KR800000606B1 - 트리튬을 제거하고 보유하는 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

트리튬을 제거하고 보유하는 장치

제1도는 연료봉의 간략화된 개략적인 단면도.

제2도는 트리튬 제거, 저장 장치의 단면 정면도.

제3도는 제2도의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 단면도.

제4도는 연료봉의 물질이 충만된 공간의 상부에 사용되는 정면도.

제5도는 제4도의 스프링내에 포함되는 제3도 장치의 정면도.

제6도는 테스트로의 개략도.

제7도는 테스트 캡슐의 부분 단면 정면도.

본 발명은 기체 매개물에서 기체 트리튬을 제거하고 저장하는 장치와 그 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 특히 원자로의 냉각재에 트리튬을 방출하는 것을 최소한으로 줄이기 위해 원자로의 연료봉에 사용될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

원자로의 작동은 필연적으로 트리튬을 형성한다. 대표적으로 트리튬의 가장 큰 원천이 되는 3중 분열의 생성물인 트리튬은 특유의 금속 튜브 또는 피복으로 싸여진 우라늄 함유 펠리트(pellet)와 다른 연료의 고체 매트릭스내에서 형성된다. 대부분의 수로는 질칼로이(zircaloy)로 더 잘 알려진 질코늄 합금의 연료피복을 사용하며, 전형적인 통상의 원자로는 수천개의 이같은 봉들을 포함한다. 전형적인 질코늄 합금의 특성은 ASTM 규격 B353-71 “원자로에 사용되는 가공 질코늄과 질코늄 합금의 시임레스 용접 튜브”에 정의되어 있다. 고체 연료 펠리트 메트릭스내에 트리튬이 형성된 후, 기체 트리튬은 다른 여러 종류의 분열 생성기체와 같이 펠리트 매트릭스를 통해 연료 펠리트와 연료 피복 사이의 빈 공간으로 확산된다. 그 다음 이러한 분열 생성 기체는 연료봉 전체에 걸쳐서 자유로이 이동하여 피복내의 압력을 증가시킨다. 트리튬과 다른 분열생성기체들은 대류에 의해 연료봉 내에서 순환된다. 전형적인 연료봉는 봉의 상부에 물질이 충만된 공간 부분이 있어 자유 체적에 의해 이들 가스는 모이는 경향이 있다.

트리튬에서 방출되는 방사능은 약간 배타선이며, 비교적 짧은 반감기(10일)를 가지나 트리튬은 비교적 긴 반감기(12년)을 갖는다. 또한 트리튬은 연료봉 피복으로 주로 사용되는 질코늄, 질코늄합금, 스텐레스스틸과 같은 물질을 포함해서 대부분의 물질을 통해 용이하게 확산된다. 요즈음 작동되는 가압수로는 파워 레벨 조절을 위해 냉각재로 붕산을 이용하므로 원자로 냉각재 내에도 역시 트리튬이 형성된다. 일단 트리튬이 물과 반응하여 HTO로 형성되면 이것을 분리하기는 기술적으로 난해하고 반응이 많이 든다.

따라서 관계당국은 주위환경에 트리튬의 배출량을 엄격히 제한하고 있다. 원자로 냉각재에 트리튬의 발생을 낮추어서 대기에 배출되는 트리튬의 양을 낮추는 한가지 방법은 연료 펠리트 내에서 발생되어 빈 공간으로 확산되는 트리튬을 특별히 모으고 저장하는 장치를 각 연료봉 내에 제공하는 것이다.

본 발명의 주목적은 많은 양의 트리튬을 보유할 수 있는 장치와 주위 원자로 냉각기에 거의 트리튬을 방출하지 않는 연료봉을 제공하는 것이다.

이러한 목적으로, 본 발명은 질코늄과 질코늄합금의 그룹에서 선택된 물질로 구성된 코아와, 니켈과 니켈합금의 그룹에서 선택된 물질로 구성된 상기 코아에 부착되는 외부층을 특징으로 하는 기체 트리튬 저장 장치에 있다.

본 발명은 또한 원자로에 사용되는 연료봉에 관한 것으로 원자핵 물질로 구성된 다수의 펠리트와, 상기 펠리트를 둘러싸는 관 모양의 피복과, 상기 연료봉을 밀봉하는 장치로 구성되며, 상기 봉에 형성된 물질이 충만된 공간부분을 가지며, 상기 공간내에 트리튬 보유장치가 위치되는 특징이 있다.

