바와 같이, 펠릿(300c)은 토륨 번들(100c)에 사용되는 토륨 연료 핀(200d)에 사용된다.
다양한 실시예에 따르면, 상이한 연료 조성의 연료 펠릿(300)은 단일 핀(200) 또는 다양한 핀(200a, 200b, 200c, 200d) 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에 따르면:
i) 중앙 연료 핀(200a)에 사용되는 연료 펠릿(300a)의 연료 조성은 70%의 토륨과 30%의 우라늄을 포함하며,
ii) 중간 링 연료 핀(200b)에 사용되는 연료 펠릿(300a')의 연료 조성은 약 70%의 토륨, 약 30%의 우라늄 및 0.22중량%의 붕소 산화물(또는 다른 가연성 독물)을 포함하고,
iii) 특정 외부 연료 핀(200c)에 사용되는 연료 펠릿(300b)의 연료 조성은 85%의 토륨과 15%의 우라늄을 포함하며,
iv) 특정한 다른 연료 핀(200d) 및 번들(300c)에 사용되는 연료 펠릿(300c)의 연료 조성은 100%의 토륨을 포함한다.
다양한 실시예에 따르면, 연료 펠릿(300)의 LEU는 적어도 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 및/또는 16%의 235U 농축도, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 및/또는 6% 이하의 235U 농축도, 및/또는 이러한 임의의 2개의 값 사이의 임의의 값(예를 들어, 5 내지 20%, 10 내지 18%, 12 내지 16%, 약 13%, 약 15%의 235U 농축도)을 갖는다. 다양한 실시예에 따르면, LEU의 235U 농축도는 단일 핀(200) 내의 상이한 연료 펠릿(300) 사이에서 상이하다. 다양한 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 핀(200a, 200b)에 사용되는 연료 펠릿(300a, 300a')의 LEU의 235U 농축도(예를 들어, 13.0% 농축도)는 하나 이상의 다른 핀(200c)에 사용되는 연료 펠릿(300b)의 LEU의 농축도(예를 들어, 15% 농축도)보다 낮다. 도 4에 예시된 실시예에서, 농축도의 차이는 2.0 절대%(13% 대 15%)이다. 그러나, 대안 실시예에 따르면, 농축도 백분율의 절대 차이는 더 높거나 더 낮을 수 있다: 예를 들어, 적어도 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 및/또는 10.0 절대% 차이, 10.0, 9.0, 8.0, 7.0, 6.0, 5.5, 5.0, 4.5, 4.0, 3.5, 3.0, 2.5, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 및/또는 0.2 절대% 차이 미만, 및/또는 이러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.2 내지 10.0 절대% 차이, 1.0 내지 8.0 절대% 차이, 약 2 절대%). 본 명세서에 사용될 때, 농축도의 차이는 백분율의 상대적인 차이가 아닌 절대적인 차이를 의미하므로, 5% 농축 LEU와 15% 농축 LEU 사이의 차이는 200%가 아닌 10%(15%-5%)이다.
연료 핀(200)
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 연료 핀(200)은 밀봉된 클래딩 튜브(210)를 포함한다. 다양한 실시예에 따르면, 밀봉된 튜브(210)는 (예를 들어, 용접을 통해) 각각의 단부에 부착된 단부 캡을 갖는 환형 튜브를 포함한다. 40 내지 50개(예를 들어, 48개)의 축방향으로 정렬된 연료 펠릿(300)이 밀봉된 튜브(210) 내에 배치되지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 핀(200)당 더 많거나 더 적은 펠릿(300)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 핵분열 가스 축적을 위한 더 많은 공간을 제공하기 위해 더 적은 수의 펠릿(300)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 펠릿(300)이 축방향으로 짧아지면, 더 많은 펠릿(300)이 사용될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 튜브(210)는 내경이 1.40 cm이고 두께가 0.06 cm이다. 단부 캡을 포함하는 튜브(210)는 임의의 적절한 재료(예를 들어, 지르코늄 합금)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 밀봉된 튜브(210)의 내부 공동은 필러(예를 들어, 헬륨)를 통해 0.5 Mpa로 가압되어 채워진다.
도 4에 예시된 바와 같이, 핀(200)의 다양한 변형은 다음과 같이 다양한 유형의 연료 펠릿(300)으로 채워져 있다:
i) 연료 핀(200a)은 핀(200a)의 연료 조성이 펠릿(300a)의 연료 조성(예를 들어, 70%의 토륨 및 30%의 우라늄(13% 농축))과 일치하도록 연료 펠릿(300a)을 포함하고;
ii) 연료 핀(200b).
