KR820001368B1 - 핵연료봉 검사장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

핵연료봉 검사장치

제1도는 핵연료집합체의 일부와 본 발명의 원리에 따른 검사장치의 일부를 보인 정면도.

제2도는 제1도에서 보인 본 발명 실시예에 연결하여 사용하기 위한 전형적인 핵연료봉의 전체를 보인 정면도.

제3도는 제1도의 3-3선 방향에서 본 단부고정구조체의 평면도.

제4도는 핵원자로 압력용기에 착설된 본 발명의 전형적인 실시형태의 전체를 보인 정면도이다.

본 발명은 핵원자로용의 핵연료봉 검사장치에 관한 것이며, 특히 핵연료봉 단부캡, 세포상 단부고정체와 핵연료봉의 완벽성을 검사하기 위한 방사선검출장치의 결합체에 관한 것이다.

일반적으로 핵원자로로부터 유용한 동력을 끌어내기 위하여서는 원자로심에 핵분열성 물질을 적절히 농축하여 집합시킬 필요가 있다.

이러한 핵분열성 물질은 대체로 우라늄 또는 플루토늄의 산화물로 구성되고 이들 산화물은 세장의 중공형 튜우브에 장전(裝塡)되는 펠릿(pellet) 내에 압입된다. 이를 튜우브는 그들 양단부에 캡이 씌워져 밀봉될 때 핵연료봉이라 불리워진다.

일반적으로 생산비를 줄이기 위하여 핵연료봉 안내관내에 적소에 용착되는 단일금속플러그(solid metal plug)를 이용하는 것이 보통이다.

원자로심을 구성하는 핵연료봉 배열의 강도를 높이기 위하여 이들 핵연료봉들은 개별적인 구조로 집단을 이루어 분할되며 이들 각 집단은 원자로심에 삽입하거나 인출해 낼 수 있도록 핵연료집합체를 형성하기 위하여 서로 결합된 2백여개의 핵연료봉으로 구성된다.

이들 각 핵연료집합체내의 핵연료봉은 여러 가지 방법으로 서로 결합되는데, 그 전형적인 예로서, 핵연료집합체의 핵연료봉의 전 길이를 따라 여러 단으로 나누어 결합시킨 세포상 격자의 배열을 들 수 있다. 특히 각 셀(cell)은 핵연료봉의 인접표면과 계합하기 위한 격자들로 구성되는데 이는 원자로심내에 핵연료봉을 인정되게 지지할 수 있도록 금속판체로 만들어진다.

핵연료봉의 단부는 보다 나은 기계적인 지지상태를 유지하기 위하여 단부고정체내에 집수되며, 단부고정체는 독특한 형태로서 무겁고 비용이 많이 드는 주조물이 이용되는데, 이들 주조물로 된 단부고정체는 비용이 과중할 뿐만 아니라 제조하기에도 매우 힘이 든다.

이러한 종래 기술의 주조물 단부고정체는 더욱 많은 어려움에 당면케 하는데, 이러한 어려움은 원자로 심내의 핵연료봉이 극단적인 불리한 환경에 견디어야만 한다는 사실로부터 야기된다.

예를 들어, 온도, 압력, 진동 및 방사선작용등 모두가 전형적인 원자로심내에서는 극단적이며, 이들 모두가 핵연료봉의 구조적인 완벽성에 부담을 주게 하는 것이다.

물론 핵연료봉의 정기적인 검사는 누설되거나 또는 그밖에 사용중에 파괴된 핵연료봉을 확인하기 위하여 행하여진다.

일반적으로 이러한 검사는 원자로심으로부터 핵연료집합체를 회수하여 격납용기에 핵연료집합체를 옮기어 놓은 후에 시행된다.

그 다음 유체는 격납용기를 통과하도록 펌프로 주입되고 격납용기로 부터 배출된 유체의 방사선 레벨이 검출된다. 격납용기로 부터 배출된 유체에 방사능의 비교적 높은 레벨은 핵연료집합체내에 하나 또는 그 이상의 핵연료봉이 누설되었음을 나타내거나 유체에 의하여 핵연료봉 표면으로 부터 씻겨진 방사능물질이 "부동(浮動); tramp"하였다고 보아야 할 것이다.

어떠한 경우에든간에 방사능의 높은 레벨이 비정상적으로 높다고 확인되었을때에는 핵연료집합체는 원격조정에 의하여 분해되어야 한다. 분해후에는 핵연료집합체의 각각의 핵연료봉은 그 누설된 핵연료봉을 확인하기 위하여 개별적으로 검사되어야 한다. 그 다음 파괴된 핵연료봉은 재생하기 위하여 회수되고 다시 방사선 차폐되어 있는 원격한 곳에 있는 조정자에 의하여 부분적으로 사용된 핵연료봉과 새로운 핵연료봉으로 핵연료집합체를 재조립한다.

