KR900001800B1 - 가압수형 원자로 - Google Patents

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KR900001800B1 KR1019810004946A KR810004946A KR900001800B1 KR 900001800 B1 KR900001800 B1 KR 900001800B1 KR 1019810004946 A KR1019810004946 A KR 1019810004946A KR 810004946 A KR810004946 A KR 810004946A KR 900001800 B1 KR900001800 B1 KR 900001800B1
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에프. 윌슨 죤
비이. 솔튼 로버트
워드 에프. 펜스 테러 호
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웨스팅하우스 일렉트릭 코오포레이숀
디이. 엘. 트레자이스
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Abstract

내용 없음.

Description

가압수형 원자로
제1도는 원자로 용기의 입면상의 종단면도.
제2도는 연료집합체의 상부분을 일부단면으로 나타낸 입면도.
제3도는 연료집합체의 하부분을 일부단면으로 나타낸 입면도.
제4도는 디스플레이서봉 및 연료집합체의 사시도.
제5도는 디스플레이서봉 안내구조를 일부단면으로 나타낸 입면도.
제6도는 제5도의 VI-VI선단면도.
제7도는 원자로의 1/4노심, 즉 노심의 1/4을 나타낸 개략도.
제8도 및 제9도는 1/4노심의 일부의 확대도.
제10도는 연료집합체의 개략적인 단면도.
제11도는 노심의 일부의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 원자로 22 : 원자로 용기
24 : 밀폐헤드 26 : 입구노즐
28 : 출구노즐 32 : 연료집합체
34 : 노심 36 : 제어봉 구동기구
38 : 디스플레이서봉 구동기구 40 : 디스플레이서봉
42 : 디스플레이서봉 안내구조 56 : 안내관
58 : 스파이더 70 : 가이드
본 발명은 스펙트럼 이동원자로의 제어에 관한 것으로서, 특히 스펙트럼 이동원자로의 제어를 위한 기계적 장치에 관한 것이다.
일반적인 원자로에 있어서 반응도의 제어는 노심내의 중성자 흡수물질(독성물질)의 양을 바꿈으로써 행한다. 그러기 위해서 중성자 흡수 제어봉을 사용하는 것이 보통이며, 노심에 관한 제어봉의 수와 장소를 바꾸어 제어한다. 또, 제어봉 외에, 가연성 독성물이나 원자로 냉각재에 용해한 독성물을 반응도의 제어에 사용할 수 있다.
가압수형원자로에 있어서의 종래의 구조에서는 노심의 수명이 끝나기까지 반응도의 감소가 있으므로 과잉반응도를 사용하여 노심의 수명을 연장하고자, 시동시에 있어서의 반응도가 과잉이 되도록 원자로의 노심을 설계하고 있다. 노심 수명의 초기에 과잉량의 반응도를 원자로 노심에서 사용하도록 설계되어 있으므로 과잉반응도를 적절하게 제어하기 위해, 가용성 붕소와 같은 중성자 흡수물질을 노심수명의 초기에 노심내에 넣지 않으면 안 된다. 노심수명중, 반응도가 소비됨에 따라 중성자 흡수물질을 노심에서 서서히 꺼낸다. 중성자 흡수물질은 중성자를 흡수하여 노심의 반응도를 저하시킨다. 이것은 플루토늄연료제조에 있어서와 같은 더욱 생산적인 방법에 사용할 수 있다. 유용한 생산물을 제조하지 않는 이와 같은 반응도의 소비에 의해 그처럼 소비하지 않는 경우보다도 우라늄의 감손효율이 저하하고 연료원자가 상승하는 결과로 된다.