원자로 작동 온도에서, 니켈층은 어떤 존재하는 고온 습기를 포함하여, 연료본 주위에 있는 핵종과 일반적으로 반응을 하지 않는다. 그러나 니켈층은 트리튬에 선택적으로 투과되며, 또한 수소나 중수소와 같은 쓸 수 있는 작은 원자의 동위원소의 통과를 가능케 한다. 일단 부착된 니켈층을 통과하면, 트리튬을 제거할 필요가 있을 때까지, 트리튬은 질코늄 합금의 내부 코아와 반응하여 고용체 또는 수화물을 형성하여 질코늄 합금 매트릭스내에 고정된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하면 더욱 명백해질 것이다.

전형적인 원자로 연료봉은 제1도에 도시된 것과 같이 봉합된 금속피복 12로 둘러싸인 우라늄 이산화물이나 고체 소결 펠리트 10의 한더미이다. 단부 플러그 14는 상부와 하부에서 피복 12를 밀봉한다. 가장 널리 쓰이는 피복 물질로는 스텐레스 스틸과 질칼로이-4와 같은 질코늄합금이다. 트리튬은 연료 펠리트 10매트릭스내에서 형성되며, 피복 12와 펠리트 10사이의 빈 공간으로 기체상태로 이동한다. 트리튬 원자의 크기가 작기 때문에 빈 공간에 있는 트리튬의 상당 부분은 연료봉 피복 12를 통해 확산하여 원자로 냉각재로 들어간다. 트리튬은 또한 연료봉 피복 12에 있는 수소원자를 치환하도록 반응하거나 피복 12와 반응한다. 트리튬이 원자로 주위의 스텐레스 스틸을 통해 바른 속도로 확산되는 것이 발견되었으며 그 속도는 질코늄 합금을 통과하는 속도보다 매우 높았다. 트리튬은 질코늄 합금 피복과도 역시 반응하여 수화물을 형성하여 트리튬이 원자로 냉각재로 방출되는 것을 줄인다. 이러한 3중 분열에 의해 생성된 트리튬을 제거하고 저장하는 이상적인 장치는 다음의 특성을 가져야 한다. (1) 연료봉 작동기간 동안 트리튬을 기체 상태로 제거하고 저장하여야 한다. (2) 이러한 제거기능은 잔류 공기, 수증기 혹은 CO, CO₂, CH₄와 같은 연료봉에 보통 존재하는 다른 기체에 의해 제한받지 않아야 한다. (3) 트리튬의 연료봉 피복과의 반응을 감소시켜야 한다. (4) 이 장치는 원자로 냉각재의 과도한 트리튬을 제거하는 비용에 비해 제조비용이 고가여서는 안된다. (5) 이 장치는 현존의 그리고 미래의 연료봉 설계에 용이하게 적용될 수 있어야 한다. (6) 의료, 추적자 및 다른 용도를 위하여, 연료재생 중에는 수용액으로부터 트리튬을 제거하는 것에 비해 비교적 저렴한 트리튬의 원천을 제공해야 한다.

