KR20240046680A - 핵 반응기 중성자 반사체 - Google Patents

Abstract

중성자 반사체 설계로서, 상기 중성자 반사체 설계는, 내부 반사체 부재와 외부 반사체 부재 사이의 계면에서 반경 방향으로 인접한 외부 반사체 부재들 상에 내부 반사체 부재들을 지지함으로써 내부 반사체 부재들 내의 응력을 낮추고, 그에 따라, 개별 내부 반사체 부재는 바로 아래에 있는 반사체 어셈블리의 층에서 내부 반사체 부재에 의해 지지되지 않으며, 내부 반사체 부재는 바로 위의 반사체 어셈블리의 층에서 내부 반사체 부재로부터의 하중을 지탱할 필요가 없다. 이러한 개별-부재-지지 배열에 의한, 개별 내부 반사체 부재들에 의해 지탱되는 하중의 저하는, 핵 반응기 코어에 인접한 높은 방사선 플럭스 환경에서 강화된 응력-유도 반사체 손상을 감소시킨다. 내부 반사체 부재들은, 외부 반사체 부재들을 제거할 필요 없이, 교체를 위해 제거가능하다.

Description

핵 반응기 중성자 반사체{NUCLEAR REACTOR NEUTRON REFLECTOR}

본 발명은 에너지부에 의해 수여된 계약 번호 DE-NE0009040에 따라 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 대해 특정 권리를 갖는다.

탄소는, 주로 흑연 형태로, 가스 냉각식 핵 반응기에 사용되어 왔다. 흑연은, 강하게 공유결합된 탄소 고리들의 평면 층들이, 이 층들 사이의 상대적으로 약한 반데르발스 상호작용에 의해, 함께 유지되는 탄소의 이방성 결정성 형태이다. 이 더 약한 결합은 상대적으로 약한 전단 강도를 제공한다. 중성자에 의해 조사되면, 일부 탄소 원자들이 변위되어, 결정 격자에 공석(vacancies)이 생기고, 간극 부위들에 원자가 머무른다. 특히 상승된 온도에서는, 이동성이 증가하고, 원자 이동으로 인해 격자 크기가 변경되고, 이와 관련된 일방향 팽윤이 발생할 수 있는데, 이는 약한 반데르발스 결합이 전형적으로, 평면 층의 강한 공유결합보다 먼저 끊어지기 때문이다. 탄소는 또한, 더 높은 온도에서 산화로 인해 열화되는 것으로 알려져 있으며, 이는 치수 변화율을 증가시키고 재료 강도를 상당히 감소시킬 수 있다.

중성자 반사 구조체, 예를 들어, 흑연 형태의 탄소로부터 형성된 구조체가, 핵분열 사건에서 방출된 중성자를 반응기 코어 내로 다시 반사시키기 위해 반응기 용기 내에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 중성자를 반사하면, 코어 외부 재료(예를 들어, 반응기 용기의 금속)의 조사를 줄일 수 있고, 어느 정도의 중성자 감속을 제공하며, 핵분열성 연료를 함유하는 반응기 코어 영역에서 중성자 플럭스를 증가시킬 수 있다. 반응기 코어의 반경 방향 외부 영역들에서의 중성자 플럭스의 증가는, (코어의 중심에서의 중성자 플럭스에 비해) 코어를 가로지르는 중성자의 분포를 평탄화하는 것을 도우며, 그에 따라, 코어 전체에 걸쳐 연료의 더욱 균일한 소비를 제공하는 데 유리할 수 있다.

일 구현예에서, 중성자 반사체는, 내부 반사체 블록들의 고리들의 대응 층들의 반경 방향 외부에 쐐기형 외부 반사체 블록들의 고리들의 층들을 포함한다. 내부 반사체 블록들은 외부 반사체 블록들의 부분적인 차폐를 제공하여, 외부 블록들의 열화 속도 및 양을 감소시키는 데 도움을 준다. 그것들의 위치로 인해, 내부 반사체 블록들은 반응기 코어로부터의 가장 많은 양의 중성자 방사선에 노출된다.

내부 반사체 블록들은 그것들 각각의 외부 반사체 블록들에 의해 개별적으로 지지되고, 그것들은 외부 반사체 블록들보다 수직 높이가 약간 작으며, 그에 따라, 수직으로 인접한 내부 반사체 블록들 사이의 수직 갭을 보장한다. 이는, 이전 반사체 설계에서와 같이 그것들 위에 배치된 블록들의 자체 중량(dead weight)으로 내부 반사체 블록들의 하중을 제거한다는 중요한 이점을 갖는다. 이 접근법은, 외부 반사체 블록들을 제거할 필요 없이 교체를 위해 내부 반사체 블록들을 제거할 수 있기 때문에, 반사체의 많은 부분들을 분해하는 대신, 내부 반사체 블록들을 선택적(selective) 방식으로 제거 및 교체하는 것을 가능하게 한다. 이는 가능하게는 반사체 유지 보수를 단순화하고, 비용을 낮추며, 전력 생산 주기들 사이에 반응기를 정지해야 하는 시간의 양을 최소화하는 데 도움이 될 수 있다.

