KR820001723B1 - 핵연료집합체의 가연성 유독제어봉의 착탈장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

핵연료집합체의 가연성 유독제어봉의 착탈장치

제1도는 통상의 스파이더(spider)와 가연성 유독제어봉의 조합을 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.

제3도는 스파이더 암(spider arm)으로 부터 제2도에서 보인 가연성 유독제어봉을 취출하기 위한 기술을 도시한 도면.

본 발명은 원자로 연료집합체의 개량에 관한 것으로, 특히 원자로 연료집합체의 스파이더에 가연성 유독제어봉을 착설하거나 스파이더로 부터 취출하기 위한 장치에 관한 것이다.

핵처리과정에서 유용동력을 제공하기 위하여 지속에너지 생성반응이 연속되는 물리적 구조의 핵분열성 우라늄 또는 다른 적당한 재질의 충분한 정도의 농축물을 조립할 필요가 있다. 이러한 집합체 또는 원자로 노심은 핵분열반응에서 생성된 열을 작동유체(作動流體)에 전달한다. 때때로 이러한 목적을 위하여 고속으로 노심을 통하여 흐르는 가압수(加壓水)가 사용된다.

원자로 노심내에서 발생되는 열, 진동 및 방사선은 주위환경을 오염시키므로 노심소자의 구조적인 완벽성이 매우 중요시된다. 따라서 가압수형 원자로 노심은 정원주형의 구조로 다수의 원자로 연료집합체 군(群)으로 구성된다. 더우기 제각기의 원자로 연료집합체는 서로 일정한 간격을 두고 평행하게 배치되는 대략 2백개의 체장한 핵연료봉을 포함한다.

이들 각 핵연료봉에는 우라늄이 핵분열성의 연료로서 대개 원통형인 이산화우라늄의 펠렛(pellet)의 더미를 포함한다.

이들 원자로 연료집합체는 핵연료봉으로서만 제한되지 않고 다른 다수의 구성부품을 지지한다. 예를들자면, 노심내의 온도와 중성자선속 상태를 관측하기 위한 계기관(計器管), 원자로 연료집합체의 구성부품들을 안정화시키기 위한 단부고정체 및 핵연료봉 지지격자와, 원자로 노심내에서 중성자방출을 유발하는 핵분열의 선택적인 흡수를 통하여 원자로로 부터의 출력을 조절하기 위한 제어봉 및 제어봉안내튜우브 등이 원자로 연료집합체 구조의 일부를 구성한다.

분명히 중성자분배는 원자로 노심내의 장소에 따라서 변화될 것이다. 즉 노심의 주변 가까이에서는 중성자 발생우라늄 농축이 노심의 중심보다 주변이 낮기 때문에 노심의 중심에 대하여 중성자밀도가 낮을 것을 예상할 수 있다. 노심주변의 중성자는 이들이 노심의 중심으로 탈출할 수 있는 것보다 용이하게 노심의 표면을 통하여 노심으로부터 탈출할 수 있으므로 노심표면 가까이에서 중성자밀도가 줄어드는 경향이 있다.

노심의 특정부분내에서의 열발생은 그 부분내의 중성자수에 관계되므로 노심주변에서 보다 노심의 중심에서 고온이 발생하는 경향이 있다. 노심내의 상이한 지역에서의 국부적인 최고온도 발생경향은 여러가지 이유에서 바람직하지 못하다. 근본적으로 노심은 예정된 온도이상으로 관열되지 않도록 노심작동에 대하여 설계된다.

만약 이러한 노심 온도가 노심내의 하나 또는 그 이상의 국부지역에서 형성된다면, 노심의 모든 발열가능성은 인지될 수 없다. 이는 노심의 어느 장소에서의 온도가 최대 설계온도가 도달되는 제한된 지역 또는 열점(熱點)에서 설계온도 이상으로 과열되지 않도록 하기 위하여 낮은 값으로 유지되어야 하기 때문에 상기 설계가 필요하게 된다.