노심에 있어서의 중성자 흡수물질의 양을 저감하면서 노심수명을 연장하는 한가지 방법은 ＂스펙트럼 이동제어(Spectral shiftcontrol)를 사용하여 행해진다. 이 방법에 있어서는 과잉반응도의 감소(따라서 중성자 흡수물질)는 중수로 냉각재(물)로 바꾸어서 행한다. 이것은 중성자 스팩트럼을 더 높은 에너지로 이동시켜서 연쇄 방응을 줄이고 원자로가 중성자 흡수재의 감소된 양으로 전출력에서 작용하게 한다. 이것은 중성자 스펙트럼에서 ＂경(hard)＂스펙트럼으로 이동하기 때문에 U238이 영구히 열을 생산하는 플루토늄으로 변한다. 따라서, ＂연(soft)＂스펙트럼에서 ＂경(hard)＂스펙트럼까지의 이동은 독성물질보다도 오히려 유효한 방법으로 더욱 많은 중성자가 U238에 의해 소비된다. 반응도가 소비됨에 따라 점차 중수로 대체되어서, 노심 반응도가 적절한 레벨에서 유지된다. 노심수명이 끝날무렵 모든 물은 중수로 대체되어서, 노심 반응도가 유지된다. 따라서, 원자로는 중성자 흡수물질을 사용함이 없이 또한 시동시에 과잉반응도를 사용함이 없이 제어가능하여 우라늄 연료원자가 상당히 절약된다. 또 플루토늄의 제조에 의해 U238의 농축의 필요성이 감해진다.
원자로를 제어하는 종래 기술의 여러 방법 중에서도 우라늄연료비용을 감소시키고 노심 수명을 연장하기 위해 노심감속을 제어하는 장치가 필요했었다. 스펙트럼 이동에서, 물 디스플레이서 봉은 노심내의 물, 감속재 양을 선택적으로 변화시키기 위해 노심으로부터 뽑아내서 노심의 반응도를 변화시킨다.
본 발명의 목적은 디스플레서봉을 노심에 삽입할 때와 뽑아낼 때 안내하기 위한 수단을 제공한 것이다. 본 발명의 목적에서 냉각수를 순환시키기 위해 입구노즐과 출구노즐을 갖고 정상부에 밀폐헤드가 배치되어 있으며 그 안에 노심을 갖는 원자로 용기를 구비하는데, 상기 노심은 슬라이딩 가능하게 배치된 다수의 디스플레이서봉을 가진 연료집합체를 포함하는 스펙트럼이동가압수형 원자로에 있어서, 구동기구에는 상기 밀폐헤드가 장착되어 있고 아울러 디스플레이서봉에 연결되어 있으며, 안내구조는 상기 연료 집합체 상에 있는 상기 원자로 용기에 배설되어 상기 원자로 용기의 상부분을 지나는 디스플레이서봉을 수용하고 안내하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 첨부 도면에 일례로서 도시한 바람직한 실시예에 대해 하기에 더욱 명백하게 기재될 것이다.
제1도에 있어서, 원자로(20)는 정상부에 착탈가능한 밀폐헤드(24)가 부착된 원자로 용기(22)를 구비한다. 원자로 용기(22)에는 입구노즐(26)은 출구노즐(28)이 설치되어 있어서, 물과 같은 냉각재가 원자로 용기(22)를 순환할 수 있다. 원자로 용기(22)의 아래쪽 부분에는 노심판(30)이 배설되어 있고, 연료집합체(32)를 지지한다. 연료집합체(32)는 원자로 용기(22)내에 배설되어, 노심(34)을 구성한다. 본 기술분야를 통해서 알 수 있듯이 연료집합체(32)는 그 안의 우라늄의 핵분열에 의해 열을 발생한다. 