연료 번들(100)
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 연료 번들(100)은 복수의 연료 핀(200)을 포함한다. 일 실시예에 따른 220 Mwe ThPHWR(10)의 경우, 연료 번들(100)은 19개의 연료 핀(200), 즉, 하나의 중앙 연료 핀(200a), 중앙 연료 핀(200a)으로부터 반경방향 외향으로 링에 배치된 6개의 중간 연료 핀(200b), 및 핀(200b)의 중간 링으로부터 반경방향 외향으로 링에 배열된 12개의 외부 연료 핀(200c)을 포함한다.
종래의 연료 번들과 마찬가지로, 냉각재가 통과하기 위한 개구를 갖는 원형 단부 판이 연료 핀(200a, 200b, 200c)의 축방향 단부에 용접되거나 달리 부착되어 핀(200)을 도 2에 도시된 위치에 유지한다.
이러한 고려 사항을 통해, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에 따른 연료 번들(100a)의 연료 조성은 다음과 같이 결정되었다:
i) 중앙 연료 핀(200a)은 70 중량%의 토륨과 30 중량%의 우라늄(구체적으로는 13% 235U 농축도 우라늄)의 조성을 갖는 연료를 포함한다. 이러한 연료 조성은 다양한 실시예에 따라 연료 핀(200a)을 연료 펠릿(300a)으로 채움으로써 달성된다.
ii) 중간 링의 연료 핀(200b)은, 연료 핀(200b)이 가연성 독물이 생략된 연료 펠릿(300a)보다는 가연성 독물(예를 들어, 0.22 펠릿 중량%의 붕소 산화물 또는 다른 동등한 재료 및 배치 조합)도 포함하는 연료 펠릿(300a')으로 채워진다는 점을 제외하고는 일반적으로 연료 핀(200a)과 유사하다. 따라서, 연료 핀(200b)과 연료 펠릿(300a')은, 가연성 독물이 소량의 토륨과 우라늄을 대체하기 때문에, 연료 핀(200a)과 연료 펠릿(300a)보다 토륨과 우라늄이 약간 적다.
iii) 외부 링에서 연료 핀(200c)의 연료 조성은 85 중량%의 토륨 및 15 중량%의 우라늄(구체적으로 15% 235U 농축도 우라늄)이다. 이러한 연료 조성은 핀(200c)을 일치하는 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300b)으로 채움으로써 다양한 실시예에 따라 달성된다.
연료 번들(100)의 연료 조성은 도 4에 요약되어 있다.
다양한 대안 실시예에 따르면, 임의의 연료 핀(200, 200a, 200b)의 연료 조성은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 전술한 연료 조성(또는 추가의 대안 연료 조성) 중 임의의 것을 갖는 연료 펠릿(300)을 사용함으로써 변경될 수 있다.
이러한 다양한 조합의 결과로서:
i) Th/U 연료 번들(100a)은:
(1) 연료 펠릿(300a)(70% Th; 30% U(13%로 농축됨))을 포함하고 가연성 독물을 포함하지 않는 Th/U 중앙 연료 핀(200a);
(2) 연료 펠릿(300a')(70 중량%의 Th 및 30 중량%의 U(13%로 농축됨)의 연료 조성; 0.22 펠릿 중량%의 붕소 산화물)을 포함하는 6개의 Th/U 중간 연료 핀(200b); 및
(3) 연료 펠릿(300b)(85 중량%의 Th; 15 중량%의 U(15% 농축됨))을 포함하고 가연성 독물은 포함하지 않는 12개의 외부 연료 핀(200c)을 포함하고;
ii) Th/U 연료 번들(100b)은, 가연성 독물이 6개의 중간 연료 핀(200b)의 펠릿(300a')에 포함되지 않는다는 점을 제외하고는 Th/U 연료 번들(100a)과 대체로 동일할 수 있고(따라서 이들 중간 연료 핀(200b)을 중앙 연료 핀(200a)과 실질적으로 동일하게 만듦), 그 결과 연료 번들(100b)에 가연성 독물이 없으며,
(1) 연료 펠릿(300a)(70% Th; 30% U(13%로 농축됨))을 포함하고 가연성 독물을 포함하지 않는 Th/U 중앙 연료 핀(200a);
(2) 연료 펠릿(300a)(70 중량%의 Th; 30 중량%의 U(13%로 농축됨))을 포함하고 가연성 독물을 포함하지 않는 6개의 Th/U 중간 연료 핀(200b); 및
(3) 연료 펠릿(300b)(85 중량%의 Th; 15 중량%의 U(15% 농축됨))을 포함하고 가연성 독물은 포함하지 않는 12개의 외부 연료 핀(200c)을 포함하고;
iii) 연료 번들(100c)은, 연료 펠릿(300c)(100% 토륨)을 포함하고 가연성 독물을 포함하지 않는 연료 핀(200d)을 포함한다.
