KR820002398B1 - 연료체 캔 파쇄 특성의 결정방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

연료체 캔 파쇄 특성의 결정방법

제1도는 캔(can)파쇄의 검출방법을 설명한 것으로써 일정 수효의 핵종에 대하여 초-1로 표시한 붕괴상수 1의 함수로서 방사능 비율 R/B를 도시한 것이다.

제2도는 주어진 계수 νg에 대하여 온도의 함수로서 단일 캔 파쇄로 부터 기인되는 상이한 방사성 핵분열생성물에 대한 원자로의 1차 냉각수의 총 방사능을 쿠리/톤으로 나타낸 제1 계산 도표의 계산예를 도시한 것이다.

제3도는 제1 및 제2 그룹의 핵종의 방사능 비율을 상이한 계수 νg값에 대하여 은도(℃)의 함수로써 표시한 제2 계산 도표의 예를 도시한 것이다.

제4도는 제3도의 제1 그룹중 3개의 특정 방사능 비율에 대해 방사능 비율의 함수로서 νg의 값을 나타낸 제3계산도표의 예를 도시한 것이다.

본 발명은 원자로의 캔(can)에서 발생할 수 있는 파쇄의 특성을 검출 및 결정하는 것에 관한 것으로써, 특별하게는 중수 또는 경수헝 원자로에 적용되며, 또한 액체 금속-냉각형 원자로 분야에도 적용될 수 있다. 본 명세서에서는 주로 경주 냉각 감속형 원자로에 관하여 서술 하였지만, 이것이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 명백히 아니다.

지금까지 공지된 PWR 또는 BWR경수 감속형 원자로에서 사용되는 연료는 일반적으로 지르칼토이 피복체로 피복된 산화 우라늄 UO₂로써, 이 연료는 수많은 연료봉을 각각 가진 일정수의 독립 집합체 속으로 분배된다. 예로써, 900MW의 전력을 발생하는 PWR원자로는 3.6M길이의 연료봉을 약 40,000개를 가지는데, 이 연료봉은 각각 264개의 봉을 갖는 154개의 집합체로 분배된다.

원자로의 코어를 이루는 이 연료체는 직접 감속수(moderating water)에 침수 되는데 이 감속수는 또한 원자로의 1차 냉각제 역활을 한다. 1개 또는 그 이상의 연료봉 캔이 균일 또는 파손되는 경우, 캔내에 장착되어 있는 방사능 핵분열 생성물은 캔으로 부터 1차 냉각제 내로 분산되어 원자로 용기, 펌프 및 1차교환기 같은 부품을 오염시킬 수 있다.

따라서 이런 원자로의 작동중 이런 원자로의 작동중 연료체 봉을 구성하는 캔내의 균일 또는 파손의 출현 및 가능한 분산을 감시하는 것이 대단히 중요하다.

이제까지 상기 요구를 완전히 만족하게 충족 시킬 방법은 개발되지 못했고, 핵분열 생성물에 대한 1차 냉각수의 전 방사능을 감시하는 다소 경험적 방법을 사용하는 것이 필연적으로 되어왔다.

본 발명은 원자로 연료체에 대한 캔의 파손 또는 판쇄의 특성을 검출 및 결정하기 위한 방법으로서 이 것은 코어의 봉집합체중 어느하나에서 발생한 캔 파쇄를 검출한 후, 간단한 수단을 사용하여 파쇄 범위와 평균수요 및 그 위치를 결정할 수 있게 한다.

일반적으로 작동원자로의 1차 유체증에 용해될 수 있는 가스상의 핵분열 생성물 또는 고체 핵분열 생성물의 상대적인 방사능을 정보원으로서 사용하여 캔의 파손 또는 파쇄를 감시하는 것은 가능하다. 사용되는 핵종중 가장 일반적이고 관심있는 것은 가스상의 생성물의 경우는 회가스, 크립트 및 크세논이며, 고체생성물의 경우는 요오드와 세슘이다. 하기 표는 각조의 핵종과 이의 주기를 나열한 것으로서 그 주기는 수분에서 부터 수년까지 대단히 광범위하게 변한다.