물론 이러한 방법은 많은 시간이 소모될 뿐 아니라 비용이 많이 들게 된다.

따라서, 핵원자로의 핵연료봉의 검사를 위한 개선된 기술의 개발을 필요로 하는 것이다.

종래 기술에서 나타난 이들 문제점은 본 발명에 의하여 해결된다.

전형적으로, 각 핵연료봉의 단부가 각각의 셀내에 위치하는 핵연료집합체를 위한 세포상 단부고정체의 구조적인 결합체는 중공의 방사선 캡이 단부캡의 일측에 대하여 지지될 수 있도록 하고 검사하고자하는 핵연료봉으로부터 방사되는 방사능을 측정토록한 수단이 제공되도록 중공의 핵연료봉 단부캡과 결합된다(이때 핵연료봉은 구조적으로 완전한 핵연료봉이다).

그러나 종래 기술에서 방사선탐칩과 중공형 핵연료봉 단부캡사이를 직접 접촉시키는 경우 냉각수 및 과잉의 핵연료봉과 방사선검출기 사이에 배열될 수 있는 스파이더 및 단부캡에 의하여 발생되는 차폐효과가 감소되었다.

물론 이러한 차폐효과는 핵연료봉의 내부로 부터 발하는 방사선 신호를 줄이는 경우가 있어 핵연료봉의 완벽한 검사의 신뢰도를 믿지 못할 정도로 떨어뜨리게 한다.

또한 본 발명의 한 형태를 특징지우는 단부고정체의 세포상 형상은 연료봉의 사용을 줄이게하는 장점이 있다. 이러한 관점에서 종래의 기술에서는 일반적으로 중량의 주조물로 된 핵연료봉 단부고정체가 통상적인 일이었음을 알 수 있다.

이들 주조물은 제조하기에 매우 어려울 뿐 만 아니라 확인검사의 빈도가 많아져 모든 생산비용을 증가시키게 된다. 반대로 본 발명의 단부고정체는 비교적 저렴하면서 튼튼한 구조를 제공하도록 상호결합되는 압형의 금속판체로 구성된다.

이와 같이 본 발명은 핵연료봉이 결합된 핵연료집합체를 분해함이 없이 원자로 핵연료봉의 구조적인 완벽성을 검사하기 위한 새로운 기술을 제공하는 것이다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 핵연료집합체(10)을 보인 것으로, 약 2백여개의 핵연료봉(12)가 한집단으로 핵연료봉집합체(10)의 종축선(11)에 평행하게 배열되어 있으며, 이 핵연료봉(12)의 횡방향 구성은 사각형의 배열로 이루어진다.

본 발명의 전형적인 핵연료봉은 제2도에 도시되어 있다. 핵연료봉(12)는 내부에 원통상의 핵연료펠릿(14)가 다수 장진된 세장의 중공형 관체(13)으로 구성되어 있다. 핵연료 펠릿(14)는 관체(13)의 일측단에 착설한 코일스프링(15)에 의하여 작동중 발생되는 그의 팽창과 기복을 조절할 수 있도록 장전되어 있다. 코일스프링(15)는 인접한 펠릿(14)와 핵연료봉단부캡(17)의 횡단부(16)사이에 탄력있게 설치되어 있다.

본 발명에 따르면 요구(20)은 캡(17)의 내부에 형성되어 캡(17)내의 요구(20), 코일스프링(15)와 스프링(15)에 인접한 핵연료봉(20)의 동체부분(13)들로 구성되는 용적부(21)에 축적되는 기체사이에 차폐물질의 부피를 최소한으로 줄일 수 있도록 한다.

캡(17)은 관체(13)의 개방단부를 밀폐하는데, 이는 관체(13)의 횡단부와 캡(17)의 원주부(23)의 위에 방사상 방향으로 돌출성형된 환상 플랜지(22)사이 관체의 개방단부에 용착되게 하는 것이 좋다.

제2도에서 보인 바와 같이 원주부(23)은 관체(13)내에 안정되게 접수되어 있다.

관체(13)의 외측부인 캡(17)의 부분은 사면부(斜面部)(24)와 핵연료봉(12

)의 종축선(26)에 대하여 횡방향인 평면부(25)로 형성되어 있다. 사면부(24)의 각도는 평면부(25)와 종축선(26)에 대하여 45도의 각도로 경사져 있다.