연료 번들, 핀, 및 펠릿을 위한 대안 조성
본 명세서에 설명된 연료 번들(100a, 100b), 핀(200a, 200b, 200c), 및 펠릿(300a, 300a', 300b)의 조성은 다양한 대안 실시예에 따라 다양한 방식으로 수정될 수 있다.
연료 번들(100a, 100b) 및/또는 연료 핀(200a, 200b, 200c)의 하나 이상의 대안 실시예에 따르면, 연료 펠릿(300a, 300a', 300b)은 전술한 실시예 중 하나 이상에서보다 더 고도로 농축된 우라늄을 이용할 수 있다(예를 들어, (a) 적어도 15, 16, 17, 및/또는 18% 235U 농축도, (b) 19.95, 19, 및/또는 18% 235U 농축도 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 상한 및 하한 값 사이(예를 들어, 예를 들어, 15 내지 19.95% 235U 농축도, 16 내지 19% 235U 농축도, 약 17.8% 235U 농축도).
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 각각의 펠릿(300a, 300a', 300b)에서 우라늄의 235U 농축도 레벨은 연료 번들(100a, 100b), 연료 핀(200a, 200b, 200c), 및/또는 연료 펠릿(300a, 300a', 300b)의 다수 또는 전부에 걸쳐 표준화될 수 있다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 가연성 독물은 중간 링 연료 핀(200b) 및 펠릿(300a')에서보다는 외부 링 핀(200c) 및 펠릿(300b)에 제공될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 외부 링 핀(200c)과 펠릿(300b)에 사용되는 가연성 독물은 (a) 펠릿의 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 및/또는 1.3 중량%, (b) 펠릿의 3.0, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 및/또는 1.3 중량% 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 펠릿의 0.1 내지 3.0 중량%, 펠릿의 1.0 내지 2.0 중량%, 펠릿의 약 1.3 중량%)의 농도로 에르븀 산화물을 포함한다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 중간 링 핀(200b)의 펠릿(300a, 300a')에서 연료의 토륨 농도는 전술한 실시예 중 하나 이상에서보다 높을 수 있고, 예를 들어 (a) 연료의 적어도 71, 72, 73, 74, 및/또는 75 중량%, (b) 연료의 84, 83, 82, 81, 80, 79, 78, 77, 76, 및/또는 75 중량% 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 연료의 71 내지 84 중량%, 연료의 72 내지 78 중량%, 연료의 약 75 중량%)일 수 있다.
도 5는 이들 실시예 중 하나 이상에 따른 연료 번들(100a, 100b)의 조성을 예시한다.
다양한 대안 실시예에 따르면, Th/U 연료 번들(100)은:
i) Th/U 중앙 연료 핀(200a)으로서,
(1) 60% Th 및 40% U(15%로 농축됨)를 포함하는 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300a), 및
(2) 0.6 중량%의 유로퓸(Eu) 가연성 독물을 포함하는, Th/U 중앙 연료 핀;
ii) 6개의 Th/U 중간 연료 핀(200b)으로서,
(1) 65 중량%의 Th 및 35 중량%의 U(15%로 농축됨)의 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300a'), 및
(2) 0.6 중량%의 유로퓸(Eu) 가연성 독물을 포함하는, Th/U 중간 연료 핀; 및
iii) 12개의 외부 연료 핀(200c)으로서,
(1) 70 중량%의 Th 및 30 중량%의 U(10%로 농축됨)를 포함하는 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300b)을 포함하고,
(2) 가연성 독물을 포함하지 않는, 외부 연료 핀을 포함한다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 동일한 유형의 연료 번들(예를 들어, 바로 전술한 바와 같은)이 다양한 조성을 갖는 전술한 번들(100a, 100b, 100c) 대신에 원자로 내의 모든 위치에서 사용될 수 있다.
다양한 대안 실시예에 따르면, Th/U 연료 번들(100)은:
i) Th/U 중앙 연료 핀(200a)으로서,
(1) 60% Th 및 40% U(16%로 농축됨)를 포함하는 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300a), 및
(2) 0.6 중량%의 유로퓸(Eu) 가연성 독물을 포함하는, Th/U 중앙 연료 핀;
ii) 6개의 Th/U 중간 연료 핀(200b)으로서,
(1) 65 중량%의 Th 및 35 중량%의 U(16%로 농축됨)의 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300a'), 및
(2) 0.6 중량%의 유로퓸(Eu) 가연성 독물을 포함하는, Th/U 중앙 연료 핀; 및
iii) 12개의 외부 연료 핀(200c)으로서,
(1) 80 중량%의 Th 및 20 중량%의 U(15%로 농축됨)를 포함하는 연료 조성을 갖는 연료 펠릿(300b)을 포함하고,
(2) 가연성 독물을 포함하지 않는, 외부 연료 핀을 포함한다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 동일한 유형의 연료 번들(예를 들어, 바로 전술한 바와 같은)이 다양한 조성을 갖는 전술한 번들(100a, 100b, 100c) 대신에 원자로 내의 모든 위치에서 사용될 수 있다.