(주 : m은 준안정을 의미함)

제1근사법으로서 가압 수냉각 형 워냐의 1차 용수의 핵분열 생성물 방사능은 3개 매개 변수 즉, 캔내의 파손의 수효 n, 파쇄된 연료봉의 온도 T, 누수계수 νg에 의해 해석될 수 있는 파손의 크기에 의해 결정된다.

1차 서킷트(circuit)용수의 방사능 상에 수집된 정보는 전원자로의 정보이며, 정보원(information source)을 "구분"할 수 없으므로, 온도는 균일하기 시작한 연료봉의 다른 기점들의 온도의 평균 온도로 정의된다.

그러므로 파쇄의 수효 n은 1을 초과한다. 동일한 방식으로 파쇄크기의 개념은 단지 현존하는 결합있는 표면의 평균치를 나타낸다. 이 결과 균열의 온도 또는 파쇄의 크기가 문제가 될 때는 언제나 상기 특징에 언급되어야 하는 것이 중요하다. 상기 후자의 요소에 대하여 단일 파손의 경우에 좀더 정확한 정의가 하기와 같이 주어질 수 있다.

νg=D/e X s/V

상기식에서

D는 핵분열 생성물의 살포계수(㎠/S)이며,

e는 핵분열 생성물의 통로 즉, 근소한 차를 갖는 캔의 두께(㎝)이며,

s는 결함표면 또는 균일(㎠)이며,

V는 연료와 그 캔 사이의 팽창 챔버의 실제 체적(㎤)이다.

따라서, 계수 νg는 매초 균일된 피복을 통과하는 팽창 챔버내애 존재하는 총 방사능의 비율을 나타낸다는 것임을 용이하게 알수 있다. 그것은 파손의 중력을 나타내는 것으로 시간의 역수의 차원을 갖는 수치로 표시된다. 계수 νg의 표준치는 전기한 형태의 원자로에 대하여 평균치가 10^-2/s내지 10^-6/s이다.

가압 용수형 원자로의 1차 서킷트 내의 핵종 핵분열 생성물의 방사능은 Ai=F(n, T, νg)의 형태로 나타난다. 동일한 특성을 갖는 캔 파쇄에 대하여 2개의 핵종 Ai 및 Aj의 방사능 비율은 파쇄의 수효와 무관한 R =Ai/Aj =F'(T, νg)이다.

그러므로, 원자로 코어내의 캔 파쇄의 크기 및 온도의 측정은 함수 P'(T, νg)와 매개변수 T 또는 νg의 값을 측정한후, 핵종 방사능 비율을 연구함으로써 용이하게 수행될 수 있다. 일반적인 경우에는 그렇지 않지만, 본 발명자는 방사능 비율을 형성하기 위해 사용된 조를 측정할 수 있는 핵종의 조를 특별히 선정함으로써 이의 방사능 비율(용이하게 측정됨)은 특히 νg 또는 온도에 더 의존한다는 것을 발견했다.

함수 F'(T, νg)가 특수 프로그램을 사용한 컴프터에 의해 계산되므로써, 매개변수 T, νg 및 n은 계산할 수 있으므로 단지 단일 미지수를 가진 등식을 푸는 것만이 문제이다.

상기의 발견은 원자로의 연료체에 대한 캔의 파쇄 또는 파손의 특성을 결정하는 방법의 개발을 가능하게 하였는데 이 방법은 파쇄의 출현을 검출한 다음, 이어서 하기 a), b), c)에 따라 연료체의 연소도 및 원자로 코어의 주어진 톡성을 측정함을 특징으로 한다.

a) 일정수의 핵종에 대하여, 단일 파쇄에 의해 임의로 한정한 캔의 파쇄 상태에 대해 균열된 연료체의 평균 온도의 함수로서 1차 냉각제 중의 총 방사능을 나타내는 각각의 계산 도표가 계수 νg의 특정치에 대해 수립되는 일련의 제1 계산 도표.

b) 계수 νg의 서로 다른 값들에 대하여, 균열된 연료체의 평균 온도의 함수로서 두그룹의 비율, 즉 제1 근사법으로 판단할때 온도에 대해 무관한 제1 그룹의 비율과 온도에 따라 증가하는 온도 함수의 제2 그룹의 비율을 나타내도록 조를 이룬 서로 상이한 핵종들의 방사능 비율을 나타내는 제2 계산도표.

