KR880002043B1 - 기계적인 스펙트럼 변경로용 디스플레이서봉 - Google Patents

기계적인 스펙트럼 변경로용 디스플레이서봉 Download PDF

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케이.제이슨 로버터
에프.윌슨 죤
에이.죠지 레이몬드
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웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀
피이.이이.레고우
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Abstract

내용 없음.

Description

기계적인 스펙트럼 변경로용 디스플레이서봉
제1도는 원자로용기의 입면상의 단면도.
제2도는 연료집합체 상부의 입면상의 단면도.
제3도는 연료집합체 하부의 입면상의 단면도.
제4도는 디스플레이서봉과 각 연료집합체의 투시도.
제5도는 디스플레이서봉 안내구조물의 입면상의 단면도.
제6도는 제5도의 선 VI-VI을 따라 절단한 단면도.
제7도는 1/4로심의 다이아그램.
제8도는 1/4로심의 일부분에 대한 확대도.
제9도는 1/4로심의 일부분에 대한 확대도.
제10도는 연료집합체의 단면도.
제11도는 로심의 단면도.
제12도는 디스플레이서봉의 입면상의 단면도.
제13도는 제12도의 선 XIII-XIII을 따라 절단한 단면도.
제14도는 다른 디스플레이서봉의 입면상의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 원자로 22 : 원자로용기
26 : 입구노즐 28 : 출구노즐
32 : 연료집합체 23 : 로심
40 : 디스플레이서봉 48 : 연료체
56 : 안내관 80 : 제어봉
82 : 그레이봉 8 : 언로드(unroded)위치
140 : 상단부 플러그 144 : 제 1 관
146 : 중간봉 15 : 제 2 관
152 : 하단부 플러그 154 : 펠릿 또는 중량수단
156 : 스프링
본 발명은 스펙트럼 변경로 제어에 관한 것으로서, 특히 스펙트럼 변경로 제어봉 디스플레이서봉에 관한 것이다. 원자로에 있어서, 반응도 제어는 원자 로심에서 중성자 흡수재(독성물)의 양을 변화시키므로서 수행된다. 일반적으로 중성자 흡수제어봉을 로심에 대해 제어봉의 수와 위치를 변화시켜서 반응도 제어기능을 수행하는데 이용된다. 제어봉뿐만 아니라, 가연성 독성물과 원자로 냉각재에 용해된 독성물은 반응도를 제어하기위해 사용될 수 있다.
종래의 가압수형 원자로의 설계에 있어서, 반응도는 로심의 수명이 끝날때 없어지게하기 위해 시동때 과다한 반응도가 원자로 로심에 있도록 설계되어 있는데, 이러한 과다한 반응도는 원자 로심 수명을 연장시키는데 사용된다. 과다한 반응로가 로심 수명의 초기때 부터 원자 로심에 있게 설계되어 있으므로 가용성 붕소와 같은 중성자 흡수재는 과다한 반응도를 적절하게 제어할 때마다 로심에 배치되어야 한다. 로심 수명이 끝날때 반응도가 없어지기 때문에 중성자 흡수재는 점차 원자 로심에서 제거된다. 중성자 흡수재는 중성자를 흡수하며 플루토늄 연료생성과 같은 제조 방법으로 로심으로부터 반응도를 제거한다. 유용한 플루토늄을 생산함이 없이 이런 방법으로 반응도의 소비는 실행될 수 있는 것보다 다소의 우라늄 소비와 많은 연료비용을 초래한다.
로심 수명의 초기때에 작은 양의 중성자 흡수재를 가지면서 로심 수명을 연장시키고자하는 방법은 "스펙트럼 변경제어"를 사용하므로서 가능하다. 그런 방법에 있어서, 과다한 반응도(중성자 흡수재)의 감소는 원자로를 몇시간 운전한후까지 대부분의 중수로 냉각수를 유지시키면서 수행되어서, 로심 수명의 초기에 중성자 스펙트럼이 비교적 경화된다. 경화된 스펙트럼은 독성물보다는 오히려 유용한 방법으로 U238에 의해 소비된 중성자를 발생시켜서 사용한다. 반응도가 소비될때, 중수는 경수로 대체되어서 원자로 로심 반응도가 적절한 레벨로 유지된다. 원자로는 시동때 과다한 반응도와 중성자 흡수재를 사용함이 없이 제어될 수 있으므로 우라늄 연료비용을 저렴하게 할 수 있다. 게다가 플루토늄 생성은 U235의 농축요건들을 줄인다. 종래기술에서 원자로를 제어하는 방법이 있었지만 우라늄 연려비용 감소와 로심 수명을 연장시키는 방법으로서, 원자로 로심 감속재를 제어하는데 사용하는 디스플레이서봉이 필요하게 되었다.
