KR810001477B1 - 저 반응도의 가연성 유독 제어봉 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저 반응도의 가연성 유독 제어봉

제1도는 핵 연로 집합체 입면도의 부분 횡단면도.

제2도는 제1도를 선 Ⅱ-Ⅱ에서 본 횡단면도.

제3도는 가연성 유독 제어봉 입면도의 횡단면도.

제4도는 가연성 유독 제어봉의 횡단면도.

제5도는 기타 가연성 제어봉 입면도의 횡단면도.

본 발명은 원자로의 가연성 유독 제어봉, 특히 비교적 독성비가 큰 감속재를 갖는 가연성 유독 제어봉에 관한 것이다. 대개의 원자로 설계에서는 감속재로서 작용하기도 하는 냉각재를 노심내에서 핵분렬 과정에 의해 생성된 열을 제거시킬 목적으로 원자로심내를 순환시킨다. 노심은 스페이서그릿 및 상, 하단 이음쇠로 묶여진 몇몇개의 연료봉으로 이루어지며, 연료봉은 원추형 관으로 이루어졌는데 그 안에는 저농축 이산화 우라늄연료 펠리트과 같은 핵연료가 들어있다. 핵연료 접합체로 공지된 상기 다발은 우측 순환 실린더에 인접된 패턴으로 배열한다.

원자로 운전중, 핵연료 펠리트내의 핵분렬성 동위원소는 중성자를 흡수하여 핵분렬하여 발열한다. 핵분렬성 물질의 소모에 따라 핵분렬 과정은 핵분렬 물질이 형성되며 이들중 몇몇은 서서히 중성자를 흡수한다.

상기 효과, 소모와 핵분렬 생산물은 U-238과 같은 친핵연료 물질내에서 중성자를 비핵분렬 흡수에 일어나는 플루토늄과 같은 핵분렬성 동위원소의 빌드압에 의해 부분으로 상쇄된다. 그러므로, 핵분렬성 연료가 소모되고 핵분렬 생성물의 빌드압과 더불어 노심의 반응도의 감소를 보상하기 위해, 과잉 반응도가 각 싸이클이 시작때에 원자로에 부가된다.

상기 과잉반응도는 중성자 흡수물질에 의하여 1차 냉각제 및 가연성 유독 제어봉에 용해된 붕소의 형태로 조절된다.

1차 냉각재에 용해된 붕소의 농도는 연료소모, 핵분렬 생성물의 독작용, 가연성 독물 소모, 및 냉각 가동 감속재 온도변화의 장기간 반응도 요구물을 조절하고 보상하게끔 해서 변화시킨다. 그러나 붕소의 농도가 증가되면; 감속재 온도계수는 음이 된다. 가용성 독물만을 사용하여 제1주기의 활동초기에 양의 감속재 계수를 나타내며 주기에서 연료 부하에 따른, 연속주기에서 양의 계수를 나타낼 수 있다. 그러므로 가연성 유독 제어봉은 출력 가동상태에서 감속재 온도계수를 확실히 음이되게 하기에 충분한 정도로 가용성 붕소의 농도를 감소시키기 위해 사용한다.

가연성 독물은 새롭고 혹은 추가적 중성자를 생성하지 않으며 또한 중성자를 흡수한 후 새로운 종류의 독물로 변화되는 일이 없이 중성자를 흡수한다.

이러한 특성의 전형적인 가연성 독물은 천연 생성 붕소가 거의 20%인 붕소-10이다. 열 중성자에 의해 조사된 붕소-10은 중성자를 흡수하여 추가독물을 생성하지 않고, 붕소-10이 소모되는 B¹⁰+N¹↑Li⁷+He⁴의 반응이 일어난다.

가연성 독물은 핵연료 집합체내의 빈 제어봉군 제어(RCC)위치에 가설된 제어봉에 편리하게 사용된다.