C) 제1 그룹의 상기 동일 비율에 대하여 실제 방사능 비율의 함수로서 계수 νg의 변화를 제1 그룹의 방사능 비율로 부터 ; 원자로의 1차 냉각제 내에서 측정하여 계수 νg의 평균치를 측정할 수 있게 하는 제3계산 도표로 전달되는 제1 그룹의 방사능 비율로 부터 ; 원자로의 제1 냉각제 내에서 측정하여 전에 찾아낸 계수 νg의 값과 함께 균열된 연료체 온도의 평균치를 측정 할수 있게 하는 제2 계산도표에 전달되는 제2 그룹의 핵종의 방사능 비율의 값으로 부터; 1차 냉각제 내에서 측정하여 상기 언급한 온도와 함께 균열의 참수효를 측정할 수 있게하는 계수 νg에 상응하는 일련의 제1 계산 도표이 이송되는 임의 수효의 핵종에 대해 측정된 방사능으로 부터 유도된 제3 계산도표.

본 발명자는 원자로의 1차 냉각수중에 함유된 핵분열 생성물의 방사능 비율은 주로 1개의 매개 변수만에 의해, 즉, 균열의 평균 중력을 나타내는 νg의 값에 좌우 된다는 것을 발견하였다.

현존하는 프로그램을 사용하여 계산에 의해 함수 R=P'(T, νg)를 나타내는 계산 도표를 결정하는 것이 표준 방법이므로, 상기 함수가 단지 1개 이상의 변수에 좌우될 때, 이 변수는 원자로 냉각제 상의 분광계로 측정한 유효치보다 더 정밀한 이론적으로 만든 계산도표상의 값을 변화시키므로써 결정할 수 있다. 이런 프로그램은 캔의 파쇄 뒤따르는 핵분열 생성물 방사능의 원자로 냉각 유체중의 출현을 전자 계산기로써 가능한게 수행될 수 있게 하였으며, 이는 특히 PROFIP₃으로 공지 되었으며, 다음 출판물에 기재되어 있다. [파리 대학교, 과힉부(올세), 제3기 논문집, 1978, 6월. J.M. GOMIT에 의한 "가압수형 원자로의 1차 서킷트의 오염에 대한 연구"]

따라서 본 발명에 따른 실현 방법은 원자로 냉각제중의 캔의 파쇄로 인해기인되는 핵분열 생성물의 이동현상을 프로그램법으로, 그리고 캔파쇄의 결과로서 1차 냉각제내에 존재하는 핵종의 임의 수효의 방사능 비율을 감마 분광식 방법으로 3개의 상이한 계산도표를 작성하는 것이다.

이 결과 본 발명에 따른 방법의 실현은 계수 νg의 평균치. 균일유ㅟ치에서의 봉의 온도 T의 평균치 및 실제균일의 수효 n의 평균치를 단계적으로 결정하는데 있다. 이 단계에서 측정은 원자로 코어의 모든 봉으로 부터의 1차 냉각제 상에서 행해지기 때문에 측정된 상이한 값들은 단지 실제 평균치이므로 하기의 방법으로 그 의미를 해석하는 것이 필요하다.

계수 νg의 평균치는 현재 교려되는 원자로 코어 전역에 캔중의 균일의 평균중력 특성치이다. 이 계수는 이의 수효로 이분한 코어내에 존재하는 균일의 총표면적을 근사적으로 나타낸다. 균일의 평균온도는 균열이 생기는 각 상이한 봉의 축의 참온도의 평균치로 간주해야 한다. 최종적으로 얻은 평균 균일수 n은 1개의 가정 균일에서 계산된 계산도표와 비교된 임의 수효의 방사능 비율의 평균치로 부터 유도된다.

특정치의 계수 νg를 유도하기 위하여 각종 규닐의 중력이 동일하다고 가정하여 얻은 수효 n은 참 균일의 수효를 나타낸다.