일 구현예에서, 내부 반사체 블록의 반경 방향 외부 표면에는, 외부 반사체 블록의 반경 방향 내부 표면에서 대응하는 표면 특징부들과 협동하도록 구성된, 쐐기형 돌출부들 또는 홈들과 같은, 표면 특징부들이 제공된다. 상보적인 표면 특징부들은, 바람직하게는 경사진, 표면들을 가지며, 내부 반사체 블록이 외부 반사체 블록의 반경 방향 내부 면에 있는 위치로 낮아질 때, 경사진 표면들은 외부 반사체 블록에 대해 상대적인 목적하는 수직 높이에서 내부 반사체 이동을 저지하도록 배열된다. 이 배열에서, 외부 반사체 블록은 자신이 지탱하는 내부 반사체 블록의 중량만을 지지하는데, 이는, 반사체 어셈블리 내의 더 높은 층들에서 수직으로 배치된 내부 반사체 블록들이 더 이상 더 낮은 내부 반사체 블록들을 지탱하지 않기 때문이다(더 높은 내부 반사체 블록들도 그것들 자신의 개별 외부 반사체 블록들 상에서 독립적으로 지지됨). 이러한 개별 블록-지지 접근법은 개별 내부 반사체 블록들의 하중 응력을, 완전히 제거하지는 않더라도, 실질적으로 감소시키며, 그에 따라, 내부 반사체 블록들의 응력-강화 방사선-유도 열화가 현저하게 감소된다.

외부 반사체 블록은, 하나의 내부 반사체 블록, 또는 하나보다 많은 둘레상으로 인접한 내부 반사체 블록들을 지지하는 크기일 수 있다. 부분-높이 외부 반사체 블록들의 반경 방향 내부-대향 표면들이, 조합될 때, 내부 반사체 블록의 반경 방향 외부-대향 표면에, 적절한 내부 반사체 블록 지지 표면 특징부들을 제공하는 한, 내부 반사체 블록은 또한, 두 개 이상의 부분-높이 외부 반사체 블록들의 스택 상에 지지될 수 있다.

내부 반사체 블록들에는, 계측장비(instrumentation) 또는 제어봉(control rods)과 같은 장비를 수용하는 수직 관통 통로들이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 관통 통로들에는 삽입 요소들이 제공되며, 바람직하게는 반사체 블록의 수직 높이와 양립하는 수직 높이를 갖는 대체적으로 원통형 세그먼트들의 형태로 제공된다. 원통형 세그먼트들에는, 반사체 어셈블리가 완성될 때 내부 반사체 블록들의 고정(hold-down)을 돕기 위해 내부 반사체 블록들의 상보적인 오목부들과 협동하도록 구성된 둘레방향 플랜지들 및/또는 측방향 돌출부들이 원통형 세그먼트들의 상부 단부들에 제공될 수 있으며, 이때, 어셈블리에서 튜브형 세그먼트들의 그 결과 발생된 컬럼들은, 외부 반사체 블록들에 대해 상대적으로 그것들의 개별 내부 반사체 블록들의 상향 이동을 제한할 수 있다.

본 발명의 반사체 블록 배열체들은 또한, 반응기 조립 시간 및 노력을 현저하게 감소시킬 수 있다. 이전 반사체 설계들에서, 반사체는 그것의 지지 구조체 상에서(예를 들어, 코어 배럴 바닥 근처의 지지체들 상에) 조립되었으며, 블록들의 새로운 층 각각이 기저의 층들에 의해 지지되기 때문에 블록 적층 공정에서 반사체가 한 층씩 쌓여야만 하였다. 외부 탄소 반사체 블록 상에 각각의 개별 내부 반사체 탄소 블록을 지지하는 이러한 접근법으로, 임의의 수의 블록 층들이 조립되어 반사체 블록 층들의 서브어셈블리 또는 세그먼트를 형성할 수 있다. 이를 통해, 반응기 용기로부터 떨어져 있는 반사체 블록 층들의 서브세트를 미리 조립한 다음, 반응기 용기 내에서 다수의 세그먼트들 하나 위에 다른 하나를 빠르게 배치함으로써, 중성자 반사체를 구축할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 코어 배럴은 또한 세그먼트들로 형성될 수 있으며, 이때 각각의 세그먼트는 세그먼트에서 목적하는 개수의 반사체 블록 층들을 수용하도록 크기가 정해진다. 반응기 용기로부터 떨어진 코어 배럴 및 반사체 블록 세그먼트들의 원격 조립은, 사전 조립된 세그먼트들 코어 배럴 및 반사체가 병렬로 빠르게 구축될 수 있기 때문에, 반응기 조립 동안 시간 및 비용을 추가적으로 절약하는 것을 가능하게 할 수 있으며, 가능하게는 더 가벼운 서브-어셈블리들은 반응기 보수를 위해 제공되어야 하는 필요한 크레인 용량(crane capacity)의 양을 감소시킬 수 있다.