제어봉내의 가연성 독물 농도 및 소심에 삽입된 가연성 독물봉의 수가 분류되어 감속재 온도 계수가 동력 작동 조건동안 부가되도록 확보하기 위해 용해성 붕소 농도가 충분히 감소되게 한다. 작동중 이들 제어봉에서 독물 함량이 소모되며, 따라서 연료소모와 핵분렬 생산물 빌드압으로부터 부반응도를 오프셋하기 위해 정반응도를 참가한다. 수명의 마지막 조건에서 어떤 잔류 독성은 노심수명의 순수한 감소를 일으킨다. 부가적으로, 가연성 독성봉은 감속재를 배치하며 가연성 독성봉의 와류 구조 재료는 노심의 이용가능한 반응도 수명을 감소시키는 중성자를 흡수한다. 부가적으로, 반응도 제어에 대해, 가연성 독성봉은 적절한 방사형 동력분포를 제공하기 위해 계획적으로 위치된다. 1970년 5월 5일에 특허된 피이·엠·우드의 미합중국 특허 제3,510,350호에 있어서, 가연성 독성봉 이 기술되었는데 거기에서 보로실리케트 유리관이 두개 동심의 금속관 사이의 환형 공간에 배치되었다. 붕소가 중성자를 흡수할 때 일어나는 헬리움 가스와 같이 그런 기체 반응 생산물을 수용하기 위해 기체 공동을 제공하는 내부 금속관내에 내부 축방향보이드가 제공되었다. 가연성 독성봉이 빈 RCC 위치의 연료 집합체내에 적절하게 배치된다. 우드에 의한 특허가 가연성 독성봉의 특수한 형태를 기술하는 동안 노심수명을 증가시키기 위해 수명의 끝에 남아있는 가연성 독물의 양을 최소로 하는데 장점이 있다.

가연성 독물을 사용한 핵연료 집합체막은 1972년 5월 16일자 T.O 소우어의 미합중국 특허 제3,663,366호에 기술되어 있다. 상기 막은 농축된 붕소-10이 스테인레스 스틸 시트에 분산된 스테인레스 스틸과 지르코니움의 화합물 평판으로 되었다.

그러나 소우어의 특허는 핵연료 집합체내에서 핵연료 요소와 함께 배열할 수 있는 유독 제어봉내 가연성 독물의 용도를 기술하지 않았다.

연구용 원자로중 제어봉에 붕소산이나 보로실리케이트 유리를 사용하는 것은 1963년 11월 12일자 엠·엠·밀스의 미합중국 특허 제3,110,656호에 기술되어 있다. 물론 제어봉내에 중성자 흡수체를 사용하는 것은 기본적인 것이지만 상기가 조사되어 감소되도록 설계되지 않았으므로 제어봉을 사용하는데 일반적으로 불편한 점이 있었던 것이다. 더불어, 가연성 독물은 핵연료 물질에 부가되었으며, 핵연료 요소의 피복재의 혼합에 사용되어 왔다.

종전 기술에서 원자로에 가연성 독물을 사용하는 많은 실례가 있지만 노심의 수명을 연장시키기 위하여 노심 수명의 말기에 상기(-)의 반응도 영향을 최소로 하는 동안 과량의 반응도를 보충하기 위하여 노심의 가동 초기에 충분량의 가연성 독물을 설정하는 분제는 만족스러운 해결을 보지 못하였으며, 따라서 현상태를 개선하는, 즉 원자로심의 수명을 연장시키고 연소도를 증대시키는 가연성 유독 제어봉을 제공하려는 것이 본 발명의 의도인 것이다.

이런 목적에 있어서 본 발명은 중성자 흡수체를 밀폐하는 연장된 관판을 구성하는 원자로에서 사용하기 위한 가연성 독물봉에 있으며, 원자로 운전중 상기 관판이 중성자 감속재를 밀봉하는 것으로 특징되어 있다.