그러므로 본 발명의 주 목적은 원자로 로심에서 사용하는 필요한 요건들을 제어하여 스펙트럼 변경로에 냉각수 디스플레이서봉을 제공하는 것이다.
이런 목적으로, 본 발명은 원자로 냉각수를 선택적으로 배치하기 위해 가압수형 원자로에 사용된 냉각수 디스플레이서봉에 있어서, 디스플레이서봉의 일단부에 상부 단부 플러그를 가진 저중성자 흡수재 준공 금속 제 1 관과, 상기 제 1 관에 부착된 중간봉과,상기 중간봉에 결합하고 아울러 디스플레이서봉의 타단부에 장착된 하단부 플러그를 가진 저중성자 흡수재 중공 금속 제 2 관으로 이루어진것을 특징으로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조해서 더욱 상세히 설명하고자 한다.
제1도를 참고하면, 원자로(20)는 원자로의 상단부에 부착된 제거 가능한 밀폐헤드(24)를 가진 원자로 용기(22)로 이루어져 있다. 입구노즐(26)과 출구노즐(28)은 물과 같은 냉각재가 원자로용기(22)를 통해 순환하도록 원자로 용기(22)에 연결된다. 로심 평판(30)은 원자로용기(22)의 하부에 배치되며 연료집합체(32)를 지지하기 위해 제공한다. 연료집합체(32)는 원자로용기(22)내에 배열되며 로심(34)을 구비한다. 종래의 기술을 통해서 알수 있듯이, 연료집합체(32)는 우라늄의 핵분열로 열을 발생한다. 연료집합체(32)와 열전달관계로 원자로 용기(22)를 통해 흐르는 원자로 냉각재는 연료집합체(32)에서 발생한 열을 원자로(20)에 떨어져 위치한 전기 발생장치로 전달한다. 본 기술에 능통한 자들로부터 선택된 다수의 제어봉 구동기구(36)는 연료집합체(32)로 부터 제어봉(도시생략)을 장전하거나 해제하기 위해 밀폐헤드(24)내에 배치된다. 게다가, 다수의 디스플레이서봉 구동기구(38)는 또한 연료집합체(32)로부터 디스플레이서봉(40)을 장전하거나 해체하기 위해 밀폐헤드(24)상에 배치된다. 디스플레이봉 구동기구(38)는 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀에 양도된 "수력 구동 기구"란 명칭으로 동시 계류 출원중인 미합중국 특허출원 제217,055호에 기술된 것과 유사하다. 보다 명확히 하기 위해, 제1도에 선택된 다수의 디스플레이서봉이 도시되어 있다. 그러나, 다수의 디스플레이서봉(40)은 연료집합체(32)내의 다수의 디스플레이서봉 안내관과 일치하도록 선택된다.