앞에서 언급된 내용은 앞에 기재된 요약 또는 다음의 상세한 설명에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 그것은 탄소로부터 형성된 반사체 블록들에 제한되지 않는다. 또한, 지지 구조체의 상보적 배열은 설명된 홈 및 돌출부에 제한되지 않으며, 내부 반사체 블록이, 위에 놓인 블록들로부터의 하중을 지탱하거나 아래로부터 지지되어야 할 필요없이, 외부 반사체 블록들이 내부 반사체 블록들을 지지하는 것을 허용하는 임의의 구조적 배열을 포함한다.

다른 목적들, 이점들 및 새로운 특징들은 첨부된 도면과 함께 고려할 때 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1a 및 1b는 반응기 용기에 반사체 블록들을 적층하기 위한 이전 접근법들을 도식적으로 보여준다.
도 2a 내지 2d는 각각, 구현예들의 사시도 및 평면도를 보여준다.
도 3a 및 3b는 내부 반사체 블록의 일 구현예의 사시도를 보여준다.
도 4는 도 3a 및 3b의 내부 반사체 블록의 반경 방향 내부 표면의 입면도를 보여준다.
도 5는 도 3a 및 3b의 내부 반사체 블록의 반경 방향 외부 표면의 입면도를 보여준다.
도 6은 도 3a 및 도 3b의 내부 반사체 블록의 둘레방향 측면의 입면도를 보여준다.
도 7a 및 7b는 각각 도 3a 및 3b의 내부 반사체 블록의 상부 표면 및 하부 표면의 평면도를 보여준다.
도 8a, 8b 및 8c는 반경방향 내부 표면들에 원형 함몰부의 각각의 부분들을 갖는 내부 반사체, 및 원형 함몰부의 모든 부분들을 함께 함유하는 서브어셈블리의 다른 구현예들의 사시도를 보여준다.
도 9는 내부 반사체 블록의 또 다른 구현예의 반경 방향 내부 측면의 입면도를 보여준다.
도 10은 내부 및 외부 반사체 블록들의 또 다른 구현예의 사시도를 보여준다.

중성자를 반사하는 한 가지 접근법은, 반응기 용기(일명 "코어 배럴(core barrel)")의 핵 및 열 조사(nuclear and thermal irradiation)를 감소시키기 위해, 원통형 반사체 내의 코어 주위에, 전형적으로는 코어와 반응기 용기 내에 배치된 원통형 금속 차폐물 사이에, 동심으로 탄소 블록들을 적층함으로써, 반응기 코어 주위에 둘레방향으로 탄소를 배치하는 것이다. 이전의 "적층(stacking)" 배열들의 예를 도 1a 및 1b에 도식적으로 나타냈으며, 여기서 탄소 블록들은, 각각 수직 정렬로 또는 오프셋 방식으로 적층되어, 서로의 위에 직접 적층된다. 도시를 명확히 하기 위해, 도 1a 및 1b에서, 탄소 블록들 내부 및 주변의 관련 구조들은 생략되었다. 도 1b의 "가교(bridging)" 블록 배열은 바람직하지 않은데, 이는, 블록 열화 또는 블록 이동의 다른 원인들로 인해 블록들의 불균일한 하중이 발생되고, 그에 따라 더 높은 블록들의 자체 중량 하중(dead weight load)이 더 낮은 블록의 일 부분에만 집중될 수 있기 때문이다. 이러한 높은 국부적 하중은, 반사체 블록의 더 고하중인 부분(more heavily loaded portion)에 대한 더 높은 응력, 및 블록의 더 고하중인 부분과 더 저하중인 부분(more light-loaded portion) 사이의 전단 응력을 증가시키는 차등 하중 둘 다로부터의 균열로 인한 블록 파손 가능성을 증가시킬 수 있다.