이 연료집합체(32)와 열전달 관계로 원자로 용기(22)를 관류하는 원자로 냉각재가 연료집합체(32)의 열을 원자로(20)에서 떨어진 장소에 있는 발전장치로 운반한다. 제어봉(도시생략)을 연료집합체(32)에 삽입하거나 연료집합체에서 꺼내거나 하기위해 본 기술분야에서 기지의 것에서 선택할 수 있는 복수의 제어봉 구동기구(38)가 밀폐헤드(24)에 장착되어 있다. 또 디스플레이서봉(40)을 연료집합체(32)에 삽입하거나 또는 연료집합체에서 끌어내거나 하기 위해 복수의 디스플레이서봉 구동기구(38)도 밀폐헤드(24)에 장착되어 있다. 디스플레이서봉 구동기구(38)는 미합중국 특허원 제217,055호 명세서에 기재된 것과 유사하게 기재되어 있다. 명료하게 하기 위해 선택한 몇 개의 디스플레이서봉(40)만을 제1도에 나타낸다. 그러나 디스플레이서봉(40)의 수는 연료집합체(32)내의 디스플레이서봉 안내관의 수에 대응하도록 선택되어진다는 것을 알 수 있다. 원자로 용기(22)의 윗쪽부분에는 복수의 디스플레이서봉 안내구조(42)이 각기 디스플레이서봉 구동기구(38)와 정렬한 상태로 배설되어 있고, 원자로 용기(22)의 윗쪽부분을 지나는 디스플레이서봉(40)의 운동을 안내하고 있다. 연료집합체(32)와 디스플레이서봉 안내구조(42)와의 사이에는 캘랜드리아(calandria)(44)를 배설해도 된다. 이 캘랜드리아(44)는 각 디스플레이서봉 및 제어봉과 공통의 직선상에 정렬해서 배치된 다수의 중공스테인레스 강관으로 이루어지며, 캘랜드리아 영역내에 있어서의 디스플레이서봉 및 제어봉의 안내를 하는 동시에 유속에 의해 생기는 디스플레이서봉 및 제어봉의 진동을 최소로 한다.
제2도-제4도에 있어서 연료집합체(32)는 연료요소(48), 그리드(50), 저부노즐(52), 정상부노즐(54) 및 안내관(56)으로 구성된다. 연료요소는 이 연료 펠렛을 갖고 양단을 단부플러그로 밀봉한 길쭉한 원통형 금속관이며, 20개×20개의 실질적으로 장방향의 열군으로 되어 배설되고, 그리드(50)에 의해 소정장소에 유지된다. 개수는 25개이면 되는 안내관(56)이 각 연료집합체(32)내에 5개×5개의 열군으로 되어 배설되어 있다. 각 안내관(56)이 차지하는 스페이스는 연료요소(48)의 약 4개분이며, 안내관(56)은 저부노즐(52)에서 정상부노즐(54)까지 뻗어, 그리드(50), 정상부노즐(54) 및 저부노즐(52)을 지지하는 수단으로 되어 있다. 안내관(56)은 디스플레이서봉(40) 또는 제어봉과 같은 봉을 수용가능한 지르칼로이(zircaloy)제의 중공 원통형관이다. 디스플레이서봉(40) 및 제어봉은 대체로 동일한 치수로 만들어져 있으므로, 각 안내관(56)은 디스플레이서봉 또는 제어봉의 어느 한쪽을 똑같이 수용할 수 있다. 봉으로 차지하고 있지 않을 때는 안내관(56)은 원자로 냉각재로 채워져 있지만 안내관(56)에 디스플레이서봉이 삽입되면 디스플레이서봉(40)은 안내관내의 냉각재를 밀어낸다.