이 장치는, 연료봉으로 사용되기 위해, 2-층의 복합물질로 구성되어야 하며 필요한 어떤 기하학적 형태로도 만들어질 수 있다. 내부 코아 16(제2도, 제3도)은 원자로 주위에서 트리튬을 가스 상태로 제거하여 트리튬을 특히 제거할 필요가 있을 때까지 흡수하거나 화학 반응에 의해 저장한다는 조건을 만족하는 여러 가지의 물질로 된다. 아래 언급하는 테스트는 내부 코아 16으로 바람직한 물질인 질칼로이 -4와 같은 질코늄 합금의 내부층을 기초로한 것이다. 질칼로이 -2와 같은 다른 질코늄 합금 뿐만 아니라 순수한 질코늄도 사용 가능하다. 장치의 외부층 18은 내부 코아 16에 부착된 니켈층이다. 니켈층 18은 원자로 작동 온도에서 선택적이고 보호적인 장벽 역할을 하며 수소와 중수소 뿐만 아니라 트리튬을 통과시킨다. 고온환경에서는 해리된 탄화수소와 같은 다른 물질들이 충분히 있으면 니켈층을 통과할 수 있다. 연료봉으로 쓰기에 적합한 1.5그람의 크기의 장치에서 테스트 결과 니켈창(nickel window)은 장치의 대략 5-20%중량, 더욱 이상적으로는 8-12%중량을 차지해야 함이 나타났다. 니켈은 내부 코아 16의 전표면에 균등하게 분포되어 약 4-6%중량이 내부 코아 16의 양측에 있어야 한다. 실험 결과 이러한 수준 이하에서는 제거 속도가 낮아졌다. 또한 장치에 트리튬 제거 기능을 부분적으로 해치는 산화층이 형성되기도 한다. 이러한 해는 질코늄 합금 표면이 보호 니켈창에 입혀지지 않고 단지 연료봉 내에만 위치한 결과이다. 비록 본 장치가 바람직한 중량비 이상으로 작용하여서 원자로 효율을 높일지라도, 원자로 노심내에 중성자 해독물질의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 전형적인 원자로 내에는 20,000개 이상의 연료봉이 있으므로, 각 연료봉에 있는 비록 작은 장치일지라도 중성자 흡수에 영향을 미친다. 그러므로 중량은 8-12%의 수준을 초과하지 않는 편이 좋다. 연료봉에 사용되는 장치로는 8-12% 중량의 외부층에 0.025-0.075cm 두께의 내부 코아 16이 되는 것이 좋다. 만일 내부 코아가 니켈층으로 완전히 덮히지 않아도 이 장치는 트리튬 제거 기능을 수행하지만 효율이 떨어짐을 주의한다.

본 장치가 2개의 부착된 층으로 구성되므로 이들 층을 붙이는 것이 매우 중요하며, 제조과정 중 조심성 있게 조절하여야 한다. 열처리도 중요하다. 여기 서술된 방법은 질코늄 합금의 내부 코아 표면을 원자로 특성에 맞게 세척하는 방법을 포함하고 있다. 질코늄 합금의 허용 불순도는 연료봉 업계에서 전형적인 표준과 같으며 ASTMV-353에 정의되어 있다. 세척 후에 고순도 니켈이 공지의 상용 제조 기술에 따라 내부층의 표면에 용착된다. 이러한 기술에는, 용착의 양이 조절되는 한, 전기도금, 진공용착, 또는 액침 기술(liquid dip technique)들이 포함된다. 조절 용착 방법도 사용될 수 있다. 결국, 니켈 용창층 18을 갖는 질코늄 합금 코아 16이 10^-6밀리미터 수은의 압력에서 진공으로 열처리된다. 이것은 775-825℃의 온도 사이로 가열되어 최소한 3시간 유지된다. 이러한 시간 이상의 수시간 동안 가열되어서는 안된다. 이러한 열처리는 니켈을 질코늄 합금 표면에 확산시켜서 질코늄 합금 표면을 활성화시킨다. 이러한 열진공 이식에 의해 아래 예에서 기술된 테스트에서 알 수 있듯이 수증기와 분열 생성 기체들의 존재시에는 반응하지 않고 원자로 주위에 있는 트리튬, 수소와 중수소가 투과되는 보호적이고 선택적인 니켈층 18이 제공된다. 열처리의 시간과 온도관계는 매우 중요한데, 그 이유는 이들 둘 중 어느 것도 지나치면 물질이 균일한 합금으로 형성되게 하고, 불충분하면 확실한 본딩을 할 수 없게 되기 때문이다.

상술한 바와 같이 연료봉내에 있는 다른 기체에 의해 합금이 해를 받아서 그것의 트리튬 제거와 저장 기능을 제한한다.