또한 다른 형태의 핵연료봉단부캡(27)은 관체(13)의 일단에 위치하여 도시되어 있다. 캡(27)에는 캡(17)의 사면부(24)보다 깊지 않은 사면부(30)이 형성되어 있다. 이 얕은 사면부(30)에는 종축선(26)에 대하여 횡방향으로 면적이 넓은 평면부(31)이 형성되어 있다.

다시 제1도를 참고하면, 핵연료집합체(10)은 다만 두 개의 안내관(32)(33

)으로 보인 바와 같은 다수의 제어봉 안내관을 포함한다.

또한 이들 제어봉안내관도 종축선(11)에 평행하고 핵연료 집합체의 전체를 통하여 연장되어 있으며, 핵연료봉(12)의 단부 위의 종방향으로 돌출된 부분을 가진다.

제어봉안내관(32)(33)의 이들 돌출부분은 단부고정체(34)에 결합되어 있으며, 단부고정체(34)는 전형적인 세포상 격자 단부고정체(35)로 구성되어 있다.

격자단부고정체(35)는 핵연료봉(12)의 단부 위에 공간을 두고 배치되어 있으며, 더욱이 이 단부고정체(35)는 상호 수직으로 결합된 격자판체(36)(37)로서 조립되어 있다. 판체(36)에는 동일하게 일정한 간격으로 배열한 슬롯이 형성되어 있으며, 이 슬롯의 폭은 수직으로 배향된 타측 판체(37)이 적합하게 결합될수 있는 충분한 크기의 폭이다.

격자단부고정체(35)로 구성되는 격자판체(36)(37)에 의하여 형성된 셀(38

)은 가상선(40)으로 표시한 바와 같이 핵 연료봉단부캡(17)과 종방향으로 일렬로 배열되어 있다.

또한 단부고정구제체(34)의 일부를 형성하는 횡방향의 지지격자(retainin

g grid)(41)은 핵연료봉(12)에 대향된 단부고정체(35)의 측부에 격자 단부고정체

(35)로부터 종방향으로 공간을 두고 배설되어 있다.

지지격자(41)의 보다 상세한 도면은 제3도에 도시되어 있다.

상호수직인 결합부재(43)에 접하고 있는 평판부재(42)의 실질적인 플레임

(frame-work)은 핵연료봉단부캡(17)의 상부측으로 돌출된 제어봉안내관의 종단부분을 결합지지하고 있다(제1도).

단부고정구조체(34)의 격자단부고정체(35)를 구성하는 격자판체(36)(37)과 같이 지지격자(41)에 대한 플레임으로 구성되는 판체(42)(43)도 핵연료봉단부캡(17)을 차단하거나 씌우지 아니하는데, 이는 제3도에서는 세 개의 단부캡으로 설명되어 있다.

본 발명의 이러한 형태는 이후보다 상세히 설명되는 식으로 개별적인 핵연료봉의 안전도 검사를 위한 수단을 제공케 한다.

칼라(44)(45)(제1도)는 핵연료봉(17)을 향하여 종축선(11) 방향으로 단부고정체(35)의 이동을 제한하도록 격자단부고정체(35)의 인접 횡방향 표면에 대하여 압압하기 위하여 제어봉안내관(32)(33)에 개별적으로 착설되어 있다.

두 개의 안내관(32)(33), 또는 이들 튜우브의 고정된 연장부로서 보인 바와 같이 제어봉안내관은 격자단부고정체와 지지격자(41)을 통하여 연장되어 있으며, 제3도에서 보인 바와 같이 제어봉안내관의 단부는 지지격자(41)로 떨어져 있는 종축선(11) 방향으로 핵연료집합체(10)(제1도)의 운동을 방지하도록 지지격자

(41)을 구성하는 플레임으로 형성된 각 셀내에 고정되어 있다. 코일스프링(46)(4

7)의 배열은 일반적으로 격자단부고정체(35)와 지지격자(41)사이에 각 제어봉안내관의 축상배열로 위요되어 있으며, 이들 스프링은 핵연료집합체(10)의 종방향운동을 억제한다.

본 발명의 주사기 지지체(50)은 핵연료집합체(10) 상부에 종방향으로 일렬로 배치되어 있다.

제1도에서 보인 바와 같이 주사기지지체(50)은 제1도에서 부재(51)(52)로만 보인 종방향 배열된 4개의 구조체로 된 사각형 배열로 구성된다. 구조체(51)(

52)는 상호 횡방향으로 일정한 공간을 두고 배치되어 있으며 세포상격자(53)(54)

(55)에 의하여 견고하게 배열되어 있다.