다수의 디스플레이서봉 안내구조물(42)은 원자로용기(22)의 상부를 통해 디스플레이서봉(40)의 운동을 안내하기 위해 디스플레이서봉 구동기구(38)와 각각 배열하여 원자로 용기(22)의 상단에 설치된다. 칼랜드리아(44)는 연료집합체(32)와 디스플레이서봉 안내구조물(42)사이에 배열되며, 칼랜드리아 영역을 통해 디스플레이서봉과 제어봉의 안내를 제공하고 디스플레이서봉과 제어봉의 유체 유도변화를 최소화하기 위해 각 디스플레이서봉 및 제어봉과 공동 배열로 배열된 다중 중공스테인레스 스틸관으로 구성되어 있다. 제2도-제4도를 참조하면, 연료집합체(32)는 연료체(48), 그리드(50), 하부노즐(52), 상부노즐(54) 및 안내관(56)으로 구성하며, 연료체(48)는 핵연료 펠릿들과 단부 플라그로 밀폐된 양단부들을 가진 원통형 금속관이 연장된 것이다. 연료체(48)는 실제로 20×20직각 배열되며, 그리드(50)에 의해 정위치에 배치된다. 25개의 안내관(56)은 각 연료집합체((32)내에 일반적으로 5×5로 배열된다. 각 안내관(56)은 4개의 연료체(48)의 공간을 차지하고 하부노즐(52)에서 상부노즐(54)까지 연장하며, 그리드(50), 상부노즐(54) 및 하부노즐(52)를 지지하기 위한 수단을 제공한다. 안재관(56)은 지르칼로이로 제조된 중공 원통형 금속관이면서, 디스플레이서봉(40)이니 제어봉과 같은 봉을 수용할 수 있다. 디스플레이서봉(40)과 제어봉은 거의 같은 크기로 제조되어서 각 안내관(56)이 디스플레이서봉이나 제어봉을 균등하게 수용할 수 있다. 안내관에 봉이 없을때, 안내관(56)은 원자로 냉각재로 채워지며, 그러나, 디스플레이서봉(40)이 안내관(56)에 장전될때, 디스플레이서봉(40)은 디스플레이서봉 속에 냉각재를 대체한다. 그리드(50)는 연료집합체(32)의 길이를 따라 여러 위치에 배치되며, 상호 적절한 거리로 연료체(48)와 안내관(56)을 이격시키며 연료체(48)와 열전달 관계로 원자로 냉각재를 순환하도록 제공한다.
유사한 그리드에 대한 상세한 설명이 에이치.엔.앤드루 등의 명의로 출원된 미합중국 특허원 제3,379,617호에 제3,379,619호에 기재되어 있다. 제4도에 도시된 바와 같이, 디스플레이서봉(40)은 신장된 원통형 중공봉이다. 디스플레이서봉(40)은 안내관(56)에 장전된다. 디스플레이서봉(40)의 요구시에 안내관(56)에 장전된다. 디스플레이서봉(40)은 스파이더(58)의 공동부착물로부터 지지된다. 스파이더(58)는 본체(60)로 부터 방사형으로 연장하면서 지지체(62)를 가진 본체(60)를 구비한다. 디스플레이서봉(40)은 디스플레이서봉이 장전되는 안내관(56)의 배열과 일치시키기 위해 각 지지체(62)에 개별적으로 부착된다. 스파이더(58)는 디스플레이서봉 안내관(56)의 배열과 일치시키기 위해 각 지지체(62)에 개별적으로 부착된다. 스파이더(58)는 디스플레이서봉 구동기구(38)가 연결된 구동축(64)에 부착된다. 디스플레이서봉 구동기구(38)가 연결된 구동축(64)에 부착된다. 디스플레이서봉(38)는 로심(34)의 연료집합체(32)로 부터 디스플레이서봉(40)을 장전하거나 해제하므로서 구동축(64)을 상하로 이동되게 한다.
각 스파이더(58)는 연료집합체(32)보다 깊게 디스플레이서봉(40)을 장전할 수 있도록 배열되는 것이 중요하다. 예컨데, 제4도에 도시된 바와 같이, 스파이더(58)는 중앙연료집합체(32)에 25개의 디스플레이서봉과 각각 인접한 4개의 연료집합체에 4개의 디스플레이서봉을 장전할 수 있다. 이런 방법으로 디스플레이서봉(40)은 다수의 스파이더와 구동기구의 수를 증가시켜 연료집합체(32)내외로 이동될 수 있다.
제5도와 제6도를 참고하면, 디스플레이서봉 안내구조물(42)은 디스플레이서봉이나 제어봉과 같은 봉들이 통과하도록 설계된 다수의 분할 안내관(70)을 구비한다. 디스플레이서봉 안내구조물(42)은 제1도에 도시된 바와 같은 칼랜드리아(44)와 밀폐헤드(24)사이에 위치되고, 각 디스플레이서봉 구동기구(38)와 일치하도록 배열된다. 다수의 스페이서(72)는 분할 안내관(70)을 따라 여러위치에 설치되며, 분한 안내관(70)과 함께 스페이서(72)는 원자로 용기(22)의 상부를 통해 디스플레이서봉(40)을 안내하기 위해 제공한다. 제6도에 도시된 바와 같이, 8개의 분할 안내관(70)은 디스플레이서봉(40)을 아내하기 위해 제공된다. 스페이서(72)내의 슬롯(74)을 따른 분할 안내관(70)에서 "분할"은 연료집합체(32)에서 안내관(56)과 봉의 배열을 유지하는 동안, 스파이더(58)가 통과하게 한다. 중안 슬롯(76)은 또한 스파이더(58)가 슬롯을 통해 이동되도록 구동축(64)을 수용하는데 제공된다. 제1도를 참고하면, 다중관을 구비하는 칼랜드리아(44)는 칼랜드리아 영역을 통해 디스플레이서봉(40)과 같은 봉에 안내를 제공한다. 일반적으로, 칼랜드리아(44)에 있는 관들은 분할 안내관(70)과 같이 분할되지 않아서, 스파이더(58)은 칼랜드리아(44)의 관상부에 스파이더(58)가 접근할때 하강을 멈춘다. 칼랜드리아 상부에서 스파이더가 정지될때 모든 봉들은 칼랜드리아관들을 통해 연장해서, 연료집합체(32)에 충분히 장전된다. 칼랜드리아관에 봉들이 장전되는 동안, 봉들은 칼랜드리아 영역에서 냉각재를 고속으로 유도될 수 있는 변화를 최소한 하여 원자로 냉각재의 흐름으로부터 보호된다.