언급된 형태의 대부분 연료봉에는 분열 생성기체가 저장되도록 상부에 빈공간 20(제1도)을 포함한다. 공간 20부분에는 연료 펠리트 10 스택의 적절한 축 위치를 유지하고 연료의 축방향 팽창을 허용하도록 보유스프링 22(제4도)나 다른 보유장치와 같은 기계적 부품을 포함하는데 사용될 수 있다. 신장된 환형 트리튬 제거 저항장치 24는 제5도와 같이 스프링 22내에 용이하게 위치될 수 있고 연료봉의 작동 수명 중에 3중 분열 생성물인 트리튬을 제거하고 보유하는 작용을 한다. 도시된 장치 24는 길이 약 5cm이고, 외부 직경은 0.5cm, 벽 두께는 0.075cm이다. 이 장치 24는 연료봉 제조 도중 복잡하지 않게 연료봉 안의 스프링 22내에 위치될 수 있다. 가압수로 연료봉에서 주로 사용되는 스프링 22는 길이가 약 17.5cm, 외부 직경은 0.8cm, 내부 직경은 0.55cm이다. 단부 캡 26은 공간 20부분에 장치 24를 보유하기 위해 스프링 22의 한끝 또는 양 끝에 부착시킬 수 있다. 캡 26은 장치 24에 트리튬을 통과시키기 위한 자유통로를 제공하는 중앙 개구부 28이 있거나 없는 스텐레스 스틸 원반이다. 예를들어 장치 24는 스프링 22내에 위치되고 2개의 단부 캡 26은 스프링 22의 양 끝에 스포트 용접된다. 스프링 22는 그후 현재 실시하고 있는 것과 같이 단지 스프링 22내에 트리튬 제거장치 24가 있는가를 확인하는 간단한 육안검사의 추가단계후에 연료봉내에 위치된다. 그대신 장치 24는 스프링 22의 위에 위치되거나, 혹은 스프링이나 그밖의 다른 보유장치를 이용하지 않는 연료봉에서는 장치 24가 연료 펠리트 10과 직접 접촉되는 것을 분리시키는 작은 판과 같은 장치와 함께 공간내에 위치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 트리튬 제거 및 저장 성능을 조사하는 일련의 테스트가 시행되었다. 이 테스트는 트리튬을 위해 질코늄 합금 피복에 비해 질코늄 제거 보유장치를 위치시키는 것을 포함한 원자로 환경을 모방하여 시행되었다. 처음의 테스트는 여러 다른 매체에 비해 트리튬을 제거 저장하는 장치의 기능을 모방하도록 하였다.

모든 테스트에서는 용이하게 얻어질 수 있는 중수소가 트리튬 대신에 사용되었음을 주시한다. 중수소는 트리튬보다 실험실에서 취급하기 용이하고 인체에도 덜 위험한다. 트리튬과 중수소 모두 표면 경계와 동위원소 교환반응에 민감하다. 또할 본 기술상 잘 알려진 바와 같이 트리튬과 중수소에 대하여 유사한 회복 및 탐지 기술이 사용될 수 있다. 주어진 어느 원소의 동위원소 중에서와 같이, 트리튬과 중수소의 역학 관계는 유사하다. 또한 간단히 말하면, 여기에 기술된 물질을 통한 중수소와 트리튬의 확산계수가 비슷하며, 트리튬이 중수소보다 약간 낮은 계수를 갖는다.

[예 1]

제1차 실험실 테스트는 8가지의 다른 장치에 대해 실시되었다. 모든 샘플은 비슷한 중량이었다. 그 샘플들은 아세톤으로 세척된 후 수정노튜브 60에 삽입되기 전에 건조된 후 중량을 단다. 샘플들은 약 10mil 두께의 얇은 박막 형태이거나 아래 설명하는 것과 같이 분말이며, 질칼로이 -4 피복 샘플은 실제 연료 피복에서 취한 것이다. 분말들은, 결국 분석해 보면 중수소가 함유되지 않은 고순도의 백금 도가니에 넣어졌다. 노튜브는 그후 진공으로 되어져 노 62에 놓여진다. 8개의 샘플들은 수정샘플홀더 64에 의해 튜브 60내에 메달려진다. 그 다음 샘플들은 가스압력이 가해지고 노 62의 구성이 중량분광계로 분석되면서 650℃로 가열된다. 노 62내에서 기체압력이 거의 혹은 전혀 변화가 없으면, 노 62의 온도를 낮춘다. 노 튜브 60의 온도가 310℃에 다다르면 1.4링리미터 수은의 압력으로 1.2㎤에 해당하는 중수소기체가 노 60에 첨가된다. 압력은 금속용량압력계로 계속 감시되면서 42시간 후 0.44링리미터 수은의 기압으로까지 서서히 줄여진다. 그후 노62는 실온으로 냉각되고 기체에 대한 중량분광계로 분석되었다. 이때 0.16㎤의 중수소가 그 장치에 남아있는 것을 알게 되었다. 그후 샘플은 중량을 달았고, 중수소는 고온진공 추출기술에 의해 각 샘플로부터 추출되고 중량분광계 분석에 의해 중량이 측정되었다. 이 방법은 수소와 그 동위 원소들이 질코늄과 질칼로이 -4에서 분리되는 온도범위(800℃-850℃) 이상인 1,050℃로 각 샘플을 가열하는 것이다. 중수소의 양은 중량 분광계에 의해 측정된다. 각 실험전에 실험장치는 국가표준국(NBS)의 수소표준에 따라 조절되었다.