3개의 특성치 νg, T 및 n의 최종 결정은 전자 계산기를 사용하여 수동 또는 완전 자동으로 필요에 따라 행하에 연속적으로 원자로를 감시할 수 있게 한다.

본 발명에 　 두 부류의 핵종 조를 측정하기 위해 사용된다. 핵종조의 제1그룹은 균열온도와 실질적으로 무관하며, 이의 제1항은 핵종에 해당되며, 이의 주기는 10시간 이하이며, 또한 이의 제2항을 핵종에 해당되며, 이의 주기는 제1항 핵종의 주기와 3분 사이이다. 제1그룹중 2개의 핵종의 최대주기 변화를 가질때 최대의 결과가 얻어진다.

주 핵분열 생성물과 이의 주기에 대한 상술한 표를 참고할때, 다수의 핵종조가 제1그룹의 조를 이루기 위해 사용될 수 있음을 알수 있다. 그런, 그 138 크세논(14.1분), 87 크립톤(76.3분) 및 138 세슘(32.2분)중에서 선택한 핵종 중 하나를 분자로 하고 주기가 9.17시간인 135 크세논을 분모로 사용하는 것이 유리하다. 또한, 정의에 따라서 부낮에 89 크립톤(3.18분) 또는 137 크세논(3.83분)을 사용할 수 있다. 또한 선택된 핵종의 조에 대하여 분자와 분모를 전환시킴으로써 상기 비율의 역수를 사용할 수 있는 것은 명백하다.

제2그룹의 방사능 비율을 구성하는 조로 조합될 수 있는 핵종을 결정하기 위하여 제1항은 10시간 이하의 주기를 갖는 핵종으로 제2항은 24시간 이상의 주기를 갖는 핵종으로 하여 분수의 조로 핵종을 조합시키는 것이 필요하다. 예를들면, 135 크세논(9.17)은 자주 방사능 비율 분주의 분모로 사용되며, 133크세논(5.29일) 또는 133m 크세논(2.2일) 또는 133 요오드(5.29일)은 분자로 사용된다. 명백히 이와같은 조합은 유익하며, 비제한적인 방법으로 주어지며, 또한 최적 조건들은 전술한 식으로 정의된다. 또한 제1 그룹에 대하여 전술한 바와 같이 분자와 분모를 전환시킴으로써 상기 비율의 역수를 사용할 수 있다.

최종적으로 본 발명은 냉각 유체중에 존재하는 일정 수효의 핵종에 대한 R/B 비율의 값에 의하여 원자로의 연료체에 대한 캔의 파쇄특성을 결정하는 방법에 관한 것으로써, 상기 식에서 R은 작동원자로 코어에 의해 1차 유체내로 매초 방출되는 핵종의 원자수이고, B는 매초 이론상 발생되는 동일 핵종의 원자수를 나타낸다. 또한 균일의 출현을 검출하기 위하여 상기 방법으로 결정한 R/B 비율의 상이한 값들은 횡좌표에 표시된 각 핵종의 붕괴 상수 λ의 함수로서 직교 좌표 내의 그래프상에 위치하며, 상기 방법으로 얻은 상이한 점들은 단일수평선상에 일직선으로 되며, 이 직선의 중단은 적어도 1개의 균일의 출현을 나타낸다.

매초 1차 냉각유체내로 방측되는 참 방사능을 측정하며, 그래프로 만족한 결과를 얻기 위해 예를들면 10개의 단지 적은 수효의 핵종을 채택하므로써 이 방법을 특히 간단하다.

매초 방출되는 상기 원자수와 동일 핵종에 대해 매초 발생되는 이론적 원자수의 R/B 비율을 원자로 작동력을 고려하여 형성함으로써, 캔의 파쇄가 λ의 함수로서 그라프상에 존재하지 않을 경우 일정수의 점들이 동일 수평선상에 위치 될수 있음을 이론적으로 알수 있다. 따라서 이 그래프를 주기적으로 추적하여 측정오차를 고려하여 각 점들을 검토할 필요가 있다. 그렇게 함으로써 이 직선의 중단이 결함 출현의 특성이 된다. 만약, 측정하여 결함이 실제로 검출되면, 본 발명에 따른 방법으로 하기 방식으로 측정된 파쇄를 검토할 수 있게 한다.