그리드(50)는 연료집합체(32)의 길이에 따른 여러가지 장소에 위치 결정되어 있고, 연료요소(48) 및 안내관(56)을 서로에 대해서 적당한 거리로 작용을 하고 있으며, 원자로 냉각재가 연료요소(48)와 열전달관계로 순환할 수 있게끔 되어 있다. 미합중국 특허 제3,379,617호 및 제3,379,619호 명세서에는 유사한 그리드의 상세한 설명이 개재되어 있다. 제4도에서 알 수 있듯이 디스플레이서봉(40)은 길쭉한 원통형의 중공의 봉이다. 디스플레이서봉(40)에는 봉을 가중하기 위해 그리고 봉의 아래쪽으로의 이동성을 높이기 위해 ZrO2또는 Al2O3의 펠렛이 들어있다. 디스플레이서봉(40)은 안내관(56)과 공통의 직선상에 정렬하도록 배치되어 있으므로 소망시에 디스플레이서봉(40)을 안내관(56)내에 삽입할 수 있다. 이들 디스플레이서봉(40)은 스파이더(58)로서 알려져 있는 공통의 장착구조체로부터 지지되어 있다. 스파이더(58)는 본체(60)와, 이 본체에서 반경방향으로 뻗는 지주(62)를 구비한다. 디스플레이서봉(40)은 각 지주(62)에 별개로 부착되어 있고, 디스플레이서봉이 삽입되는 안내관(56)의 열에 대응하는 열을 형성한다. 스파이더(58)는 디스플레이서봉 구동기구(38)에 접속된 구동축(64)에 부착한다. 디스플레이서봉 구동기구(38)의 가하는 힘에 의해 구동축(64)이 하강 또는 상승되어 노심(34)내의 연료집합체(32)에 대한 디스플레이서봉(40)의 삽입 또는 인출이 행해진다.
각 스파이더(58)가 디스플레이서봉(40)을 하나 이상의 연료집합체(32)에 삽입할 수 있도록 배설되어 있는 것이 중요하다. 예를 들면 제4도에 나타낸 바와 같이 스파이더(58)는 25개의 디스플레이서봉을 중앙의 연료집합체(32)에 삽입하고, 4개의 디스플레이서봉을 인접하는 4개의 연료집합체의 각각에 삽입할 수 있다. 이와 같이 해서 스파이더 및 구동기구의 수를 증가시킴이 없이 복수의 디스플레이서봉(40)을 복수의 연료집합체(32)에 대해 출입하도록 이동시킬 수 있다.
제5도 및 제6도에 있어서, 디스플레이서봉 안내구조(42)는 디스플레이서봉 또는 제어봉과 같은 봉이 통과할 수 있도록 설계된 분할 튜브로 이루어지는 복수의 가이드(70)를 구비하고 있다. 디스플레이서봉 안내구조(42)는 제1도에 나타낸 바와 같이 캘랜드리아(44)와 밀폐헤드(24)와의 사이에 위치결정되어, 각 디스플레이서봉 구동기구(38)에 대응하도록 배열되어 있다. 다수의 스페이서(72)가 가이드(70)를 따라 여러 장소에 배치되어 있으며, 가이드(70)와 함께 원자로 용기(22)의 윗쪽부분을 지나는 디스플레이서봉(40)을 안내한다. 제6도에서 알 수 있듯이 디스플레이서봉(40)을 안내하기 위해 8개의 가이드(70)가 설치되어 있다. 가이드(70)의 분할 튜브에 있는 ＂균열부분＂은 스페이서(72)에 있는 홈(74)과 함께 연료집합체(32)에 있어서 안내관(56)에 대한 디스플레이서봉 또는 제어봉의 정렬을 유지하면서 스파이더(58)가 스페이서를 통과할 수 있도록 작용한다. 구동축(64)을 받아들이는 홈(76)이 중앙에 설치되어 있으므로 스파이더(58)는 이 홈을 지나서 이동할 수 있다.
다시 제1도에 있어서, 다수의 관으로 이루어진 캘랜드리아(44)는 캘랜드리아 영역을 지나는 디스플레이서봉(40)과 같은 봉을 안내한다. 일반적으로 캘랜드리아(44)내의 관은 가이드(70)처럼 분할관이 아니므로 스파이더(58)는 캘랜드리아(44)내의 관의 정상부에 근접하면 그 하강을 정지한다. 캘랜드리아(44)의 정상부에서 정지했을 때에는 모든 봉이 캘린드리아의 관내를 지나 연료집합체(32)내에 완전히 삽입된다. 캘랜드리아관에 삽입되고 있는 동안, 봉은 원자로 냉각재의 흐름에서 보호되므로, 보호되고 있지 않을 경우에 캘랜드리아 영역의 원자로 냉각재의 유속에 의해 생길지도 모르는 진동을 최소로 할 수 있다.