CANDU 600 MWe 원자로 실시예
도 6은 하나 이상의 비제한적 대안 실시예에 따른 원자로(1005)를 예시한다. 예시된 원자로(1005)는 대체로 전술한 실시예와 유사하므로, 유사하거나 동일한 구조 및 특징에 대한 중복 설명은 생략한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 원자로(1005)의 원자로 용기(1010)는 연료 번들(1100)이 배치되는 채널을 정의하는 복수의 칼란드리아 튜브(1030) 및 압력 튜브(1040)를 포함하는 노심(1020)을 수용한다.
예시된 실시예에서, 원자로(1005), 원자로 용기/하우징(1010), 칼란드리아 튜브(1030), 및 압력 튜브(1040)는 하나 이상의 비제한적 실시예가 관련된 CANDU 유형 원자로의 잘 알려진 구성요소이므로, CANDU 원자로의 이들 종래의 구성요소는 생략된다. 유사하게, 연료 번들(1100)과 핀(1200a, 1200b, 1200c, 1200d)의 치수 및 구성은 마찬가지로 다양한 비제한적 실시예가 관련된 CANDU 원자로와 관련하여 잘 알려져 있으므로, 이러한 치수 및 구성에 대한 철저한 설명은 생략된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 연료 번들(1100)은, 연료 펠릿(1300a)을 포함하는 1개의 중앙 연료 핀(1200a), 연료 펠릿(1300a)을 포함하는 6개의 제1 링 연료 핀(1200b), 연료 펠릿(1300b)을 포함하는 12개의 제2 링 연료 핀(1200c), 및 연료 펠릿(1300c)을 포함하는 18개의 외부 링 연료 핀(1200d)을 포함하여 37개의 연료 핀을 포함한다.
도 7에 예시된 비제한적 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에 따른 연료 번들(1100)의 연료 핀(1200a, 1200b, 1200c, 1200d)의 연료 펠릿(1300a, 1300b, 1300c)의 조성은 종래의 37-핀 CANDU 연료 번들의 조성과 상이하다.
연료 번들(1100) 및/또는 연료 핀(1200a, 1200b, 1200c, 및/또는 1200d)의 하나 이상의 실시예에 따르면, 연료 펠릿(1300a, 1300b 및/또는 1300c)은 (a) 적어도 13, 14, 15, 16, 17, 및/또는 18% 235U 농축도, (b) 19.95, 19, 18, 및/또는 17% 235U 농축도 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 상한 및 하한 값 사이(예를 들어, 13 내지 19.95% 235U 농축도, 16 내지 19% 235U 농축도, 약 16, 17, 18, 또는 19% 235U 농축도)로 농축된 우라늄을 이용한다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 중앙 연료 핀(1200a) 및/또는 제1 링 연료 핀(1200b)의 연료 펠릿(1300a)의 235U 농축도는 서로 동일하다. 그러나, 하나 이상의 대안 실시예에 따르면, 중앙 핀(1200a)에서 연료 펠릿의 농축도 레벨은 제1 링 연료 핀(1200b)에서 연료 펠릿의 농축도 레벨보다 더 높거나 낮을 수 있다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 중앙 연료 핀(1200a) 및/또는 제1 링 연료 핀(1200b)에서 연료 펠릿(1300a)의 235U 농축도는, (a) 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 및/또는 8.0 절대%, (b) 8.0, 7.5, 7.0, 6.5, 6.0, 5.5., 5.0, 4.5, 4.0, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3.0, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 및/또는 0.2 절대% 이하, 및/또는 (c) 이러한 상한과 하한 사이의 임의의 값(예를 들어, 0.1 내지 8.0 절대%, 0.5 내지 1.5 절대%, 1.5 내지 2.5 절대%, 약 1 절대%, 약 3 절대%)만큼 제2 링 핀(1200c)에서의 연료 펠릿(1300b) 및/또는 외부 링 핀(1200d)에서의 연료 펠릿(1300c)의 235U 농축도보다 높다. 본 명세서에 사용될 때, 농축도의 '절대%'는 농축도의 백분율을 의미하는 것이지, 또 다른 농축도 값과의 백분율 편차를 의미하는 것은 아니다. 결과적으로, 19% 농축도를 갖는 연료 펠릿(1300a)은 17% 농축도를 갖는 펠릿(1300b)보다 2 절대% 더 높은 농축도를 갖는다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 제2 링 핀(1200c)에서 연료 펠릿(1300b)의 235U 농축도는 (a) 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 및/또는 7.0 절대%, (b) 7.0, 6.5, 6.0, 5.5, 5.0, 4.5, 4.0, 3.9, 3.8, 3.7, 3.6, 3.5, 3.4, 3.3, 3.2, 3.1, 3.0, 2.9, 2.8, 2.7, 2.6, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 및/또는 0.2 절대% 이하, 및/또는 (c) 이러한 상한과 하한 사이의 임의의 값(예를 들어, 0.1 내지 7.0 절대%, 0.5 내지 1.5 절대%, 약 1 절대%)만큼 외부 링 핀(1200d)에서의 연료 펠릿(1300c)의 235U 농축도보다 높다.