노심 수명의 초기에 존재하는 과잉 반응도는 노심수명이 연장되도록 노심 수명을 통해 가연성 독물의 소모로 보충된다. 본 발명은 보수 도면을 참고하여 양호한 실시예의 다음 설명으로 부터 쉽게 나타날 것이다.

제1도와 제2도를 참고하면 일반적으로 10으로 언급된 연료 집합체는 상단부 지지대 12와, 하단부 지지대 14와, 안내관 16과, 위치 그리드 18과 연료요소 20과 유독제어봉 22를 구성한다. 상단부 지지대 12와 하단부 지지대 14는 위치 그리드 18과 연료요소 20과 유독제어봉 22를 구성한다. 상단부 지지대 12와 하단부 지지대 14는 위치그리드 18이 안내관 16과 연료요소 20 사이에서 적절한 배열을 유지하는 동안 안내관 16과 연료요소 20을 지지한다.

안내관 16은 유독제어봉 22을 지지할 수 있는 지르코늄이나 다른 저중성자 흡수체의 동공 원통형관이다.

연료집합체 10은 본 기술에 숙련된 사람에 의해 이해된 방법으로 핵분렬에 의해 열을 발생하도록 노심(도시안됨)을 형성하기 위해 원자로 용기(도시안됨)내에 수직으로 배열된다.

물인 원자로 냉각재는 연로 집합체 10과 열전달 관계로 원자로 용기를 통해 상측으로 흐른다. 그런 방법으로, 열은 연료집합체 10에서 원자로 냉각재까지 전달된다. 그런 구조에서, 유독제어봉 22는 중성자를 흡수하여 노심의 반응도 수준을 제어시킬 수 있으므로 과잉반응도는 각 연료 집합체 10에서 핵 연료의 농축도를 증가시켜 노심에 증가된다. 초기의 과잉 반응도를 가지고 노심을 부하시면 새로운 연료집합체 10과 재부하되지 않고 노심이 열을 발생할 수 있는 시간의 길이를 증가시킨다.

이와 관련하여 유독제어봉 22가 노심의 수명 말 가까이에서 소모되어 유독제어봉 22가 중성자를 흡수하므로 반응도 손실을 일으키지 않는다는 것은 중요하다.

제3도와 4도에 관해서 유독제어봉 22는 지르칼로이관으로 제조할 수 있으며 외경이 1.05㎝이고 내경이 0.84㎝인 원주형 금속외피 24를 갖고 있다.

중심보아 28이 있는 하단 플러그 26은 용접등의 적당한 방법에 의해 외피 24의 하단에 부착되어 있다.

원주형 금속내피 30은 외피 24내에 동심원으로 위치하며, 하단 플러그 26의 하단에 부착되어 잇다.

내피 30은 지르칼로이관으로 제조 가능하며 외경은 약 0.51㎝ 내역은 0.41㎝이다. 구멍 34가 뚫린 상단 플러그 32는 외피 24와 내피 30의 상단에 부착된다. 내피 30과 외피 24 사이에는 환형공간 36이 존재하며 이의 각끝은 하단 플러그 26과 상단플러그 32에 의하여 페쇄된다. 코일스피링 38은 환형공간 36내의 하단 플러그 26 위에 위치하고 있다.

환형공간 36에 적용된 환형 펠리트 40은 환형공간 36내에 배치되어 코일스프링 38 위에 위치한다.

펠리트 40은 탄화붕소-산화알루미늄(B₄C-Al₂O₃) 및 이붕화 지르코니움 (ZrB₂)와 같은 기타 붕화물이나 산화 가돌리니움(Gd₂O₃)과 같은 산화물 등의 가연성 독물로 이루어질 수 있다. 코일스프링 38은 펠리트 40이 외피 24에 대해서 거의 동일한 위치를 유지하게 한다.