본 발명에 있어서는 안내관(56)에 삽입할 수 있는 봉은 3종류가 있다. 예를 들면 디스플레이서봉 제어봉 및 그레이봉을 안내관(56)에 삽입하고자 배열할 수 있다. 모든 봉은 대체로 동일한 치수 및 형상이지만 봉을 만드는 재료 때문에 봉은 상이한 목적을 달성하게끔 되어 있다. 중공의 두꺼운 관이거나 또는 내부에 ZrO2또는 Al2O3펠렛과 같은 저속중성자 흡수물질을 포함하고 있는 디스플레이서봉(40)은 원자로 냉각재를 밀어내어 원자로의 감속을 제어하는데 사용된다. 제어봉은 중성자 흡수물질을 포함하고 있으며, 보통으로 알려진 방법으로 노심의 반응을 제어하는 작용을 한다. 그레이봉(gray rod)은 디스플레이서봉(40)과 유사하지만 스테인레스 강철과 같은 중간 중성자흡수물질로 만들어져 있으므로, 하나당의 그 반응도 가치는 디스플레이서봉(40)보다도 크다.
제7도-제11도에는 노심1/4에 있어서의 연료요소(48), 디스플레이서봉(40), 제어봉(80), 그레이봉(82) 및 봉이 없는 장소(84)의 배열이 표시되어 있다. 노심의 완전한 형상은 제7도에 나타낸 1/4노심을 다른 노심상한에도 전개함으로써 얻어진다. 실제로 제7도에 나타낸 1/4노심은 제7도의 A-A선에 따른 1/8노심의 대칭이다. 그러나 제7도에는 명료하게 하기 위해 노심1/4이 표시되어 있다.
제10도에서 알 수 있듯이 각 연료집합체(32)는 연료요소(48)의 열과 안내관(56)의 열을 구비하고 있다. 일반적으로 제어봉 및 그레이봉(82)은 대각선상에 배설된 안내관(56)내에 있어서만 사용되지만, 디스플레이서봉(40)은 연료집합체의 전체 안내관(56)내에 있어서 사용되는 것이 보통이다. 또 핵분열전리 상자와 같은 데이타계측기기를 수용하기 위해, 계장관(88)이 각 연료집합체(32)의 중심 가까이에 설치되어 있다. 각 연료집합체(32)는 제10도에 표시한 것과 본질적으로 동일하지만, 안내관(56)이 원자로냉각재, 디스플레이서봉(40), 제어봉(80) 또는 그레이봉(82)의 어느 것에 의해 차지되어 있는가에 따라 각 연료집합체(32)는 상이한 기능을 발휘한다. 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)은 대체로 같은 양의 물을 밀어내도록 대략 같은 크기로 결정되어 있는 것이 보통이다. 그러나 그레이봉(82)은 디스플레이서봉(40)이 갖는 반응도 가치보다 큰 반응도 가치를 갖는 두꺼운 스테인레스강철제의 원통봉이므로 부하추종중의 크세논과도 상태의 영향을 상쇄하는데 사용할 수 있다.
제11도에 있어서 안내관(56)내에서 제어봉(80)도 그레이봉(82)도 사용되고 있지 않으며 또한 디스플레이서봉(40)만이 사용되고 있는 연료집합체(32)를 총괄적으로 디스플레이서 집합체(90)라고 부르며, 디스플레이서봉(40) 및 제어봉(80)을 사용하고 있는(그러나 그레이봉은 없다) 연료집합체를 제어집합체(92)라고 부르며, 마찬가지로 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)을 사용되고 있는 연료집합체(32)를 그레이집합체(94)라고 부른다. 제11도에 있어서는 명료하게 하기 위해 연료요소(48)는 생략되어 있으며, 또 이들의 연료집합체는 제10도에 나타낸 것과 같다.