하나 이상의 비제한적 실시예에 따르면, 연료 펠릿(1300a 및/또는 1300b) 및/또는 핀(1200a, 1200b 및/또는 1200c)은 가연성 독물을 포함한다. 다양한 실시예에 따르면, 펠릿(1300a 및/또는 1300b) 및/또는 핀(1200a, 1200b 및/또는 1200c)에 사용되는 가연성 독물은 (a) 펠릿의 적어도 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.1, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 및/또는 1.3 중량%, (b) 펠릿의 3.0, 2.5, 2.4, 2.3, 2.2, 2.1, 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.15, 0.14, 0.13, 0.12, 0.11, 0.1, 0.09, 0.08, 0.07, 0.06 및/또는 0.05 중량% 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 펠릿의 0.05 내지 3.0 중량%, 펠릿의 1.0 내지 2.0 중량%, 펠릿의 약 1.2 중량%, 0.05 중량% 내지 0.2 중량%, 0.05 내지 0.15 중량%)의 농도로 유로퓸 산화물을 포함한다. 다양한 실시예에 따르면, 연료 펠릿(1300a) 및/또는 중앙 및 제1 핀(1200a, 1200b)에서 가연성 독물 농도는 (a) 적어도 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 및/또는 1.0 절대 중량%, (b) 2.0, 1.9, 1.8, 1.7, 1.6, 1.5, 1.4, 1.3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 및/또는 0.1 절대 중량% 미만, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 0.1 내지 2.0 절대 중량%, 0.5 내지 1.7 절대 중량%, 약 1.1 절대 중량%) 만큼 연료 펠릿(1300b) 및/또는 제2 링 핀(1200c)에서의 가연성 독물(예를 들어, 유로퓸 산화물) 농도보다 높다. 하나 이상의 비제한적 실시예에 따르면, 연료 펠릿(1300a)은 1.2 중량%의 유로퓸 산화물 농도를 갖고, 연료 펠릿(1300b)은 0.1 중량%의 유로퓸 산화물 농도를 가지며, 그에 따라 펠릿(1300a)은 펠릿(1300b)보다 1.1 절대 중량% 더 높은 유로퓸 산화물 농도를 갖는다. 하나 이상의 대안 실시예에 따르면, 임의의 다른 가연성 독물(예를 들어, 에르븀 산화물)이 추가로 및/또는 대안적으로 사용될 수 있다.
다양한 대안 실시예에 따르면, 가연성 독물(예를 들어, 상기 실시예 중 임의의 것에서 설명된 농도의 유로퓸 산화물 및/또는 에르븀 산화물)은 추가로 및/또는 대안적으로 연료 펠릿(1300c) 및/또는 핀(1200d)에 제공될 수 있다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 중앙 핀(1200a) 및/또는 제1 링 핀(1200b)의 연료 펠릿(1300a)에서 토륨 연료 농도(즉, 전체 연료 중량의 일부로서 토륨 중량%)는 (a) 적어도 45, 50, 55, 57.5, 60, 62.5, 및/또는 65 중량%, (b) 90, 85, 80, 75, 70, 65, 62.5, 및/또는 60 중량% 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이(예를 들어, 45 내지 90 중량%, 50 내지 70 중량%, 55 내지 65 중량%, 57.5 내지 62.5 중량%, 약 65 중량%)이다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 펠릿의 연료 조성의 나머지는 우라늄(예를 들어, 65 중량%의 토륨 및 35 중량%의 우라늄)이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 제2 링 핀(1200c)의 연료 펠릿(1300b)에서 토륨 연료 농도(즉, 전체 연료 중량의 일부로서 토륨 중량%)는 (a) 적어도 55, 60, 65, 70, 72.5, 75, 및/또는 77.5 중량%, (b) 95, 90, 85, 80, 77.5, 75, 및/또는 72.5 중량% 이하, 및/또는 (c) 이러한 임의의 2개의 사이(예를 들어, 55 내지 95 중량%, 65 내지 85 중량%, 70 내지 80 중량%, 72.5 내지 77.5 중량%, 약 75 중량%)이다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 펠릿의 연료 조성의 나머지는 우라늄(예를 들어, 75 중량%의 토륨 및 25 중량%의 우라늄)이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 외부 링 핀(1200d)의 연료 펠릿(1300c)에서 토륨 연료 농도(즉, 전체 연료 중량의 일부로서 토륨 중량%)는 (a) 적어도 55, 60, 65, 70, 75, 80, 82.5, 85, 및/또는 87.5 중량%, (b) 99, 95, 90, 87.5, 85, 및/또는 82.5 중량% 이하, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개 값 사이(예를 들어, 55 내지 99 중량%, 75 내지 95 중량%, 80 내지 90 중량%, 82.5 내지 87.5 중량%, 약 85 중량%)이다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 펠릿의 연료 조성의 나머지는 우라늄(예를 들어, 85 중량%의 토륨 및 15 중량%의 우라늄)이다.