이하 도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도는 도시 2650MW출력으로 작동되는 쉐센하임(fessenheim) 원자로(1)에 관한 것으로써, 매초 액체내로 방출되는 각 핵분열, 핵종의 원자수와 이론적으로 계산한 매초 발생되는 동일 핵종의 원자수의 비율로서 상기 정의된 R/B 비율은 쵱 좌표상에 로그눈금으로 하여 초 -1으로 표시된 방상성 붕괴 상수 λ의 함수로서 종축상에 로그 눈금으로 작성하였다.

또한 12개의 방사성 핵분열 핵종이 곡선상에 12개의 상응하는 점들을 결정하기 위해 사용되었다. 곡선에서 순서로 요오드(131), 크세논(133), 133m 크세논, 요오드(133), 크세논(135), 요오드(135), 85m크립톤, 88크립톤, 요오드(132), 87 크세논, 요오드(134) 및 크세논(138)을 볼 수 있다. 그래프에서 알 수 있는 바와같이 상이한 점들은 단일 수평선이 아닌 2개의 곡선(1) 및 (2)에 걸쳐 분포되어 있다. 이 간단한 발견은 원자로 코어를 구성하는 봉에 적어도 1개의 균열이 있음을 확신하게 한다. 추가 설명의 목적으로 캔 파쇄전의 오염 수준에 상응하는 수평선부가 점선(2a)으로 표시되어 있다.

제2도 내지 제4도를 참고하여 지금부터 1378년에 미한지(tihange) 원자력 발전소의 가압수형 원자로에 실제로 수행하였던 방식으로 캔파쇄의 연구에 대하여 자세히 서술하고저 한다.

제2도는 단일파쇄의 경우 균열된 캔의 누설인자 νg는 10^-2/s이라고 가정하여 PROFIP 3 프로그램을 사용하여 전자 계산기로 계산된 제1계산도표를 도시한 것이다. 그리고, 계산은 12,000MWJ/T의 연료체비 연소도를 기초로 하여 행한 것이다.

이 결과 용수의 방사능(큐리/톤)은 7개의 핵분열 생성물 즉, 3개의 크세논(133), (135) 및 (138)과 3개 크립톤 85m(87) 및 (88)과 세슘(138)에 대하여 원자로의 1차 용수내에서 결함있는 봉 온도(℃)의 함수로서 계산된다. 종좌표는 로그 눈금이며, 횡좌표는 선형 눈금이다.

제3도는 역시 12,000MWJ/T의 연소도에 대하여 계산된 제2계산 도표로써 이것은 선형 눈금의 횡좌표에 도시된 균열된 봉의 평균 온도의 함수로서 로그 눈금의 종 좌표에 도시된 핵분열 생성물 핵종의 방사능 비율의 전개를 도시한 것이다.

이 비율은 10^-2/s에서 10^-6/s로 변하는 일정수의 값 계수 νg값에 대하여 작성된 것이다. 제3도 값은 핵종조의 2개 그룹 즉, 제3도의 하부 그룹에서 실질적으로 온도와 무관한 제1그룹의 비율과 제3도의 상부그룹에서도 동일 온도의 함수로서 현저하고 급속히 상승하는 제2그룹(실선표시)의 방사능 비율을 도시한 것이다. 제3도의 예에서 제1그룹의 핵종의 비율은 모두 3개 즉, 87 크립톤/135 크세논, 138 크세논/135 크세논 및 138 세슘/135 크세논 이다. 단지 1개 조만이 제2그룹 즉, 133 크세논/135 크세논에서 고찰 되었다.

제4도는 제3도의 제1그룹의 핵종조의 결과를 도시한 것으로써 전술한 제3계산 도표와 상응하게 다른 형태로 표시하였다. 계수 νg의 값(초^-1)은 종축에 로그눈금으로 표시 하였고, 각조 핵종의 방사능 비율은 횡축에로그눈금으로 표시 하였다. 제4도에서, 온도는 제1그룹의 핵종의 방사능 비율에 작용을 미치지 않기 때문에 표시하지 않았다.