그 결과는 표1에 나타난다. 문자“A”-“H”는 제6도의 노튜브 60에 샘플의 상대적 위치에 해당한다.

샘플 “A”는 6.2%중량의 니켈을 포함한 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “B”는 3.9%중량의 니켈을 포함한 질코늄-티타늄 분말이여, 샘플 “C”와 “D”는 질칼로이 -4피복이며, 샘플 “E”는 5.7%중량비의 니켈층을 가지는 질칼로이 -4의 코아이며, 샘플 “F”는 팔라듐 외부층을 가지는 질코늄 금속코아이며, 샘플 “G”팔라듐 코팅된 질코늄-티타늄 합금이며, 샘플 “H”는 10%중량의 바나듐 코팅된 질코늄 코아이다.

표 1의 3 데이타 항에서 알 수 있듯이, 니켈 외부층이 있는 질칼로이 -4가 다른 샘플에 비교하여 중수소의 제거 및 보유기능에 있어서 훨씬 탁월한 것이 증명되었다.

[표 1]

[예 2]

실시예 1과 관련된 같은 실험과정을 통해 제2비교 테스트가 시행되었다. 그러나 이번 테스트에서 샘플들은 니켈 외부층의 중량비를 달리하는 질칼로이 -4코아가 3가지로 되어 있다. 샘플 “B-2”, “C-2”, “E-2”는 각각 10%, 5.7%, 3.3%의 니켈층을 포함한다. 샘플 “A-2”는 질칼로이 -4 피복물질이며, 샘플 “D-2”는 6.2%중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “F-2”는 3.9%중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “G2”는 박막(0.012cm 두께의)형태의 질칼로이 -4이며, 샘플 “H2”는 질칼로이 -4피복물질이다.

[표 2]

표 2에 나타난 바와 같이, 질칼로이 4의 내부 코아와 니켈 외부층을 포함하는 샘플들은 중수소 흡수에 있어서 탁월한 성능을 나타냈다. 또 중수소 제거능력은 니켈의 중량비를 늘림에 따라 현저히 증가됨이 명백해졌다.

[예 3]

같은 방법을 사용하여 제3비교 테스트가 실시되었으며, 10중량%의 니켈의 외부층을 가지는 질칼로이 -4 코아가 역시 가장 우수함이 니타났다. 표3에서, 샘플 “A-3”는 질칼로이 -4피복이며, 샘플 “B-3”는 10%중량의 니켈을 포함하는 질칼로이 -4박막이며, 샘플 “C-3”는 7.75%중량의 동을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “D-3”는 12.1%중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “E-3”는 12%중량의 동을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “F-3”는 6.5%중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “H-3”는 질칼로이 -4박막이며, 샘플 “I-3”는 질칼로이 -4피복이다.

[표 3]

[예 4]

제4비교 테스트는 상술한 테스트와 유사하다. 그러나 중수소압력 추가이전에 모든 샘플들이 진공에서 15시간 동안 660℃로 서냉되었다. 10%중량의 니켈 외부층을 포함하는 질칼로이 -4가 역시 가장 우수하였으며 흡수율이 현저히 증가하였다.

샘플 “A-4”는 질칼로이 피복샘플이며, 샘플 “B-4”는 외부니켈층을 가지는 질칼로이-4이며, 샘플 “C-4”는 7.75%중량의 동을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “D-4”는 12.1% 중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄 분말이며, 샘플 “E-4”는 12%중량의 동을 포함하는 질코늄-티타늄분말이며, 샘플 “F-4”는 6.5% 중량의 니켈을 포함하는 질코늄-티타늄분말이며 샘플 “G-4”는 질칼로이-4박막이며, 샘플 “H-4”는 질칼로이 -4피복물질이다.