적어도 3개의 다른 봉들의 형태는 안내관(56)에 장전될 수 있다. 예컨데, 디스플레이서봉, 제어봉, 그레이봉은 안내관(56)에 장전되도록 배열된다. 모든 봉들은 대체로 거의 같은 크기와 구성을 가지나, 그들의 제조된 재료 때문에 다른 목적을 제공한다. 중공의 두꺼운 벽으로 구성된 관 또는 저중성자 흡수재를 포함하는 디스플레이서봉(40)은 원자로 냉각재를 배치하여 원자로 감속재를 제어하는데 사용된다. 제어봉은 중성자 흡수재를 포함하며, 로심 반응도를 제어하기 위해 제공한다. 그레이봉은 디스플레이서봉(40)과 유사하지만 봉에 대한 각 반응도 값이 각 디스플레이서봉(40)보다 높도록 스테인레스 스틸과 같은 중간 중성자 흡수제와 상이하게 제조되었다. 제7도-제11도를 참고하면, 연료체(48)의 1/4로심 배열, 디스플레이서봉(40), 제어봉(80), 그레이봉(82) 및 언로드(unroded)위치(84)가 도시되었다. 전원자로 로심 구조는 제7도에 도시된 1/4로심을 외삽시켜 이루어지는 것이다. 실제로, 제7도에 도시된 1/4로심은 제7도의 A-A을 따라 절취한 1/8이 서로 대칭이다. 그러나, 제7도의 1/4로심은 좀더 명확하게 나타내기 위해 도시되었다. 제10도에 도시된 바와 같이, 각 연료집합체(32)는 연료체(48)와 안내관(56)의 배열로 구성된 것이다. 일반적으로, 제어봉(38)과 그레이봉(82)은 디스플레이서봉(40)이 연료집합체의 모든 안내관들(56)에 사용되는 동안 도식으로 배열된 안내관(56)에만 사용된다. 게다가, 계기판(88)은 어동 가능한 핵분열 챔버와 같은 데이타계기를 제어하기 위해 각 연료 집합체(32)의 중앙근처에 제공된다. 각 연료집합체(32)가 제10도에 도시된 바와 같이 각 연료집합체(32)는 안내관(56)이 원자로 냉각재, 디스플레이서봉(40), 제어봉(80), 또는 그레이봉(82)로 구성됨에 따라 다른 기능을 행할 수 있다. 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)은 냉각수와 거의 동일한 부피로 배치하기 위해 동일한 크기로 선택된다. 그러나 그레이봉(82)들은 감속재 배치 이외에도 부하추종 작동중 제논과도 효과를 감소하는데 사용되도록 디스플레이서봉(40)보다 더 높은 반응도 값을 가질 수 있는 두꺼운 벽으로된 스테인레스 스틸 원통형 봉이다. 제11도를 참고하면, 제어봉(80)이나 그레이봉(82)이 사용되지 않고 디스플레이서봉(40)만이 안내관(56)에 사용된 연료집합체(32)는 일반적으로 디스플레이서 어셈블리(90)로 언급된다. 디스플레이서봉(40)과 제어봉(80)이 사용된(그레이봉은 사용안됨) 연료집합체(32)는 제어어셈블리(92)로 언급된다. 이와 마찬가지로 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)이 사용된 연료집합체(32)는 그레이어셈블리(94)로 언급된다. 제11도에 있어서, 연료체(48)는 제10도에 도시된 연료체와 유사하기 때문에 좀더 명확하게 나타내기 위해 생략되었다.