따라서 모든 고려하의 간략화된 예에서 모든 원자로 동력은 만약 노심의 중심부에서 중성자율이 억압되고 수직형 노심주위에서 더욱 큰 중성자율을 허용할 때 증가될 수 있을 것이다.

이와 같이 노심내의 평형분배에 의하여 노심은 만약 중성자 밀도, 온도 및 출력이 노심의 중심에서 최고도에 도달하도록 허용되었을때 보다 많은 출력을 생성할 수 있는 것이다. 이러한 평형출력분포가 이루어지도록 하기 위하여 연료집합체 내에 가연성 유독제어봉이 삽입된다. 통상적으로, 가연성 유독제어봉은 중성자를 많이 흡수할 수 있는 물질이 충전된 튜우브로 구성되어 있다. 예를들어, 이러한 목적을 위하여 알루미나 메트릭스(alumina matrix)에 탄화붕소를 소결분산시킨 것이 적당하다.

노심내의 물질에 의하여 이와 같은 방법으로 흡수된 중성자는 핵분열 및 출력발생과정으로 부터 회수된다.

그리고 노심내의 출력분산을 평형화하기 위하여 가연성 유독제어봉은 노심의 원자로 연료집합체의 중앙부에 집중된다.

다수의 인지하기 어려운 효과에 따라, 원자로 노심의 다른 부분에 가연성 유독제어봉을 집중시켜서 특정설계 또는 작동 특성이 국부적으로 높은 중성자율을 제공하도록 할 수도 있다.

원자로 노심내의 오염분위기에도 불구하고 원자로 연료집합체는 이들 성질이 다른 구조적인 구성부품 모두를 지지하여야 할 뿐만 아니라 이 원자로 연료집합체는 신속하고 용이하게 분해될 수 있어야 하는 상층적인 능력이 있어야만 한다.

예를들자면, 원자로 연료집합체는 작동중인 노심에 노출 후 방사상을 띄우게 된다. 이 방사선은 매우 강렬하기 때문에 검사나 대치는 적당한 방사선차폐물의 뒤에서 원격조절할 수 있는 장치로서만이 가능하게 된다.

따라서 분해공정은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소비되므로 견고하고 동시에 용이하게 분리되는 구조가 상업적으로 매우 중요시 되었다.

많은 원자로 연료집합체에 사용된 가연성 유독제어봉은 이러한 구조의 일부이다. 일반적으로 종래의 가연성 유독제어봉은 핵연료봉의 종방향에 대해 평행한 방향으로 이동될수 있도록 착설된 특징을 가진다. 다수의 암(arm)이 방사상으로 배치된 허브(hub)의 형태인 "스파이더"가 원자로 연료집합체의 균형에 대하여 종방향으로 이동될 수 있도록 가연성 유독제어봉과 연결되게 사용된다. 이러한 이동은 출력 평형의 필요성에 따라 원자로 노심으로부터 가연성 유독제어봉을 작업자가 원자로에 삽입하거나 회수할 수 있도록 요구된다.

결국 집중된 가연성 유독제어봉은 사용된후 적당한 방사선차폐물이 제공된 그리고 적당한 장소에 폐기시키어 운반되도록한 후에 포장되어 제거되어야 한다. 운반용 통의 부피를 경제적으로 줄이기 위하여 스파이더로부터 제각기 제어봉을 분리하는 것이 바람직하다. 그러나, 스파이더로부터 가연성 유독제어봉을 분리하는 것은 여러가지 이유에서 복잡하다. 방사선조사된 유독제어봉은 노심에서의 충분한 방사선조사를 받은 후이므로 내부 가스압력이 생성되어 있다. 또한, 가연성 유독제어봉이 실린 관체는 방사선조사에 의하여 매우 부서지기 쉽게 되어 있다. 일반적으로 이 가연성 유독제어봉은 나사고정구에 의하여 제각기 스파이더 암에 연결되어 있는데, 이와 같은 경우 스파이더로부터 유독제어봉을 분리하기 위하여 제안된 대부분의 기술은 전단이나 톱질에 의한 것이 있다.