반응기 코어 주변에 중성자 반사 배열로서 탄소 블록들을 배열하는 것에 대한 이전 접근법은 몇 가지 단점들을 갖는다. 탄소 블록들은 반응기 용기 내부의 고온 및 고방사선 환경에 배치되기 때문에 함께 접착(cemented)되거나 달리 접합(bonded)될 수 없다. 따라서, 탄소 블록들은 서로의 위에 적층되어야 하고, 그 결과, 스택의 더 낮은 블록들은 반사체 어셈블리에서 그것들 위에 적층된 모든 탄소 블록들의 자체 중량 하중(dead weight load)을 견뎌야 한다. 반응기 환경에서, 이는 반사체 블록 사용 수명의 현저한 감소를 초래할 수 있는데, 이는 더 높은 기계적 응력 수준이 고온 및 고중성자 조사 환경에서 탄소 블록들의 열화 속도를 증가시킬 수 있기 때문이다. 그러한 배열들은 또한, 반응기 보수 작업 동안 탄소 블록 교체를 위해 많은 양의 분해(반사체 구조체를 수직으로 통과하는 다양한 구조체들(예를 들어, 계측장비 배관, 제어봉 및 냉각제 침투 라이너)을 모두 제거하는 것, 및 더 낮은 블록이 제거되기 전에, 더 낮은 반사체 블록 위의 반사체 스택에서 탄소 블록들의 자체 중량을 모두 제거해야 할 필요성을 포함)가 필요하다는 단점을 갖는다.

도 2a에 도시된 구현예는, 내부 반사체 블록들(30)이 외부 반사체 블록들(20)에 의해 지지되는 사시도이다. 이러한 서브어셈블리의 상부 표면의 평면도를 도 2b에 나타내었다. 이 구현예의 반사체 블록들은 흑연으로부터 형성되지만, 이러한 특정 재료에 제한되지 않는다.

도 2a에서 수직으로 배열된 외부 반사체 블록들(20)의 3개의 층들을 볼 수 있으며, 이때 각각의 층은 2개의 내부 반사체 블록들(30)을 지지한다. 바닥 층에 있는 외부 반사체 블록(20)은 단일 조각형(one-piece) 블록(23)인 반면, 중간 및 상부의 외부 반사체 블록들(20) 둘 다는 2개의 부분-높이 외부 반사체 블록들(partial-height outer reflector blocks)(24, 25)로부터 형성된다. 이러한 외부 반사체 블록들은 단지 예시일 뿐인데, 이는, 단일 조각형 및 여러 조각형(multi-piece) 외부 반사체 블록들의 임의의 조합이 반사체 어셈블리 층들에서 사용될 수 있거나, 또는 단일 유형의 외부 반사체 블록이 모든 층들에서 사용될 수 있기 때문이다.

도 2a 및 도 2b 둘 다에 도시된 바와 같이, 내부 반사체 블록들(30)은, 내부 반사체 블록들(30)의 쐐기형 돌출부들(31) 형태의 표면 특징부들 및 외부 반사체 블록(20)의 홈들(grooves)(21) 형태의 상보적 표면 특징부들에 의해, 외부 반사체 블록들(20) 상에 지지된다. 내부 및 외부 반사체 블록들은 또한, 수직 관통 통로(5), 이 구현예에서는 계측장비 또는 제어봉과 같은 장비를 수용하기 위한 삽입 요소들(6)(일명 내측 라이너 세그먼트들)을 갖는 원통형 통로(삽입 요소들은 아래에서 추가적으로 논의됨)를 형성하기 위해 협동하도록 형상화된다. 다른 구현예들에서, 관통 통로는 내부 또는 외부 반사체 블록들 중 하나 내에 완전히 있을 수 있거나, 또는 존재하는 통로가 전혀 없을 수 있다.

도 2a 및 2b의 반사체 블록들은 반사체 블록들의 고리의 원호 형상 부분을 형성한다. 이들 도면은 또한 반사체 블록들의 둘레방향 측면들(27, 37)을 나타내는데, 이것들은, 대략적으로 반사체 블록 고리들의 중심축으로부터 반경을 따라 각을 이루고 있으며, 그에 따라, 인접한 반사체 블록들은 서로 접하고 협동하여 고리들을 형성할 것이다. 외부 반사체 블록들은 또한, 반응기 용기 내의 다양한 위치들 사이에서 헬륨 가스와 같은 냉각 매체를 전달하는 것과 같은, 다양한 목적들을 위한 관통 통로들(28)과 같은, 관통 통로들을 수용할 수 있다. 바람직하게는, 외부 반사체 블록 관통 통로에는, 유체-밀봉 삽입 요소들(7)(외부 라이너 요소라고도 함)이 제공된다.

또한, 이 구현예에서, 열쇠들(29)을 수용하는 외부 반사체 블록들의 들레방향 측면들에 수직 슬롯들이 도시되어 있다. 열쇠들(29)은, 인접한 외부 반사체 블록들 사이의 갭을 통한 중성자 누출을 최소화하기 위해, 뿐만 아니라 그것들의 사용 수명에 걸쳐 외부 반사체 블록들의 정렬을 유지하는 것을 돕기 위해, 사용될 수 있다.