구조체(51)(52)는 제1도에서 유압실린더(57)(60)의 두 개로만 표시한 4개의 유압실린더에 착설된 횡형버팀대(56)에 취부되어 있다. 작동시에 유압실린더(

57)(60)은 조작의 선택에 따라서 핵연료집합체(10)으로부터 멀어지거나 가까워지는 종방향으로 주사기지지체(50)을 움직인다 유압실린더(57)(60), 버팀대(56) 및 주사기기지체(50)에는 제4도에 도시된 바와 같은 인덱싱 캐리지(indexing carria

ge)(61)상에 한가지의 장치로서 착설되어 있다.

인덱싱 캐리지(61)은 유압실린더(57)(60)과 주사기지지체(50)을 지지하는 횡방향 버팀대(62)를 가진다. 제4도에서 두 개의 바퀴(63)(64)만으로 보인 4개의 바퀴가 플레임(62)의 끝부분에 착설되어 있다. 이들 바퀴들은 횡형의 주 버팀대(

66)에 형성된 트랙(track)(65) 상에서 구르게 되어 있으며, 주 버팀대(66)은 바퀴(63)(64)의 축에 대하여 수직인 축상에 착설된 바퀴(67)(70)을 가진다. 주 버팀대(66)의 바퀴는 원자로 압력용기(69)의 플랜지(flange)에 착설된 트랙(68)상에서 구르게 되어 있다.

바퀴(63)(64)와 바퀴(67)(70)의 상호 수직으로 교차되는 방향으로 이동가능하게 한 것은 주사기지지체(50)이 원자로심(72)내의 선택된 핵연료집합체(71)에 대하여 정확하게 위치될 수 있게 한다. 원자로심(72)에 대하여 인덱싱 캐리지

(61)의 특정한 운동은 수동으로 제어되거나 서어보로우터등에 의하여 자동적으로 제어될 수 있다.

또한 인덱싱 캐리지(61)의 버팀대(56)에는 방사선주사(放射線走査)용 바퀴달린 돌리(dolley)(73)내의 각 핵 연료봉의 완벽도를 검사하기 위한 감마선 주사기(scanner)(74)가 돌리(73)에 고정되어 있다.

제1도에 도시된 바와 같이 주사기(74)는 방사선 주사기관(75)(76)의 집단중에 있는 어느 하나와 선택적으로 일렬로 배열되게 되어 있으며, 이들 주사기관

(75)(76)은 주사기(74)에 인접한 부분이 개방되어 있고 핵연료봉단부캡(17)과 접촉되어 있도록 도시된 대향단부는 밀폐되어 있다.

이러한 단부캡(17)과의 직접적인 접촉을 보다 좋게하기 위하여, 주사기관

(75)(76)은 스프링(77)(80)으로 탄력있게 설치되어 있으며, 이들 스프링은 정지구(81)(82)와 버팀대(56) 사이에 협지되어 캡(17)에 대하여 하측방향으로 주사기관(75)(76)을 압압한다.

방사선 주사기관(75)(76)에 대하여 방사선 주사기(74)의 위치를 보다 정확하게 할 수 있도록 하기 위하여, 주사기(74)는 돌리(73)의 바퀴와 직각방향으로 된 바퀴(83)의 위에 착설된다.

주사기관(75)(76)은 방사선 주사기(74)와 검사대상인 핵연료봉의 단부캡(

17) 사이의 통로로 부터 차폐 물질이 제거된다. 이러한 제거된 차폐물질로서는 압력용기(69)내의 냉각수(84)(제4도)가 있다. 이러한 상태하에서, 주사기관(75)(

76)(제1도)에는 하나의 핵연료봉(12)과 방사선 주사기(74) 사이에 장애받지 않는 직선적인 방사선 통로가 형성되는 것이다.

제4도에서 보인 바와 같이 조작시에, 주사기지지체(50)은 선정된 핵연료집합체(71)과 종방향으로 일렬로 배열된다 유압실린더(57)(60)은 지지체(50)이 제1도에 도시된 바와 같은 방법으로 핵연료집합체와 접촉할 수 있는 종방향으로 주사기지지체(50)을 움직이게 한다.

제1도에서 도시된 바와 같이, 스프링(77)(80)들로 탄력 설치된 주사기관(

75)(76)은 격자구조체(53)(54)(55)의 각 셀을 통하여 미끄럼이동된다. 더욱이 본 발명에 따른 주사기관(75)(76)은 핵연료봉(12)의 각 단부캡상에 대하여 직접적으로 압압하는 격자단부고정체(35)와 지지격자(41)내에 종방향 배열된 셀을 통과한다. 물론 제1도 및 제3도에서 보인 2개의 안내관의 위에 있는 주사기관(75)(76)의 여러가지 형태는 핵연료봉(12)로부터 방사되는 방사선의 검사를 가속시킬 수 있도록 선택될 수 있다.