유독제어봉을 톱질하여 잘라내는 것은 유독제어봉내의 가스압력 때문에 매우 조심스럽게 다루어야 하나 톱질과정에서 방사능을 띈 부스러기가 나오게 된다. 전단은 이러한 문제점을 광범위하게 극복하나, 취급이 거칠어 바람직하지 못하다.

따라서 노심주위에서 차단되며, 가연성 유독제어봉을 간단하고 신속하고 또한 정교하게 제거할 수 있는 방법으로 제어봉을 스파이더 암에 결합하기 위한 어떤 적당한 수단의 필요성이 있다.

종래 기술에 있는 이러한 문제점이나 다른 문제점들은 본 발명의 실제를 통하여 극복된다. 특히 하나의 핀이 가연성 유독제어봉의 횡단부의 한쪽 종단에 고착된다.

이 핀은 유독제어봉 하측의 스파이더 암 적당한 곳에 형성된 구멍에 착설된다. 스파이더 암 에 유독제어봉을 고정하기 위한 적당한 수단이 제공된다. 즉 스파이더 암의 인접부에 이러한 목적을 위하여 핀의 파손되기 쉬운 플랜지가 적당히 용착된다.

본 발명의 특징에 따라서, 가연성 유독제어봉은 이 제어봉과 그 핀의 종축선과 일치하는 방향으로 힘을 가하므로서 스파이더 암으로부터 분리된다. 이 힘은 스파이더 암으로부터 핀을 충분히 압박할 수 있는 크기이다.

예를들어, 깨지기 쉬운 플랜지는 예상된 절결선, 취약점 또는 스파이더 암의 구멍을 통하여 핀이 관통할 수 있는 분절면(分節面)을 따라 파쇄된다.

이와 같은 경우, 비록 상당한 힘이 스파이더 암의 구멍을 통하여 핀을 관통시킬 수 있도록 가하여진다 하여도 이 힘은 핀에 대하여 종방향으로 가하여지는 것임이 중요하다 할 것이다. 본 발명의 이러한 특징은 파손방지, 분절의 위험으로 부터 가압된 가연성 유독제어봉을 전단 특성인 거친 취급에 의한 다른 손상등에서 보호할 뿐만 아니라 만약 제어봉이 스파이더로부터 톱질되어질 경우에도 다량의 방사능을 띈 부스러기가 나오는 것을 방지한다.

본 발명을 첨부된 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 도시한 것으로, 스텐레스 스틸 등으로 구성된 스파이더(10)의 중심에 종축선(12)을 가진 원주형 허브(hub)(11)가 형성되어 있다.

이 스파이더(10)는 수개의 스파이더 암을 갖고 있으며, 이들은 축선(12)에 수직인 평면에 허브(11)로 부터 방사상으로 연장되어 있다. 보다 설명을 간단히 할 목적으로, 제1도에서는 평면상으로 보인 스파이더 암(13)(14)(15)(16)(17)(20)(21)만을 도시하였다.

일군의 가연성 유독제어봉(22)(23)(24)(25)(26)(27)(30)이 이들 각 스파이더 암에 취부되어 있다. 모든 가연성 유독제어봉은 각 종축선이 허브(11)의 종축선(12)에 평행한 가늘고 긴 튜우브로 되어 있다. 이 가연성 유독제어봉(30)의 외면은 중공튜우브(31)로 형성되어 있고, 튜우브(31)의 하단부는 플러그(32)로서 용착되거나 그밖의 방법으로 밀봉되어 있다. 튜우브(31)내에는 다수의 작은 원주형으로 가연성 유독 펠렛(pellet)(33)이 적층되어 있다.

이 개개의 펠렛(33)은 최상측 펠렛과 중공튜우브(31)의 타측 개방단을 밀폐한 플러그(35) 사이에 장진된 스프링(34)에 의하여 모두 종방향으로 압압되어 있다.

본 발명의 실시예는 제2도에 도시되었다.