이 구현예에서, 내부 반사체 블록들(30)의 둘레방향 측면들(37)에는, 둘레방향으로 인접한 내부 반사체 블록들 상의 대응 계단식 표면과 협동하도록 구성된 계단식 표면들(38)이 제공된다. 이러한 상보적 배열들의 예들을 도 2b에서 볼 수 있다.

도 2c는, 외부 반사체 블록 관통 통로들(28)을 갖는 외부 반사체 블록(20)의 사시도를 보여준다. 관통 통로(5)를 형성하기 위해 내부 반사체 블록(30)의 반경방향 외부 표면(32)의 대응 곡면형 표면과 협동하는 외부 반사체 블록(20)의 반경방향 내부 표면(22) 상의 곡면형 표면 특징부들이 또한 도시되어 있다. 이 구현예에서, 부분-높이 외부 반사체 블록(24) 내의 관통 통로들(28)의 상부 단부들은, 삽입 요소들(7)의 상부 단부들에서 환형 플랜지의 적어도 일 부분을 수용하는 환형 오목부들을 갖는다.

관통 통로들(28)로부터, 외부 반사체 블록의 반경방향 내부 표면들(22)까지, 갭들(8)이 연장되어 있다. 이 갭들은 또한, 갭들을 메우는(bridging) 외부 반사체 블록의 임의의 재료도 없이, 외부 반사체 블록(20)의 상부로부터 하부까지 연장한다. 갭들(8)은, 적절한 도구로, 예를 들어 외부 반사체 블록을 통해 수직으로 절단하는 톱날을 사용하여, 형성될 수 있다. 갭들(8)은 조사로 인한 응력 축적을 감소시키기 위해 제공되며, 이는 결과적으로 외부 반사체 블록 고리들의 둘레(circumference) 주위의 반경방향 갭들의 개수를 줄임으로써 냉각 매체(예를 들어, 헬륨)의 반경방향 누출을 낮추기 위해, 더 큰 외부 반사체 블록들(20)이 사용되는 것을 유리하게 허용한다. 더 큰 외부 반사체 블록들의 사용은 또한, 중성자 반사체를 구성하는 데 필요한 부품들의 개수를 줄임으로써, 비용 및 조립 복잡성을 줄일 수 있다.

도 2d는, 라이너 세그먼트(6)의 상부 단부에 측방향 플랜지(63)가 제공되는 대안적인 구현예를 보여준다. 측방향 플랜지(63)는 내부 반사체 블록(30)의 상부 표면에 있는 대응 오목부(66)에 끼워지기 위한 형상을 갖고, 내부 반사체 블록의 수직 이동을 억제하는 역할을 하며, 이때, 라이너 세그먼트(6)는 어셈블리에서 그것 위의 반사체 어셈블리 요소들(또 다른 바로 위의 라이너 세그먼트(6)와 같은)에 의해 고정(hold down)된다.

도 3a 및 3b는 내부 반사체 블록(30)의 일 구현예에 초점을 맞춘 사시도이다. 내부 반사체 블록(30)은, 설치 위치에 있을 때 반응기 코어와 대향하는 반경방향 내부 표면(33), 및 반경방향 외부 표면(32)을 갖는다. 도 4 내지 6 및 7a 내지 7b는, 각각, 도 3a 및 3b의 내부 반사체 구현예의 반경방향 내부, 반경방향 외부, 둘레방향, 상부 및 하부 측면들의 모습들의 예시이다.

이 구현예에서 내부 반사체 블록(30)의 반경방향 외부 표면(32)은, 외부 반사체 블록의 반경방향 내부 표면에 있는 상보적인 홈들과 협동하도록 구성된 쐐기형 돌출부들(31)을 포함한다. 이 구현예에서, 쐐기형 돌출부들(31)은 그것들의 하부 단부들에서 경사진 정지 표면들(angled stop surfaces)(36)을 가지며, 이것들은 외부 반사체 블록 상에서 내부 반사체 블록의 중량을 지지하는 외부 반사체 블록의 반경방향 내부 표면 상의 상보적인 경사진 표면들(26)과 협동한다. 정지 표면들은 도시된 각도로 제한되지 않으며, 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 정지 표면들은 각각의 외부 반사체 블록으로부터 돌출하는 상보적인 계단들 상에 놓이게 되는 수평 계단들일 수 있다. 다른 구현예들은, 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같은, 오목한 각도를 갖는 수평 계단들을 포함한다.