[표 4]

[예 5]

질칼로 이-4피복에 비해 트리튬제거, 저장테스트장치 30을 위치시킨 원자로 환경을 모방한 다음의 테스트가 시행되었다. 테스트장치는 제7도에 도시된 것과 같이 배열되었다.

앞으로 “테스트캡슐” 40으로 지칭될 테스트장치에는 질칼로이-4의 연료봉 테스트피복 32를 포함한다. 캡슐 40은 길이가 약 28.8cm이다. 테스트캡슐 40내에는 또한 질칼로이-4의 단부 플러그 34, 트리튬제거, 보유테스트장치 30, 중수소가스발생기 36과 유리튜브 스페이서 38이 포함된다. 테스트장치 30은 상기한 바와같이 준비된 12%중량의 니켈 외부층을 가지는 봉이며 길이가 대략 3.8cm이고 외부직경은 0.5cm이다. 도시된 바와같이 이것은 테스트캡슐 40의 상단부에 위치된다. 테스트 캡슐 40의 하단부에는 중수소 발생기 36이 위치된다. 중수소발생기 36은 10mil 두께의 니켈층을 가지고 외부직경이 0.47cm이며 길이가 약 2.5cm이다. 중수소발생기 36은 0.47cm 직경의 고순도 니켈봉을 취하여 필요한 벽두께를 갖도록 구멍을 뚫음으로 만들어진다. 니켈봉의 밑면은 뚫리지 않는다. 그후 조절된 양의 중수(D₂O)가 니켈 외피내에 넣어진다. 또한 박막 형태의 고순도 철(Fe)선도 코일형태로 넣어진다. 중수를 고화시키기 위해 중수소 발생기 36의 하부를 액체 질소 용액에 담그는 한편, 니켈 외피의 상부는 용접하여 막는다. 냉각후 중수소 발생기 36은 단부 플러그 30의 하나를 용접하여서 봉합된 테스트 캡슐 40의 하부에 위치시킨다. 튜브 스페이서 38은 약 18cm이며 테스트 봉 피복내에서 미끄러져 끼울 수 있도록 되어 있다. 테스트 장치 30은 그다음에 캡슐 40에 삽입되고 상부 단부 플러그 34는 제 위치에 용접되고 약 헬륨 1기압으로 캡슐을 봉한다 테스트장치 30에 인접하여 모세관 튜브를 위치시킨 것만 달리하여 제2테스트 튜브를 만들었다. 모세관튜브는 260마이크로 그램의 물을 포함하고 있다. 이 튜브는 테스트 온도에서 파열되어 고온 수증기를 발산한다.

테스트를 행하기 위해, 캡슐 40은 경사진 노에 넣어져서 유리 스페이서 38반대측의 피복 벽 32와 중수소 발생기 36을 테스트 장치 30보다 약간 높은 온도로 가열한다. 장치 30은 약 320℃로 가동되고 반면 피복 32벽은 380℃-320℃의 온도내에서 변한다. 더 높은 온도 부위는 중수소 발생기와 장치 30사이이다. 철선은 중수와 반응하여 약 300℃에서 Fe₃O₄와 Fe₂O₃의 배합을 형성하여 중수소를 자유롭게 하여서 중수소는 발생기 36의 니켈벽을 통해 자유롭게 통과한다. 유리스페이서 38은 실제 연료봉에서 직경내에 연료 펠리트 10스택과 덮개 12사이의 환형을 모방하여 테스트 장치 30에 중수소를 운반하도록 작은 고리모양을 형성한다. 이 테스트는 중수소가 빠져나가는 것을 감시하도록 된 조절된 아르곤 대기내에서 시행되었으며 중수소가 빠져나가는 것은 하나도 발견되지 않았다. 테스트 캡슐은 그 온도에 7일간 유지되고 그후 대기 온도로 냉각되었다.