다시 제11도에 있어서, 제어봉(80) 및 그레이봉(82)의 각각은 스파이더(58)에 유사한 스파이더(도시생략)에 부착되어 있지만, 이 도시생략의 스파이더는 하나의 연료집합체와만 조합되어 있다. 이와 같이 해서 임의의 연료집합체에 있어서의 모든 제어봉(80) 또는 그레이봉(82)은 단일의 구동기구에 의해 상승 또는 하강시킬 수 있다. 또한 각 디스플레이서봉의 스파이더(58)는(제11도의 중앙부 및 제4도에 도시한 바와 같이) 인접하는 연료집합체 내에 연입할 수 있으므로, 디스플레이서봉의 스파이더(58)의 운동이 5개의 연료집합체에 대한 제어에 영향을 주어 필요한 디스플레이서봉 구동기구의 수를 감소시킨다. 물론 1/4노심의 주변에서는(제7도에 도시한 바와 같이), 인접하는 연료집합체가 없거나 또는 봉이 없는 장소(84)가 존재하므로, 특정한 스파이더는 통상보다 적은 개수의 봉을 이동시킨다.
제7도를 구성하는 제8도 및 제9도에 있어서, 각 횡렬에 100-114의 번호를 붙여 각 종렬에 116-130의 번호를 붙인 1/4노심의 배열은 다음과 같이 구성되어 있다.
[연료집합체]
(100, 116) 1/4 디스플레이서집합체
(100, 118) 1/2 제어집합체
(100, 120) 1/2 디스플레이서집합체
(100, 122) 1/2 제어집합체
(100, 124) 1/2 디스플레이서집합체
(100, 126) 1/2 제어집합체
(100, 128) 1/2 디스플레이서집합체
(100, 130) 1/2 그레이집합체
(102, 116) 1/2 제어집합체
(102, 118) 완전한 디스플레이서집합체
(102, 120) 완전한 그레이집합체
(102, 122) 완전한 디스플레이서집합체
(102, 124) 완전한 그레이집합체
(102, 126) 완전한 디스플레이서집합체
(102, 128) 완전한 제어집합체
(102, 130) 완전한 디스플레이서집합체
(104, 116) 1/2 디스플레이서집합체
(104, 118) 완전한 그레이집합체
(104, 120) 완전한 디스플레이서집합체
(104, 122) 완전한 제어집합체
(104, 124) 완전한 디스플레이서집합체
(104, 126) 완전한 제어집합체
(104, 128) 완전한 디스플레이서집합체
(104, 130) 봉이 없는 부분적 제어집합체
(106, 116) 1/2 제어집합체
(106, 118) 완전한 디스플레이서집합체
(106, 120) 완전한 제어집합체
(106, 122) 완전한 디스플레이서집합체
(106, 124) 완전한 제어집합체
(106, 126) 완전한 디스플레이서집합체
(106, 128) 완전한 제어집합체
(106, 130) 완전한 디스플레이서집합체
(108, 116) 1/2 디스플레이서집합체
(108, 118) 완전한 그레이집합체
(108, 120) 완전한 디스플레이서집합체
(108, 122) 완전한 제어집합체
(108, 124) 완전한 디스플레이서집합체
(108, 126) 완전한 제어집합체
(108, 128) 완전한 디스플레이서집합체
(110, 116) 1/2 제어집합체
(110, 118) 완전한 디스플레이서집합체
(110, 120) 완전한 제어집합체