또한, 이 구현예에서, 반경방향 내부 표면(33)은 반경방향 내부 표면(33)의 상부 우측 코너에 원형 함몰부(34)의 1/4을 포함한다. 도 3a 및 3b의 내부 반사체 블록(30)이 도 8a, 8b 및 8c에 도시된 원형 함몰부(34)의 다른 3/4을 포함하는 유사한 내부 반사체 블록들에 인접하여 적층될 때, 도 2a에 도시된 바와 같은 반사체 어셈블리의 반응기 코어-대향 표면 상에 완전한 원형 함몰부가 형성된다. 원형 함몰부의 목적은 가스 냉각 자갈층 반응기에서 반응기 연료의 수직 이동을 돕는 것이다. 이는 선택적(optional) 특징이며, 생략될 수 있다.

내부 반사체 블록(30)의 둘레방향 측면들(37)은 반사체 블록 고리의 반경들을 따라 테이퍼되어, 내부 반사체 블록들을 고리가 되도록 조립하는 것을 용이하게 한다. 이 구현예에서 둘레방향 측면들(37) 각각은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 둘레방향으로 인접한 내부 반사체 블록의 반대 배향의 상보적 계단(oppositely-oriented complementary step)과 협동하여, 블록의 인접한 둘레방향 표면들이 평평할 경우에 존재할 수 있는 갭을 통한 중성자 누출을 억제하는, 장벽을 제공하도록 구성된 계단(38)을 포함한다.

이 구현예에서, 내부 반사체 블록(30)의 상부 표면(39) 및 하부 표면(40)은 대략적으로 평평한 표면이지만, 이것들은 평평한 기하학적 구조에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 바닥 표면(40)은 도 2a 및 도 2b의 그 다음-하부 반사체 블록 층의 삽입 요소들의 상부 플랜지들을 수용하도록 구성된 오목부들을 포함할 수 있다. 또한, 내부 반사체 블록들은 표면이 매끄러운 반경방향 내부 표면을 갖는 것으로 제한되지 않는다. 도 9에 도시된 매끈한 표면 구현예와 같은, 또는 특정한 목적하는 반사체 어셈블리 내부 표면을 제공하도록 설계된 가변-윤곽 표면들과 같은, 다른 표면 구성들이 사용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에서, 내부 반사체 블록(30)은, 대략적으로 원통형인 반사체 어셈블리에서 인접한 반사체 블록들에 대한 그것의 다양한 표면들의 밀착 맞춤(close-fitting)을 제공하기 위해, 여러 방향으로 테이퍼되고 및/또는 만곡된다. 구현예들은 예시된 테이퍼들로 제한되지 않으며, 대신에, 내부 반사체 블록의 다양한 측면들은, 내부 반사체 블록이 인접한 내부 반사체 블록들과 협동하여 반사체 고리 층을 형성하고 또한 바람직하게는 블록들 사이의 갭들을 통한 중성자 누출을 최소화하는 방식으로, 반사체 어셈블리 내로 끼워지기 위해 필요한 형상을 가질 수 있다.

도 10의 구현예는 내부 반사체 블록(130) 및 외부 반사체 블록(120)의 서브어셈블리의 사시도이다. 앞에서 언급된 구현예들과 대조적으로, 외부 반사체 블록 상에서 내부 반사체 블록을 지지하는 표면 특징부들은, 서로 맞물리는 돌출부들 및 홈들과 같은 수직으로 배향된 특징부들이 아니라, 그 대신에 수평 레지들(126, 136)이다. 바람직하게는, 레지들(ledges)은 상보적인 경사진 표면들을 갖되, 이러한 상보적인 경사진 표면들은 협동하여 내부 반사체 블록을 지지하는 수직 정지부를 제공하며, 뿐만 아니라, 이러한 상보적인 경사진 표면들은, 위로 향하는, 및/또는 반경방향 내측 방향으로 외부 반사체 블록(120)으로부터 멀어지는, 내부 반사체 블록(130)의 이동에 저항하는 경향을 갖도록 협동한다.

도 10은 또한, 레지들(126, 136)의 경사진 표면들의 경사(slope)를 따라 수직으로 상승하는 것에 대항해 내부 반사체 블록(130)을 하향으로 편향시키기 위한, 도 2d에 도시된 것들과 같은, 라이너 세그먼트들의 측방향 플랜지들을 수용하도록 제공된 오목부들(166)을 보여준다.

외부 반사체 블록이 내부 반사체 블록을 개별적으로 지지하는 것을 가능하게 하는 방식으로 외부 반사체 블록 상에 내부 반사체 블록이 지지되는 한, 외부 반사체 블록 상에서 개별 내부 반사체 블록들을 지지하기 위한 정지 표면들의 사용은, 급격하게 경사지거나 수평-배향된 표면 특징부들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 이 구현예의 레지들은, 표면 특징부들의 "V"-형 배열의 상보적 측면들(sides), 또는 상보적인 곡면들(curved surfaces)을 가질 수 있다.