더욱이 이러한 점에서 볼때에 모든 검사시간을 줄이기 위하여 주사기용돌리(73)에 하나 또는 그 이상의 방사선 주사기를 착설할 수도 있다.

이와 같이 주사기(74)는 방사선 주사기관(75)(76)의 하나와 종방향으로 일렬로 배치될 수 있도록 수동 또는 서어보모우터를 이용한 자동적인 방법으로 이동시킬 수 있으며, 검사하고자하는 핵연료봉으로부터 방사되는 방사선을 측정하기 위하여 게르마늄 반도체검출기 또는 수정 섬광검출기등이 이용될 수 있다. 방사선 검출기와 일렬로 정열되는 주사기에게는 핵연료봉과 검출기 사이의 통로로 부터 차폐물질이 제거되어야 하기 때문에 핵연료 단부캡(17)내의 요구(20)(제

2도)는 이 통로에 위치하게 되는 차페물질의 양을 줄이게 형성되고, 그에 의하여 충분한 방사선의 신호는 원격제어분해 및 검사를 위하여 압력용기(69)로부터 전체 핵연료집합체(71)(제4도)를 끌어낼 필요없이 개별적으로 핵연료봉을 간단히 조사할 수 있도록 한다.

핵 연료봉(12)(제1도)의 다른 집단을 검사하기 위하여는 유압실린더(57)(

60)을 작동시켜 주사기관(75)(76)을 단부고정구조체(34)로부터 철수시키도록 이들 주사기관이 격자단부 고정체(35)와 지지격자(41)에서 벗어날 수 있도록 하기 위하여 핵연료집합체(10)으로부터 멀어지는 종방향으로 이동되게 한다. 인덱싱 캐리지(61)(제4도)는 주사기관(75)(76)(제1도)와 종방향으로 일렬이 되게 재배치된다.

이들 주사기관(75)(76)의 재배치시에는 유압실린더(57)(60)은 다시한번 작동하여 주사기관(75)(76)이 각 단부캡(17)이 위치하는 지지격자(41) 및 격자단부고정체(35)의 셀과 종방향으로 일렬이 되게 하강한다.

그 다음 방사선주사기(74)와 그에 연관된 돌리(73)은 주사기관(75)(76)의 하나에 대하여 종방향으로 수동 및 자동으로 일렬이 되도록 제어되므로 원자로심

(72)(제4도)의 핵연료봉의 각각을 완전하게 검사완료할 수 있도록 하는 것이다.

완전한 검사가 끝난 후에, 주사기지지체(50)으로부터 트랙(68)에 이르기까지 전 검사장치를 압력용기(67)로부터 회수하여 원자로장치가 정상적인 작동을 하도록 한다.

Claims (1)

1. 상단 주변부 둘레로 플랜지를 형성시킨 단부가 개방된 원자로 압력용기(6

   9)와, 방사선 주사기관(75,76)은 적소에 위치시키고 지지하며 종방향으로 정렬되게하여 다수의 핵연료봉(12)을 가진 핵연료집합체(10)에 핵연료봉단부캡(27)과 직접적인 접촉이 되게 하는 장치로 이루어진 핵연료봉 검사장치에 있어서, 트랙(

   68)을 원자로 용기의 플랜지에 형성하고, 주 버팀대(66)를 바퀴(67)(70)의 축상에 착설하되 바퀴(67)(70)가 주 버팀대의 단부에 작동가능하게 연결되게 하여 종축에 대하여 트랙(68)을 따라 주 버팀대를 횡방향으로 움직이게 하며, 바퀴(64)(

   63)을 주 버팀대와 계합하되 버팀대(62)에 작동가능하게 연결시켜 상기 방향에 대하여 수직인 방향으로 종축에 대하여 주버팀대의 길이를 따라 버팀대(62)를 횡방향으로 위치되게 하고, 유압실린더(57)(60)를 버팀대(62)에 착설하되 버팀대 위에서 종축에 평행하게 이동하도록 착설되게하며, 스프링(77,80)을 주사기관 둘레에 탄력설치하여 주사기관을 종축에 평행한 방향으로 버팀대로 부터 편중되게 하고, 방사선주사기(74)를 지지케한 돌리(73)의 방사선 주사기를 방사선 주사기관 및 종방향으로 배열된 핵연료봉과 일렬로 정렬되게 한 핵연료검사장치.

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