캔 파쇄의 감시를 실시하기 위하여, 제3계산 도표가 제일먼저 사용하여 제1그룹에 속하는 핵종의 방사능 비율을 측정한다. 그후, 주어진 시간에서 코어 내의 캔의 파쇄상태의 νg평균 특성치 즉, 균열수에 대한 균열의 총 표면적의 바율을 추론한다.

디한지 원자로에서 수행한 특수한 경우의 계산에서 약 10^-2/s의 νg는 제3계산 도표를 사용한 평균치로 발견되 었다.

이 평균치 νg를 제2계산 도표(제3도)증 제2그룹의 핵종 방사능 비율로 이송시켜 이것을 133 크세논/13크세논 핵종의 비율에 대하여 코어의 1차 용수 내에서 분광 분석에 의해 측정된 방사능 비율에 접근시킴으로써 균열된 캔의 평균온도를 결정할 수 있다. 이 평균 온도는 디한지 원자로의 경우에 1560℃였다.

12,000MWJ/T의 비연소도, 단일 캔 파쇄 및 10^-2/s의 계수 νg에 상응하는 제2도의 제계산 도표에 후자의 온도 값을 이송 시킴으로써 캔 파쇄의 참 수효를 제1계산 도표상의 7개 핵분열 생성물의 각각에 대한 1차 용수내의 총 방사능의 측정치와 비교하여 결정할 수 있다. 다른 가능한 오차를 고려할 때, 균열의 평균수 n=27±0.5로 결정된다.

각 핵종의 방사능에 대한 정확한 측정 결과는 미한지 원자력 발전소에서 1978년 1월 중에 행한 측정치와 상응하는 값으로 하기 표내에 나타내었다.

νg=10-2 T=1560℃

시험 말기에는 원자로를 정지 시킨 후 코어를 디스차지시켜 시험하였다. 이 결과 3개의 연료봉이 손상됨을 발견하였고 한편으로는 플러그가 없어졌음을 발견하였다. 3개의 봉은 축에서 취한 약 1300℃의 평균 코어 온도 보다 높은 약 1560℃의 온도에서 작동되고 있었다.

Claims (1)

1. 원자로 내의 연료체용 캔의 파쇄 특성을 결정하는 방법에 있어서, 캔 파쇄의 출현을 검출한 다음, 이어서 연료체의 연소도 및 원자로 코어의 주어진 특성을, 일정 수효의 핵종에 대하여, 단일 파쇄에 의해 임의로 한정한 캔의 파쇄 상태에 대한 균열된 연료체의 평균 온도의 함수로서 1차 냉각제중의 총 방사능을 나타내는 각각의 계산 도표가 계수 νg의 특성치에 대해 수립되는 일련의 제1계산 도표;

   계수 νg의 서로 다른 값들에 대하여, 균일된 연료체의 평균 온도의 함수로서 두 그룹의 비율, 즉 제1근사법으로 판단할때 온도에 대해 무관한 제1그룹의 비율과 온도에 따라 증가하는 온도 함수의 제2그룹의 비율을 나타내도록 조를 이룬 서로 상이한 핵종들의 방사능 비율을 나타내는 제2계산도표;

   제1그룹의 상기 동일 비율에 대하여, 실제방사능 비율의 함수로서 계수 νg의 변화를 제1그룹의 방사능 비율로부터 원자로의 1차 냉각제 내에서 측정하여 계수 νg의 평균치를 측정할 수 있게하는 제3계산 도표로 전달되는 제1그룹의 방사능 비율로 부터 원자로의 제1냉각제 내에서 측정하여 전에 찾아낸 계수 νg의 값과 함께 균일된 연료체 온도의 평균치를 측정할 수 있게하는 제2계산 도표에 전달되는 제2그룹의 핵종의 방사능 비율의 값으로부터 1차 냉각제 내에서 측정하여 상기 언급한 온도와 함께 균열의 참 수효를 측정할 수 있게하는 계수 νg에 상응하는 일련의 제1계산 도표에 이송되는 임의 수효의 핵종에 대해 측정된 방사능으로 부터 유도된 제3계산도표로 부터 계산함을 특징으로 하는 원자로 연료체 캔의 파쇄특성의 결정 방법.

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