(110, 122) 완전한 디스플레이서집합체
(110, 124) 완전한 제어집합체
(110, 126) 완전한 디스플레이서집합체
(110, 128) 봉이 없는 부분적 디스플레이서집합체
(112, 116) 1/2 디스플레이서집합체
(112, 118) 완전한 그레이집합체
(112, 120) 완전한 디스플레이서집합체
(112, 122) 완전한 제어집합체
(112, 124) 완전한 디스플레이서집합체
(112, 126) 봉이 없는 부분적 디스플레이서집합체
(114, 116) 1/2 그레이집합체
(114, 118) 완전한 디스플레이서집합체
(114, 120) 봉이 없는 부분적 제어집합체
(114, 122) 완전한 디스플레이서 집합체
1/4노심에 관한 상술한 기재에서 알 수 있듯이 그 관념에 의거한 노심구조는 제11도에 나타낸 바와 같이 대체로 도시할 수 있다. 기본적으로는 제7도에 있어서 연료집합체(100, 116)로 표시되고 있는 완전한 노심의 중심의 연료집합체는 제어집합체(92) 또는 디스플레이서 집합체(90)의 어는 한쪽으로 결정할 수 있다. 일단 이것이 결정되면 중심의 연료집합체의 측평면에 바로 인접하는 4개의 연료집합체를 다른 형식의 것으로 결정하고 대각선상에 있는 연료집합체를 중심의 연료집합체와 동일형식의 것으로 결정한다. 이어서 이 방법을 교대로 계속한다. 예를 들면 제7도에 있어서의 중심의 연료집합체(100, 116)는 디스플레이서 집합체(90)로 결정했으므로, 그 측평면에 있는 연료집합체는 제어집합체(92) 또는 그레이집합체(94)의 어느 하나로 결정되며, 한편 대각선상에 있는 연료집합체는 디스플레이서 집합체(90)로 결정된다. 이 방법은 노심의 주변에 달하기까지 교대로 반복된다. 노심의 주변에서는 끝의 연료집합체가 특정한 노심의 핵물리학에 의거하여 하이브리드(혼성)집합체가 되도록 결정할 수 있다. 어떤 특정한 연료집합체를 제어집합체(92)로 하느냐 그레이집합체(94)로 하느냐 하는 것은 통상의 노심설계에 의거하여 요구되는 제어집합체의 수와 장소를 먼저 선택함으로써 결정된다. 그후 제어집합체(92)와 결정하지 않은 연료집합체의 나머지를 그레이집합체(94)로서 사용한다. 따라서, 실질적으로 노심 전체에 걸쳐서 디스플레이서 집합체 및 제어 또는 그레이집합체가 교대하는 방법으로 배열할 수 있으며, 실제로 모든 연료집합체가 최소한 하나의 디스플레이서봉 스파이더(58)로 조작되며, 또한 각 디스플레이서봉 스파이더(58)가 일반적으로 5개의 연료집합체를 조작한다. 또한 각 연료집합체는 디스플레이서봉, 제어봉 또는 그레이봉의 최소한 하나의 구동 기구에 의해 조작된다.
도시한 노심 배열은 노심내의 감속재의 양을 제어함으로써 중성자 스펙트럼을 ＂스펙트럼이동＂의 방법으로 제어할 수 있는 수단으로 된다. 감속재량의 제어는 적절한 시기에 노심내의 물냉각재를 밀어내고 바꿈으로써 할 수 있으며, 그것에 의해 노심의 감속이 변화한다. 본 발명에 있어서는 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)은 이런 감속변화를 하기 위해 사용된다.