이들 실시예 중 하나 이상에 따르면, 외부 링 핀(1200d)의 펠릿(1300c)에서 토륨 연료 농도는 제2 링 핀(1200c), 제1 링 핀(1200b), 및/또는 중앙 핀(1200a)의 연료 펠릿(1300b 및/또는 1300c)에서의 토륨 연료 농도보다 높다. 다양한 비제한적 예에 따르면, 펠릿(1300c)에서 토륨 연료 농도(즉, 전체 연료 중량의 일부로서 토륨 중량%)는 (a) 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및/또는 15 절대 중량%, (b) 25, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 및/또는 1 절대 중량% 미만, 및/또는 (c) 이러한 임의의 2개의 값 사이의 값(예를 들어, 1 내지 25 절대 중량%, 5 내지 15 중량%, 약 10 중량%) 만큼 펠릿(1300b)에서의 토륨 연료 농도보다 높다. 다양한 비제한적 예에 따르면, 펠릿(1300c)에서 토륨 연료 농도는 (a) 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 및/또는 30 절대 중량%, (b) 30, 29, 28, 27, 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 및/또는 1 절대 중량% 미만, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이의 값(예를 들어, 1 내지 30 절대 중량%, 20 내지 30 중량%, 약 25 중량%) 만큼 펠릿(1300a)에서의 토륨 연료 농도보다 높다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 제2 링 핀(1200c)의 펠릿(1300b)에서 토륨 연료 농도는 제1 링 핀(1200b) 및/또는 중앙 핀(1200a)의 연료 펠릿(1300a)에서의 토륨 연료 농도보다 높다. 다양한 비제한적 예에 따르면, 펠릿(1300b)에서 토륨 연료 농도는 (a) 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 및/또는 20 절대 중량%, (b) 30, 25, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 및/또는 1 절대 중량% 미만, 및/또는 (c) 그러한 임의의 2개의 값 사이의 값(예를 들어, 1 내지 30 절대 중량%, 5 내지 25 절대 중량%, 10 내지 20 절대 중량%, 및/또는 약 15 절대 중량%) 만큼 펠릿(1300a)에서의 토륨 연료 농도보다 높다.
본 명세서에 사용될 때, '절대 중량%'는 전체 연료 함량의 백분율을 의미하며, 또 다른 값과의 백분율 편차를 의미하는 것은 아니다. 결과적으로, 60 중량%의 토륨 연료 농도를 갖는 연료 펠릿(1300a)은 75 중량%의 토륨 연료 농도를 갖는 연료 펠릿(1300b)보다 15 절대 중량% 더 낮은 농도를 갖는다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 중앙 핀(1200a) 및/또는 제1 링 핀(1200b)에서 모든 연료 펠릿(1300a)의 조성(예를 들어, 235U 농축도 레벨, 토륨/우라늄 농도, 독물 농도)는 동일할 수 있다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 제2 링 핀(1200c)에서 모든 연료 펠릿(1300b)의 조성은 동일할 수 있다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 외부 링 핀(1200d)에서 모든 연료 펠릿(1300c)의 조성은 동일할 수 있다. 다양한 대안 실시예에 따르면, 주어진 링 내의 상이한 핀은 상이한 조성을 갖는 펠릿을 이용할 수 있다. 다양한 대안 실시예에 따르면, 주어진 핀 내의 연료 펠릿은 서로 상이한 조성을 가질 수 있다.
다양한 비제한적 실시예에 따르면, 연료는 토륨이 현장에서 연소되는 U233으로 변환되는 개방형 연료 사이클에서 이용된다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 연료는 현재의 CANDU/PHWR 연료로는 달성할 수 없는 레벨까지 연소된다. 다양한 비제한적 실시예에 따르면, 핵분열성 물질의 잔류량은 비발전 원자로 용례에 사용하기에는 중요하지 않다. 연료는 강하게 음인 연료 온도 반응성 계수 및 감소된 냉각재 공극 반응성과 같은 고유한 안전 특징을 특징으로 한다.