제11도를 참고하면, 각 제어봉(80)과 그레이봉(82)은 제어봉(80)도는 그레이봉(82)에 대한 스파이더가 한 연료집합체에만 영향을 미친것을 제외하면 스파이더(58)와 유사한 스파이더(도시생략)에 부착된다. 이런 방법으로 연료집합체내의 모든 제어봉(80)들 또는 그레이봉(82)은 구동기구에 의해 상하로 이동될 수 있다. 게다가, 각 디스플레이서봉 스파이더(58)는 제11도와 제4도의 중앙부에 도시된 바와 같이 인접 연료집합체로 연장될 수 있고 디스플레이서봉 스파이더의 (58)이동은 5개의 연료집합체상의 제어에 영향을 미치며 디스플레이서봉 구동기구의 수를 줄인다. 물론, 1/4로심(제7도에 도시)의 주변에서, 특별한 스파이더는 인접연료집합체가 없거나 언로드 위치(84)가 있기 때문에 봉의 보통수보다 더 적게 움직이다.
제7도, 제8도 및 제9도의 로심 배열은 각행 또는 부분행(100-114)과 열 또는 부분열(116-130)을 구비하고 하기와 같은 연료 집합체들로 이루어진다.
[연료집합체]
(100,116) 1/4디스플레이서 어셈블리
(100,118) 1/2제어 어셈블리
(100,120) 1/2디스플에이서 어셈블리
(100,122) 1/2제어 어셈블리
(100,124) 　　　　1/2디스플레이서 어셈블리
(100,126) 1/2제어 어셈블리
(110,128) 1/2디스플레이서 어셈블리
(100,130) 1/2그레이 어셈블리
(102,116) 1/2제어 어셈블리
(102,118) 완전 디스플레이서 어셈블리
(102,120) 완전 그레이 어셈블리
(102,122) 완전 디스플레이서 어셈블리
(102,124) 완전 그레이 어셈블리
(102,126) 완전 디스플레이서 어셈블리
(102,128) 완전 제어 어셈블리
(102,130) 완전 디스플레이서 어셈블리
(104,116) 1/2디스플레이서 어셈블리
(104,118) 완전 그레이 어셈블리
(104,120) 완전 디스플레이서 어셈블리
(104,122) 완전 제어 어셈블리
(104,124) 완전 디스플레이서 어셈블리
(104,126) 완전 제어 어셈블리
(104,128) 완전 디스플레이서 어셈블리
(104,130) 부분 제어 언로드 어셈블리
(106,116) 1/2제어 어셈블리
(106,118) 완전 디스플레이서 어셈블리
(106,120) 완전 제어 어셈블리
(106,122) 완전 디스플레이서 어셈블리
(106,124) 완전 제어 어셈블리
(106,126) 완전 디스플레이서 어셈블리
(106,128) 완전 제어 어셈블리
(106,130) 완전 디스플레이서 어셈블리
(108,116) 1/2디스플레이서 어셈블리
(108,118) 완전 그레이 어셈블리
(108,120) 완전 디스플레이서 어셈블리
(108,122) 완전 제어 어셈블리
(108,124) 완전 디스플레이서 어셈블리
(108,126) 완전 제어 어셈블리
(108,128) 완전 디스플레이서 어셈블리
(110,116) 1/2제어 어셈블리
(110,118) 완전 디스플레이서 어셈블리
(110,120) 완전 제어 어셈블리
(110,122) 완전 디스플레이서 어셈블리
(110,124) 완전 제어 어셈블리
(110,126) 완전 디스플레이서 어셈블리
(110,128) 부분 디스플레이서 언로드 어셈블리
(112,116) 1/2디스플레이서 어셈블리
(112,118) 완전 제어 어셈블리
(112,120) 완전 디스플레이서 어셈블리
(112,122) 완전 제어 어셈블리
(112,124) 완전 디스플레이서 어셈블리
(112,126) 부분 디스플레이서 언로드 어셈블리
(114,116) 1/2그레이 어셈블리
(114,118) 완전 디스플레이서 어셈블리
(114,120) 부분 제어 언로드 어셈블리
(114,122) 완전 디스플레이서 어셈블리