도시된 바와 같이, 종단캡(73)은 가연성 유독제어봉(73)의 일측단을 폐쇄하고 있다. 이 종단캡에는 지주봉(76)의 나선단부를 입수하기 위한 종방향으로 단층이 형성된 구멍(75)이 형성되어 있다. 종단캡(73)의 외주면에는 스파이더 암(81)에 형성된 홈(80)의 저면에 착설지지되는 플랜지형 견부(77)가 형성되어 있다. 이 홈(80)은 지주봉(76)의 직경보다 직경이 약간 큰 구멍(82)과 종방향으로 나란히 형성되어 있다.

지주봉(76)의 종방향 부분(83)은 스파이더 암(81)의 상부로 돌출되어 있고, 절결구(84)가 지주봉(76)의 돌출부(83)에 형성되어 있다. 이 절결구(84))는 스크류드라이버를 끼우거나 종단캡(73)의 구멍 구멍(75)내로 지주봉(76)을 나회시켜 적용하기 위한 수단을 제공한다.

본 발명의 특징에 따라서, 횡방향 플랜지(85)가 이것이 연결된 지주봉(76)의 돌출부(83)의 표면으로부터 외측으로 돌출되어 있다. 플랜지(85)의 직경은 스파이더 암(81)의 표면에 대하여 지지될 수 있도록 구멍(82)의 직경보다 충분히 크다.

플랜지(85)에는 지주봉(76)의 표면에 인접하고 구멍(82)과 종방향으로 일렬이 되게 놓여 있는 돌출부(83)의 그 부분에 형성된 환상홈(86)이 제공된다. 플랜지(85)는 스파이더 암(81)상의 위치에 지주봉(76)과 견고히 고정되도록 점용접 또는 덧붙침 용접된다.

작용에 있어서는 판체(90)(제3도)가 스파이더 암(81)상에 중첩된다. 이 판체990)는 환형홈(86)(제2도)에 의하여 형성된 취약점에서 플랜지(85)로부터 지주봉(76)을 파쇄하여 떨어뜨릴 수 있는 충분한 힘으로 지주봉(76)의 돌출부(83)를 압압하기 위해 구멍(82)과 정열된 방향으로 전진하게 된다.

이와같은 방법으로 지주봉(76)과 이에 연결된 가연성 유독제어봉(74)은 스파이더 암(81)으로 부터 분리된다. 그리고 지주봉(76)은 가연성 유독제어봉(74)과 종단부캡(73)으로부터 나해될 수 있다. 이와 같이 가연성 유독제어봉(74)은 톱질하거나 전단하여 분리하는 번거러움없이 스파이더 암(81)으로 0부터 분리될 수 있다. 판체(90)는 스파이더에 연결된 여럿 또는 모든 가연성 유독제어봉상에 확장시킬 수 있으며, 단 한번의 종방향 타격으로 다수의 유독제어봉을 분리하므로서 종래 기술과 같이 시간을 소비하거나 번거러운 점을 안전하게 회피할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 본문에서 설명된 바와 같이, 가연성 유독제어봉을 입수하기 위한 구멍을 제각기 갖는 다수의 암들을 포함하는 스파이더와, 종축을 갖는 가연성 유독제어봉을 포함하는 핵연료집합체의 가연성 유독제어봉의 착탈장치에 있어서, 가연성 유독제어봉의 한쪽 종단에 고착되며, 돌출된 그리고 스파이더 구멍내에 놓여지는 지주봉과, 유지력을 제공하기 위하여 지주봉에서 횡방향으로 돌출되며 또한 여기에 고착되었으며, 구멍내에 지주봉을 유지하기 위하여 스파이더 구멍의 직경 이상으로 연장된 플랜지와, 선정된 취약점을 제공하기 위하여 지주봉을 환형으로 둘러쌓고 있는 플랜지에 형성된 홈과, 지주봉에 상기 유지력보다 큰 힘을 적용하므로서 스파이더 구멍에 대하여 봉과 지주봉의 세로방향 이동으로서 상기홈에서 파괴되나, 유독제어봉의 구조적 안정성과 스파이더의 구조적 안정성이 유지되는 플랜지를 특징으로하는 핵연료집합체의 가연성 유독제어봉의 착탈장치.

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