대안 원자로
전술한 실시예는 220 MWe PHWR용 연료(100, 200, 300) 또는 CANDU 600 MWe 원자로용 연료(1100, 1200, 1300)를 수반한다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 유형의 PHWR에 대해 다양한 실시예가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 다양한 실시예는 다른 인도 PHWR(예를 들어, 인도 540 MWe PHWR, 인도 700 MWe PHWR) 또는 다른 CANDU 원자로(예를 들어, 300 또는 900 MWe)에 적용될 수 있으며, 전술한 실시예의 19-핀 및 37-핀 실시예보다 더 많거나 적은 핀을 갖는 연료 번들을 사용할 수 있다.
달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 본 명세서에서 펠릿, 핀, 및 연료 번들에 대한 조성(예를 들어, 중량%, 연료, 가연성 독물 등의 관점에서)은 원자로 내에서 조사된 후의 조성보다는 원자로에서 사용되기 전에 새로운, 조사되지 않은 펠릿, 핀, 또는 연료 번들에 대한 조성을 의미한다. 새로운 펠릿은 재활용 우라늄, 감손 우라늄, 천연 우라늄, 및/또는 이전에 조사된 우라늄 소스를 비롯하여 임의의 다른 소스로부터의 우라늄을 포함할 수 있다. 유사하게, 새로운 펠릿은 이전에 조사된 소스를 비롯하여 임의의 소스로부터의 토륨을 포함할 수 있다.
앞에서 예시된 실시예는 다양한 실시예의 구조적 및 기능적 원리를 예시하기 위해 제공되는 것이며 제한하도록 의도되지 않는다. 이와 달리, 본 발명의 원리는 그 임의의 및 모든 변화, 변경 및/또는 대체(예를 들어, 다음 청구범위의 사상 및 범위 내의 임의의 변경)를 포괄하도록 의도된다.
Claims (34)
- 가압중수로에 사용되도록 구성된 새로운 연료 펠릿이며, 연료 펠릿은 토륨과 우라늄 연료를 포함하고,
연료 펠릿의 연료 조성은 55 내지 90 중량% 토륨이며,
연료 조성은 10 내지 45 중량% 우라늄이고,
우라늄의 235U 농축도는 10.5% 내지 20%인, 연료 펠릿. - 제1항에 있어서, 펠릿은 관통 구멍을 갖는 환형 형상인, 연료 펠릿.
- 제2항에 있어서, 관통 구멍은 0.3 내지 1.0 cm의 직경을 갖는, 연료 펠릿.
- 제1항에 있어서, 연료 조성은 70 내지 90 중량%의 토륨인, 연료 펠릿.
- 제1항에 있어서, 우라늄의 235U 농축도는 15% 내지 19%인, 연료 펠릿.
- 가압중수로에 사용되도록 구성된 연료 핀이며,
밀봉된 튜브, 및
제1항에 따른 복수의 연료 펠릿을 포함하고,
복수의 연료 펠릿은 밀봉된 튜브 내부에 배치되는, 연료 핀. - 제6항에 있어서, 연료 핀의 연료 조성은 70 내지 85 중량%의 토륨인, 연료 핀.
- 제6항에 있어서, 복수의 연료 펠릿 각각은 가연성 독물을 포함하는, 연료 핀.
- 가압중수로에 사용되도록 구성된 연료 번들이며, 연료 번들은 제6항에 따른 복수의 연료 핀을 포함하고, 복수의 연료 핀 중 적어도 하나의 연료 조성은 복수의 연료 핀 중 적어도 하나의 다른 연료 핀의 연료 조성과 상이한, 연료 번들.
- 제9항에 있어서,
연료 번들은 220 MWe PHWR에 사용되도록 형상화 및 구성되고;
복수의 연료 핀은 1개의 중앙 연료 핀, 1개의 중앙 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 6개의 중간 연료 핀, 및 6개의 중간 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 12개의 외부 연료 핀을 포함하는 정확히 19개의 연료 핀을 갖고;
중앙 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성의 토륨 중량 백분율보다 낮은, 연료 번들. - 제10항에 있어서,
중앙 연료 핀과 6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 55 내지 75 중량%의 토륨 함량을 가지며;
12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성은 65 내지 90 중량%의 토륨 함량을 갖고;
12개의 외부 연료 핀 각각은 중앙 연료 핀과 6개의 중간 연료 핀 각각보다 더 높은 중량%의 토륨 함량을 갖는, 연료 번들. - 제10항에 있어서,
중앙 연료 핀의 연료 조성은 6개의 중간 연료 핀 각각에서보다 낮은 중량%의 토륨 함량을 갖고;
6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 12개의 외부 연료 핀 각각에서보다 낮은 중량%의 토륨 함량을 갖는, 연료 번들. - 제12항에 있어서,
중앙 연료 핀의 연료 조성은 55 내지 70 중량%의 토륨 함량을 갖고;
6개의 중간 연료 핀 각각의 연료 조성은 60 내지 80 중량%의 토륨 함량을 가지며;
12개의 외부 연료 핀 각각의 연료 조성은 65 내지 90 중량%의 토륨 함량을 갖는, 연료 번들. - 제10항에 있어서, 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 더 포함하는, 연료 번들.