그후 테스트 캡슐에 대해 여러 가지 분석을 행하였다. 캡슐을 뚫고 회수된 내부 가스를 조사한 결과 나타난 가스를 단지 헬륨과 탄화수소의 흔적뿐이었다. 그 다음 제7도에 화살표로 표시된 테스트 피복 32의 선택된 위치에서 그리고 테스트 장치 30에서 수소와 중수소 분석을 하였다. 그 결과는 표5에 요약되어 있다. 문자 “H”는 260마이크로 그램의 물을 포함하는 캡슐을 나타낸다.

[표 5]

표 5에서 알 수 있듯이 테스트 장치 30은 초기 중수소의 약 52%를 함유하고 있다. 1% 이하의 중수소가 중수소 발생기 36에 남아있다. 또한 테스트 결과 첨가된 습기는 테스트 장치 30의 중수소 제거 능력에는 거의 영향을 미치지 않음을 알았다. 실제로 이것은 장치 30의 중수소 제거, 보유능력을 몇% 증가시켰다. 이것은 테스트 회복 벽 32의 내부표면에 산화막이 형성된 결과로 얻어진다. 산화막은 눈으로도 볼 수 있으며 수분이 발산되는 피복 32의 상부에서 특히 현저하였다. 보호 장착성 니켈층과는 반응이 없으므로 장치 30 자체에는 그와같은 산화막이 없다. 제조 과정중 연료 펠리트 10의 표면과 내부에 지나친 수분이 있으므로 원자로 내에서 연료를 작동시키는 동안 같은 결과를 일어날 것으로 사료된다. 연료봉 동작수명 기간중 초기에 연료피복 12의 내부 표면에 산화막이 형성되어 피복 12와 트리튬의 반응을 막는 장벽 역활을 어느 정도 한다. 이에 의해 트리튬 제거 및 보유 장치의 효율이 증가된다.

또 하나의 결과로, 장치 24가 발전소 동작중 안전하게 기능을 행한다는 것이다. 좀처럼 일어나는 일이 없지만 연료봉의 피복 12가 실패되는 경우에 원자로 냉각재는 연료봉의 내부 표면과 반응한다. 트리튬 제거, 보유장치 24는 냉각기에 불활성일 뿐만 아니라 원자로 냉각재에 의하여 형성된 증기가 있어도 그 기능을 보유한다. 연료봉이 실패하는 경우라도 이 장치는 자유수소를 흡수하도록 작용하며, 합금형 장치에서와 같이 들어오는 냉각수와 반응하지 않는다.

본 장치 24의 또하나의 이점은 액체 용액에서 트리튬을 얻는 것 보다 덜 비싸게 트리튬 원천을 제공하는 것이다. 트리튬은 여러곳에서 추적소자로 사용되었다. 트리튬은 의학 처방에도 사용된다. 본 장치를 포함하는 연료봉이 원자로에서 제거된 후 장치 24는 용이하게 제거되어 따로 처리된다. 장치를 1,100℃ 정도로 10^-6mm 수은의 진공에서 가열하면 포함된 트리튬과 포함된 수소도 기체 상태로 이탈된다.

이러한 매체로부터 트리튬을 분리하는 것은 물로부터 분리하는 것보다 상당히 용이하다.

그러므로 여기 기술된 본 장치는 가스 상태의 트리튬을 제거하고 저장하는 가능을 제공한다. 본 장치는 그 기능이 봉내에 있는 잔존 수증기나 다른 분열 생성물 기체에 의해 위축되지 않는 원자로 연료봉내에서 사용하기에 특히 좋다. 본 장치는 또한 연료봉 피복과 트리튬의 반응을 제한하고 또한 용이하게 제조될 수 있으며 현존하는 연료봉 형태에 용이하게 사용될 수 있다. 발생가능성이 희박한 연료봉 실패의 경우에도 다른 문제점이 없으며 의학, 추적자등 다른 용도에 사용되는 트리튬을 제공할 수 있다. 상술한 요지에서 여러 가지 수정과 변경이 가능함은 명백하다. 고로 특허청구 범위내에서 특히 서술된것과 달리 실시될수도 있음은 명백하다.

Claims (1)

1. 질코늄과 질코늄합금으로 구성된 그룹에서 선택된 물질로 구성된 코아와, 상기 코아에 부착되는 니켈과 니켈합금으로 구성된 그룹에서 선택된 물질로 구성되는 접착성의 외부층으로 특징지어지는 기체 상태의 트리튬 저장장치.

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