본 발명에 의한 가압수형원자로의 운전시에는 노심수명의 초기에 모든 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)을 노심(34)내에 넣는다. 그러나, 그 시기에는 어느 제어봉(80)도 삽입할 수 없다. 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)의 삽입은 디스플레이서봉 구동기구(38)와 같은 적절한 기구에 힘을 가함으로써 행해진다. 구동기구에 힘이 가해지면 디스플레이서봉(40) 및 그레이봉(82)은 하강하여 연료집합체(32)의 적절한 안내관(56)내에 들어간다. 따라서, 디스플레이서봉 및 그레이봉은 그 용적의 냉각재(물)을 밀어내고, 노심(34)내의 감속재의 양은 감소된다. 감속재의 감소는 노심의 중성자스펙트럼을 경화시켜 플루토늄의 생산량을 증대시킨다. 중성자 스펙트럼의 이런 경화는 일반적으로 ＂스펙트럼이동＂이라고 불리우고 있다. 더 한층 경화된 중성자 스펙트럼은 붕소에 의한 화학적인 조정의 필요성을 경감시키고, 더욱 큰 부감속재 온도계수지를 가져와 가연성 독성물의 필요성을 감소 내지는 배제한다. 노심내의 우라늄연료의 감손은 노심의 수명이 끝나기까지 계속되므로 어떤 수의 디스플레이서봉(40) 및 (또는)그레이봉(82)을 그 구동기구에 힘을 가함으로써 노심에서 뽑아낸다. 봉을 뽑아내는 것에 의해 더욱 다량의 물감속재가 노심 영역에 들어가 노심의 감속을 증가시킨다. 이것은 연료의 감손이 반응도 가치의 감손을 발생시키고 있을 때, 실제로 반응도 가치를 가져온다. 따라서 노심의 반응도는 장기간에 걸쳐 적절한 레벨로 유지될 수 있다. 봉을 뽑아내는 것은 노심의 수명이 다 되어갈 무렵에 모든 디스플레이서봉(40) 및 모든 그레이봉(82)이 노심으로부터 뽑어질 때까지, 노심의 여러가지 조건에 의거한 소정속도로 계속할 수 있다. 디스플레이서봉은 노심의 수량의 약 20%를 밀어내고자 시동시에 사용가능하며, 또 붕소의 조농도가 제로 ppm에 접근하기까지(연료사이클의 약 60%가 들어감), 삽입한 상태로 유지해 둘 수 있다. 이와 같은 방법에 의한 디스플레이서봉의 사용에 의해 임의의 노심수명에 대한 우라늄 연료필요량이 약 10% 감소하고, 이것은 10%의 연료원가 절약으로 된다. 또 가연성 독성물 봉을 사용할 필요가 없고, 또한 원가가 저감된다.

Claims (5)

  1. 냉각수를 순환시키기 위한 입구노즐(26) 및 출구노즐(28)과 최상부에 배치된 밀폐헤드(24)를 가진 원자로 용기(22); 및 그 원자로 용기(22)로 둘러싸여, 연료집합체(32)와, 슬라이딩 가능하게 배치된 복수의 디스플레이서봉(40)을 가진 원자로 노심(34)을 포함하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로에 있어서, 상기 밀폐헤드(24)상에 장착되고 상기 디스플레이서봉(40)에 접속된 구동기구(38)와; 상기 연료집합체(32)위의 상기 원자로 용기(22)내에 배치되어, 상기 원자로 용기(22)의 상부를 통해 상기 디스플레이서봉(40)을 수용 및 안내하기 위한 안내구조(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안내구조(42)와 상기 연료집합체(32) 사이에 일렬로 배치되어 상기 디스플레이서봉(40)을 상기 안내구조(42)로부터 상기 연료집합체(32)로 안내하면서 상기 디스플레이서봉(40)에서 유속으로 인해 생긴 진동을 방지하기 위한 복수의 캘랜드리아(44)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 디스플레이서봉은 그 봉을 동시에 이동시키기 위한 스파이더(58)에 부착되고, 구동축(64)은 상기 스파이더(58)에 부착되어 상기 밀폐헤드(24)을 통해 연장되며, 상기 밀폐헤드(24)상에 장착된 상기 구동기구(38)는 상기 연료집합체(32)로부터 상기 디스플레이서봉(40)을 삽입하거나 뽑아내기 위해 상기 구동축(64)에 접속되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 안내구조(42)는, 상기 연료집합체(32) 위의 상기 원자로 용기(22)내에 배치되고 상기 디스플레이서봉(40)을 상기 튜브(56)내로 안내하기 위해 상기 디스플레이서봉(40)을 수용할 수 있는 복수의 분할 튜브가이드(70)와, 상기 분할 튜브가이드(70)에 부착되어 상기 분할 튜브가이드(70)를 지지 및 이격시키기 위한 복수의 스페이서(72)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이서봉(40)은 Al2O3펠릿을 포함한 중공원통형 봉으로 구성된 것을 특징으로 하는 스펙트럼 이동식 가압수형 원자로.
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