- 제14항에 있어서, 가연성 독물은 임의의 외부 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는, 연료 번들.
- 제10항에 있어서, 중앙 및 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 더 포함하고, 가연성 독물은 임의의 외부 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는, 연료 번들.
- 제16항에 있어서, 중앙 및 6개의 중간 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물은 유로퓸을 포함하는, 연료 번들.
- 제10항에 있어서, 12개의 외부 연료 핀 각각의 밀봉된 튜브에 배치된 가연성 독물을 더 포함하는, 연료 번들.
- 제18항에 있어서, 가연성 독물은 중앙 연료 핀 또는 임의의 중간 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는, 연료 번들.
- 제10항에 있어서, 가연성 독물은 연료 번들의 임의의 연료 핀의 밀봉된 튜브에 배치되지 않는, 연료 번들.
- 제10항에 있어서, 중앙, 중간, 및 외부 핀 각각의 우라늄의 235U 농축도는 적어도 12%인, 연료 번들.
- 제10항에 있어서, 중앙, 중간, 및 외부 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도는 적어도 15%인, 연료 번들.
- 제22항에 있어서, 12개의 외부 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도는 중앙 및 6개의 중간 핀 각각의 펠릿 각각의 우라늄의 235U 농축도보다 낮은, 연료 번들.
- 제9항에 있어서,
연료 번들은 CANDU PHWR에서 사용되도록 형상화 및 구성되며;
복수의 연료 핀은:
1개의 중앙 연료 핀,
1개의 중앙 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 6개의 제1 링 연료 핀,
6개의 제1 링 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 12개의 제2 링 연료 핀, 및
12개의 제2 링 연료 핀으로부터 반경방향 외향으로 배치된 18개의 외부 연료 링 핀을 포함하여 정확히 37개의 연료 핀을 포함하는, 연료 번들. - 제24항에 있어서, 중앙 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 제2 링 핀 및 외부 링 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율보다 낮은, 연료 번들.
- 제24항에 있어서,
중앙 연료 핀 및 제1 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 50 내지 70 중량%이고;
제2 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 60 내지 90 중량%이며;
외부 링 연료 핀의 연료 조성의 토륨 중량 백분율은 75 내지 99 중량%인, 연료 번들. - 제24항에 있어서, 중앙 연료 핀 및 제1 링 연료 핀의 우라늄의 235U 농축도는 제2 링 핀 또는 외부 링 핀의 우라늄의 235U 농축도보다 높은, 연료 번들.
- 제27항에 있어서, 제2 링 연료 핀의 우라늄의 235U 농축도는 외부 링 핀의 우라늄의 235U 농축도보다 높은, 연료 번들.
- 제24항에 있어서, 중앙 핀, 제1 링 핀, 및 제2 링 핀은 각각 가연성 독물을 포함하는, 연료 번들.
- 제29항에 있어서, 가연성 독물은 유로퓸 산화물을 포함하는, 연료 번들.
- 제29항에 있어서, 외부 링 핀은 가연성 독물을 포함하지 않는, 연료 번들.
- 가압중수로이며,
원자로 용기; 및
원자로 용기에 배치된 노심을 포함하고, 노심은 제9항에 따른 복수의 연료 번들을 포함하며,
복수의 연료 번들은 제1 유형의 연료 번들과 제2 유형의 연료 번들을 포함하고,
제1 유형의 연료 번들은 가연성 독물을 포함하며,
제2 유형의 연료 번들은 가연성 독물을 포함하지 않는, 가압중수로. - 제32항에 있어서, 제1 및 제2 유형의 연료 번들은 제2 유형의 연료 번들에 가연성 독물을 포함한다는 점을 제외하고는 서로 동일한, 가압중수로.
- 가압중수로에 사용되도록 구성된 연료 펠릿이며, 연료 펠릿은 토륨과 우라늄 연료를 포함하고,
연료 펠릿의 연료 조성은 55 내지 90 중량% 토륨이며,
연료 조성은 10 내지 45 중량% 우라늄이고,
우라늄의 235U 농축도는 5% 내지 20%이며,
펠릿은 관통 구멍을 갖는 환형 형상인, 연료 펠릿.
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