1/4로심에 대한 상기 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 개념을 바탕으로한 로심 구조는 일반적으로 제11도에 도시된 바와 같이 예시될 수 있다. 근본적으로, 제7도의 연료집합체(100,116)에 의해 도시된 완전 로심의 중앙에 있는 연료집합체에는 제어 어셈블리(92)나 디스플레이서 어셈블리(90)가 선택될 수 있다. 선택되어지면, 중앙 연료집합체의 플랫측면에 인접한 4개의 연료집합체 다른 형태로 선택되고, 도식상의 연료집합체는 중앙집합체와 같은 형태로 선택된다. 이런 형태는 다른 형태에도 계속 선택된다. 예컨데, 제7도의 중앙 연료집합체(100,116)은 인접함 플랫측면상의 연료집합체가 제어 어셈블리(92)나 그레이 어셈블리(94)로 선택되고 반면에 도식상의 이런 어셈블리가 디스플레이서 어셈블리(90)로 선택되도록 디스플레이서 어셈블리(90)를 선택한다. 이런 과정은 단부 연료 집합체가 특별한 로심의 핵물리에 근거된 혼성 어셈블리인 것으로 선택된 곳에 로심의 주변이 도달되기 까지 다른 형태로 반복된다. 특별한 어셈블리가 제어 어셈블리(92)나 그레이 에셈블리(94)로 선택되는 것은 종래의 로심 설계에 근거한 제어 어셈블리의 수와 위치를 우선 선택해서 결정된다. 제어 어셈블리(92)로 선택되지 않는 나머지 어셈블리는 그레이 어셈블리(94)로 사용된다. 따라서, 전 로심은 적어도 하나의 디스플레이서봉 스파이더(58)로 제공된 모든 연료 집합체와 5개의 연료집합체를 제공하는 각 디스플레이서봉 스파이더(58)를 가진 디스플레이서 어셈블리와 제어 또는 그레이 어셈블리와 다른 형태로 배열될 수 있다. 게다가, 각 연료집합체는 디스플레이서봉, 제어봉 또는 그레이봉에 대해 적어도 하나의 구동 기구에 의해 제공된다. 예시된 로심 배열은 중성자 스팩트럼이 로심의 감속재 부피를 제어해서 "스팩트럼 변경"형태로 제어될 수 있는 디스플레이서 봉을 제공한다. 이러한 봉은 로심의 감속을 변화시켜서 적절한때에 로심이 냉각수를 주입하고 빼내어 수행될 수 있다. 본 발명에서, 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)는 이런 감속재 변화에 효과적으로 사용될 수 있다.
제12도와 제13도를 참조하면, 디스플레이서봉(40)은 나사(142)에 의해 스파이더(58)에 부착될 수 있는 상단부 플러그(140)를 구비한다. 스테인레스 스틸로 구성된 제 1 관(14)은 상단부 플러그(140)의 일단부에 용접되며 관의 타단부는 중간봉 부(146)에 기계적으로 부착된다. 중간봉 부(146)는 디스플레이서봉(40)에 필요된 전길이에 따라 여러길이인 고체 지르칼로이 -4봉이다. 다수의 외측 방사형 홈(148)은 중간봉 연장부(146)에 설치되며 제 1 관(144)이 크림핑에 의해 중간봉 부(146)에 기계적으로 부착 될 수 있도록 부착기구로서 제공한다. 얇은 벽으로 구성된 지르칼로 이-4제 2 관(150)은 중간봉(146)의 일단부에 용접되고 아울러 하단부 플러그(152)의 타단부에 용접된다. 안내관(56)에 장전시 원활하게 하기 위한 탄알 형태인 하단부 플러그(152)는 또한 지르칼로이 -4재료로 제조된다. 다수의 고체 펠릿이나 환형 펠릿(154)는 제 2 관(150)에 배치되고 안내관(56)에 장전시 원활하게 하기 위해 디스플레이서봉(40)에 무게를 가중시키기 위한 수단뿐만 아니라 가압하에 따라 구조 지지체를 제공한다. 펠릿(154)의 더미는 하단부 플러그(152)에서 중간봉 연장부(146)까지 연장하며 안정된 지르코니아(Zro2)나 Al2O3로 제조된다. 이와 달리 제 2 관(150)은 원자로 압력하에 따라 봉의 붕괴를 방지하기 위해 불활성 가스로 가압된 두꺼운 벽으로 구성된 지르칼로이관이다. 다른 형태로서, 디스플레이서봉(40)은 제14도에 도시된 바와 같이 펠릿(154)대신에 벨레빌레스프링이나 코일스프링과 같은 스프링(156)을 포함한다. 디스플레이서봉(40)은 연료집합체에 장전될때 원자로 냉각재-감속재를 배치할 수 있는 저중성자 흡수봉을 제공할 수 있도록 제조된 것이다.