앞의 개시는 단지 예시로서 제시되었으며, 제한하려는 의도가 아니다. 본 발명의 사상 및 실질을 포함하는 개시된 구현예들의 변형들이 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 일어날 수 있기 때문에, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내의 모든 것을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

1. 중성자 반사체(neutron reflector)로서, 상기 중성자 반사체는:
   외부 반사체 블록; 및
   내부 반사체 블록;을 포함하고,
   상기 외부 반사체 블록의 내부 표면은 상기 내부 반사체 블록의 외부 표면에서 상기 내부 반사체 블록을 지지하도록 구성되고, 그에 따라, 상기 내부 반사체 블록의 상부 표면은 상기 중성자 반사체 내의 설치 위치(installed position)에 있을 때 수직 하중을 지지하지 않는,
   중성자 반사체.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외부 반사체 블록은 둘레 표면들(circumferential surfaces)을 갖되, 상기 외부 반사체 블록이 상기 중성자 반사체 내의 설치 위치에 있을 때, 상기 외부 반사체 블록의 상기 둘레 표면들이 다른 외부 반사체 블록들의 둘레 표면들과 접하여 제1 고리를 형성하게 구성되도록, 상기 외부 반사체 블록의 상기 둘레 표면들이 구성되며,
   상기 내부 반사체 블록은 둘레 표면들을 갖되, 상기 내부 반사체 블록이 상기 중성자 반사체 내의 설치 위치에 있을 때, 상기 내부 반사체 블록의 상기 둘레 표면들이 다른 내부 반사체 블록들의 둘레 표면들과 접하여 상기 제1 고리 내부에서 동심으로 제2 고리를 형성하게 구성되도록, 상기 내부 반사체 블록의 상기 둘레 표면들이 구성된,
   중성자 반사체.
3. 중성자 반사체로서, 상기 중성자 반사체는:
   제1 고리에 배열된 복수의 외부 반사체 블록들; 및
   제2 고리에 배열된 복수의 내부 반사체 블록들;을 포함하며,
   상기 복수의 외부 반사체 블록들 각각의 내부 표면은 상기 제1 고리의 중심을 향하며,
   상기 복수의 외부 반사체 블록들의 둘레 표면들은 상기 제1 고리의 둘레 방향으로 향하고, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 둘레 방향으로 인접한 블록들의 상기 둘레 표면들과 접하여 상기 제1 고리의 원호를 형성하도록 구성되며,
   상기 복수의 내부 반사체 블록들 각각의 외부 표면은 상기 제1 고리의 중심을 향하며,
   상기 복수의 내부 반사체 블록들의 둘레 표면들은 상기 제2 고리의 둘레 방향으로 향하고, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 둘레 방향으로 인접한 블록들의 상기 둘레 표면들과 접하여 상기 제2 고리의 원호를 형성하도록 구성되며,
   상기 복수의 외부 반사체 블록들의 상기 내부 표면들은 상기 내부 반사체 블록들의 상기 외부 표면들에서 상기 복수의 내부 반사체 블록들을 지지하도록 구성되고, 그에 따라, 상기 복수의 내부 반사체 블록들의 상부 표면들은 상기 중성자 반사체 내의 설치 위치에 있을 때 수직 하중을 지지하지 않는,
   중성자 반사체.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 상의 상기 복수의 내부 반사체 블록들의 지지는, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 적어도 일 부분의 상기 내부 표면의 대응 표면 특징부(counterpart surface feature)와 협동하도록 구성된 표면 특징부(surface feature)를 갖는 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 적어도 일 부분의 상기 외부 표면을 포함하는, 중성자 반사체.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 표면 특징부들은 대응 홈들(grooves) 및 돌출부들(projections)인, 중성자 반사체.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 상기 외부 표면들의 상기 표면 특징부들은 상기 돌출부들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분의 상기 내부 표면들의 상기 표면 특징부들은 상기 홈들 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는
   상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분의 상기 내부 표면들의 상기 표면 특징부들은 상기 돌출부들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 상기 외부 표면들의 상기 표면 특징부들은 상기 홈들 중 적어도 하나를 포함하는,
   중성자 반사체.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 표면 특징부들은, 상기 중성자 반사체의 조립 동안, 상기 표면 특징부들이 서로 맞물리도록(interlock) 구성된, 중성자 반사체.
8. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분 및 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분은, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분이 상기 중성자 반사체의 조립 동안 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분에 대해 수직으로 이동가능하도록, 구성된, 중성자 반사체.