펠리트 40은 중성자를 흡수하여 소모되기 시작하므로 헬륨 기체와 같은 반응생성물을 방출한다. 환형공간 42는 유독 제어봉 22의 상단부의 상단 플러그 32의 아래와 펠리트 40 더미위 사이에 설정할 수 있는데 펠리트 40의 반응 생성물의 거주 공간을 제공한다. 물론, 상기 반응 생성물은 환형공간 36 하단부의 코일 스프링 38주변 공간에 위치할 수도 있다.

내피 30 안쪽에는 내부 보아 44가 있으며 이는 하단 플러그 26에서 상단 플러그 32까지 뻗어 있다. 그 하단부에서, 내부보아 44는 중심보아 28과 연결되어 있으며 상단부에서 내부보아 44는 상단플러그 32내의 출구 46과 연결되어 있다. 출구 46은 또한 구멍 34와 연결되어 있다.

보통 물이며, 중성자 감속재로 작용하는 원자로 냉각재는 외피 24주변을 호름뿐 아니라 안내관 16중 구멍을 환류하며 중심보아 28, 내부보아 44, 출구 46 및 구멍 34를 환류한다.

상기 방법에서 내부보아 44는 실제로 물로 가득차게 된다. 실자로 내부보아 44중의 물로 중성자 감속작용이 증가하며 유독제어봉 22 주변에서 노심의 전수명을 통하여 펠리트 40의 소모가 증가되고, 노심의 연소도를 증가시킨다. 상기 가연성 유독제어봉을 사용하면 수명손실의 말로를 초래하지 않고 노심의 초기반응도가 증가된다.

기술된 유독제어봉 22를 사용하면 제1노심봉 연료싸이클 비용을 약 1.3% 삭감시키는 약 350MWD/MTU 정도로 제1노심의 연소도를 증가하는 것으로 평가된다. 상기 상태하에 절감된 것은 옐로우 케이크(U₃O₈) 약 6.356kg이다. 펠리트 40 크기의 차이는 별로 중요한 문제가 아니지만 유독제어봉 22중 물 분률의 증가는 심각한 분제이다. 그러므로 펠리트 40의 환상 두께를 가능하면 적게할 뿐더러 유독제어봉 22중 치환된 물의 양도 최소가 되어야 하는데 이로서 중성자 감속작용이 증가한다. 그러므로 본 발명은 냉각재의 치환이 최소로 되어 중성자 감속작용이 증가하고 가연성 독물의 소모가 증가하면 핵연료의 연소도를 증가하는 원자로 냉작재의 배치를 최소로 하는 원자로 냉각재의 내부 채널에 가연성 유독제어봉을 제공한다.

물론 본 발명의 양호한 실시예에서 언급한 외에 여러 다양한 변형을 본 분야에 숙련된 사람들이 실시할 수 있다. 따라서, 본 청구범위는 본 발명의 정신과 범위내에 있는 모든 수정과 변화를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들면, 코일 스프링 38은 다른 바이어스 기구로 치환될 수 있다. 펠리트 40은 고독성 조성물의 분말로 치환할 수 있다.

상기 분말은 환형 공간 36을 적게 하고 물의 내부 공간을 증가시켜서 물의 치환을 극소화한다. 더불어 안내관 16의 측면은 펠리트 40과 내관 30을 감소시키는 가연성 독물의 전기 침적층으로 피복되어 있다.

기타 변형체를 하단 플러그 26과 상단 플러그 32가 외피 24로 봉해진 제5도에 도시하였다.

봉소나 카드늄과 같은 수용성 가연성 유독 화합물을 외피 24내에 봉하였다. 상기 배열에서 가연성 독물이 소모되었을때, 물만이 남아서 물의 치환을 최소로 한다. 더욱 상기에서 용액의 유동성으로 제어봉내의 독물의 소모를 증대시킨다.

Claims (1)

1. 중성자 흡수체를 밀봉하는 연장된 관판을 구성하는 원자로용 가연성 유독 제어봉에 있어서, 원자로 운전중 상기 관판이 중성자 감속재를 밀봉하는 것으로 특징되어 있는 저반응도의 가연성 유독 제어봉.

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