작동시에, 모든 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)은 로심 수명의 초기에 로심(34)에 장전된다. 그러나, 제어봉(80)은 그때에 장전될 필요가 없다. 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)의 장전은 디스플레이서봉 구동기구(38)과 같은 적절한 구동기구를 작동시켜 실행된다. 구동 기구가 작동될때, 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)은 연료집합체(32)내의 적절한 안내관(56)에 하강된다. 디스플레이서봉(40)과 그레이봉(82)은 로심(34)에서 감속재의 체적을 줄여서 냉각수의 최적과 대체된다. 감속재의 감소는 로심의 중성자 스펙트럼을 경화시키고 플루토늄 생산을 증가시킨다. 중성자 스펙트럼의 이런 경화는 일반적으로 스펙트럼 변경으로 언급된다. 보다 경화된 중성자 스펙트럼이 화학적인 붕소심 요건들을 줄이므로서, 보다 많은 음의 감속재온도계수를 나타냄과 아울러 가연성 독성물 요건을 줄이거나 제거한다. 로심내의 우라늄 연료는 로심 수명이 끝났을때 없어지므로, 다수의 디스플레이서봉(40) 및/또는 그레이봉(82)은 그들의 각 구동기구를 작동시켜서 로심으로 부터 해제된다. 봉의 해제는 로심 영역속에 많음 물-감속재를 허용하여 로심의 감속을 중가시킨다. 실제로, 이것은 연료 희석이 반응도 값 희석을 나타낼때, 반응도 값을 도입한다. 따라서, 로심의 반응도는 장기간동안 적절한 레벨로 유지 될 수 있다. 봉의 해제는 로심의 수명이 끝날 무렵 모든 디스플레이서봉(40)과 모든 그레이봉(82)이 로심에서 해제되어질때까지 상당한 속도로(로심조건에 따라)반응도가 희석될 수 있다.
디스플레이서봉의 선정과 조정은 웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀에 양도되고 "스펙트럼 변경로 제어방법"이란 명칭으로 동시 계류출원중인 미합중국 특허출원 제217,061호에 기재되어 있다. 디스플레이서봉은 시동때 로심 냉각수 부피의 약20%를 배치시키는데 사용되어 붕소심 농도가 연료 사이클의 약60%인 0피피엠에 근접할때까지 장전될 수 있다. 이런 방법으로 디스플레이서봉의 사용은 10%연료비를 감속시킬 수 있는 로심 수명에 대해 우라늄 연료를 약 10%감소시킨다. 게다가, 가연성 독성물봉은 효과적으로 줄어져서 더 저렴한 가격으로 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 원자로 냉각수를 선택적으로 배치하기 위해 스펙트럼을 변경하는 가압수형 원자로(P.W.R)에 사용된 디스플레이서봉에 있어서, 디스플레이서봉의 일단부에 상단부 플러그(140)를 구비하면서 스테인레스 스틸로 구성된 제 1 관(144)과 ; 상기 제 1 관(144)과 결합한 고체 지르칼로이로 구성된 중간본(146)과 ; 상기 중간봉(146)과 결합한 저중성자 흡수재 지르칼로이로 구성된 제 2 관(150)을 구비하는데, 상기 제 2 관은 상기 디스플레이서봉에 무게감을 주기 위해 상기 제 2 관(150)에 배치된 중량 수단(펠릿)(154)를 포함하는 타단부에 장착된 하단부 플러그(152)를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하단부 플러그(152)는 지르칼로이 금속플러그로 구성된 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  3. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 중량 수단(154)은 안정된 지르코니아로 구성된 환형펠릿을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  4. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 중량 수단(154)은 고체 지르코니아 펠릿인 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 스프링(156)은 제 2 관(150)에 배치된 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  6. 제8항에 있어서, 상기 스프링(156)은 코일스프링인 것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제 2 관(150)은 불활성 가스로 가압된 두꺼운 벽으로 이루어진 관인것을 특징으로 하는 디스플레이서봉.
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