9. 제 5 항에 있어서, 상기 대응 홈들 및 돌출부는, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 및 상기 복수의 외부 반사체 블록들이 협동하여 상기 외부 반사체 블록들에 대해 미리 결정된 높이에서 상기 내부 반사체 블록들을 지지하도록, 구성된, 중성자 반사체.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 미리 결정된 높이는, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분이 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 하부 표면에서 추가 지지 없이 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분에 의해 지지되는 높이인, 중성자 반사체.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 각각의 블록의 상기 외부 표면, 및 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분의 각각의 블록의 상기 내부 표면은 협동하여 관통 통로를 형성하는, 중성자 반사체.
12. 제 4 항에 있어서, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 및 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 적어도 하나는 흑연으로부터 형성된, 중성자 반사체.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중성자 반사체는 상기 복수의 외부 반사체 블록들로부터 형성된 복수의 제1 고리 층들을 포함하며,
    상기 제1 고리 층들 각각은 상기 복수의 내부 반사체 블록들로부터 형성된 복수의 제2 고리 층들 중 개별적 하나를 지지하며,
    상기 층들은 서로의 위에 적층된 상기 복수의 제1 고리들과 배열되도록 구성되고, 상기 복수의 제2 고리 층들 각각은 상기 제1 고리 층들의 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 하나 상에 및 그에 인접하여서만 지지되는,
    중성자 반사체.
14. 제 4 항에 있어서,
    상기 중성자 반사체는 복수의 삽입 요소들(insert elements)을 더 포함하며,
    상기 복수의 삽입 요소들 각각은 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 하나 또는 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 하나의 관통 통로에 위치되도록 구성되며,
    상기 복수의 삽입 요소들 중 적어도 일 부분은, 수직 통로를 형성하기 위해, 상기 반사체 층들 중 더 높은 하나에 있는 상기 복수의 삽입 요소들 중 다른 하나의 하부 단부와, 그리고 상기 반사체 층들 중 더 낮은 하나에 있는 상기 복수의 삽입 요소들 중 다른 하나의 상부 단부와 협동하여, 상기 수직 통로를 형성하도록 구성된,
    중성자 반사체.
15. 제 4 항에 있어서,
    상기 중성자 반사체는, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 하나 또는 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 하나의 관통 통로에 위치되도록 구성된 삽입 요소를 더 포함하며,
    상기 삽입 요소는 상기 내부 반사체 블록과 협동하여, 상기 외부 반사체 블록으로부터 멀어지는 상기 내부 반사체의 이동에 저항하도록 구성된,
    중성자 반사체.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 적어도 하나에 있는 갭은, 상부 표면에서 하부 표면까지, 그리고 상기 외부 반사체 블록 내부 표면으로부터 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 적어도 하나의 상기 관통 통로까지, 연장하며,
    상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 적어도 하나의 어떤 부분도 상기 갭을 메우지(bridge) 않는,
    중성자 반사체.
17. 제 5 항에 있어서,
    상기 중성자 반사체는 복수의 삽입 요소들을 더 포함하며,
    상기 복수의 삽입 요소들 중 적어도 일 부분은 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 하나의 관통 통로에 위치되도록 구성되며,
    상기 복수의 삽입 요소들 각각은, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 개별적 하나와 협동하여, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 개별적 하나로부터 멀어지는 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 개별적 하나의 이동에 저항하도록 구성된,
    중성자 반사체.
18. 제 5 항에 있어서, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 각각의 블록의 상기 둘레 표면들은, 상기 복수의 내부 반사체 블록들 중 상기 부분의 인접한 블록의 대응 계단형 표면에 접하여 상기 내부 반사체 블록들 중 인접한 블록들 사이의 갭을 통한 중성자 누설 플럭스를 억제하도록 구성된 계단형 표면을 포함하는, 중성자 반사체.
19. 제 5 항에 있어서, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분의 각각의 블록의 상기 둘레 표면들은, 상기 복수의 외부 반사체 블록들 중 상기 부분의 인접한 블록의 대응 계단형 표면에 접하여 상기 외부 반사체 블록들 중 인접한 블록들 사이의 갭을 통한 중성자 누설 플럭스를 억제하도록 구성된 계단형 표면을 포함하는, 중성자 반사체.
20. 중성자 반사체로서, 상기 중성자 반사체는:
    제1 고리에 배열된 복수의 외부 중성자 반사 수단들; 및
    제2 고리에 배열된 복수의 내부 중성자 반사 수단들;을 포함하며,
    상기 복수의 외부 중성자 반사 수단들 중 각각의 수단의 내부 표면은 상기 제1 고리의 중심을 향하며,
    상기 복수의 내부 중성자 반사 수단들 중 각각의 수단의 외부 표면은 상기 제1 고리의 중심을 향하며,
    상기 복수의 외부 중성자 반사 수단들의 상기 내부 표면들은 상기 내부 중성자 반사 수단들의 상기 외부 표면들에서 상기 복수의 내부 중성자 반사 수단들을 지지하기 위한 수단을 포함하고, 그에 따라, 상기 복수의 내부 중성자 반사 수단들의 상부 표면들은 상기 중성자 반사체 내의 설치 위치에 있을 때 수직 하중을 지지하지 않는,
    중성자 반사체.