KR930011023B1 - 폐기연료 저장 캐스크용 폐쇄 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폐기연료 저장 캐스크용 폐쇄 시스템

제1도는 전형적인 연료 집합체의 사시도.

제2도는 폐기연료 집합체의 단기간 저장을 위한 푸울의 정부 평면도.

제3도는 저장 캐스크의 베이스 요소와; 폐기연료 집합체를 수용하기 위한 저장 슬롯의 매트릭스를 제공하고, 폐기연료 집합체에서 발생되는 열을 캐스크 벽으로 전달하고, 캐스크의 배수에 사용되는 스탠드파이프를 지지하기 위해 베이스 요소내에 설치된 격자 바스켓 조립체의 단면도.

제4도는 제3도에 예시된 스탠드파이프의 사시도로 격자 바스켓 조립체에 스탠드 파이프를 설치하는 것을 도시함.

제5도는 캐스크 베이스 요소의 입구부와 설치된 후의 리드 조립체를 도시한 단면도.

제6도는 1차 개스 밀봉체를 제공하기 위해 1차 커버에 간직된 스프링 작동 C-링을 도시하는 단면도.

제7도는 제6도 C-링의 일부를 도시하는 사시도.

제8도는 차폐 리드 요소가 설치된 후 캐스크 베이스 요소의 상부를 나타내는 사시도이며, 캐스크에서 물을 배출할때 폐쇄할 수 있는 개구에 연결된 개스관과 물 제거 호스를 도시함.

제9도는 1차 커버가 설치된 후 캐스크 베이스 요소의 상부 사시도이며, 1차 개스 밀봉체의 시험중 폐쇄 가능한 개스 통로에 설치된 개스관을 도시함.

제10도는 밀봉 커버가 설치된 후 캐스크 베이스 요소의 상부 사시도이며, 2차 개스 밀봉체의 시험중 폐쇄 가능한 개스 통로속으로 삽입된 개스관을 도시함.

제11도는 장기간 저장중에 있는 캐스크의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

38 : 캐스크 베이스 요소 40 : 캐스크

54 : 외부층 56 : 냉각핀(fin)

58 : 격자 비스켓 조립체 90 : 스탠드파이프

102 : 입구부 122 : 리드(lid)조립체

124 : 차폐리드 126 : 1차 커버

128 : 밀봉커버 181 : 핀(pin)

186 : 호스(hose) 270 : 정부커버

332 : 리이드(lead)

본 발명은 원자로에서 제거되는 폐기연료의 장기간 저장에 관한 것이며, 특히 캐스크가 밀봉 되었을때 그리고 폐기연료의 장기간 저장중에 누출을 시험할 수 있는 높은 신뢰성의 폐쇄 시스템을 갖는 폐기연료 저장캐스크에 관한 것이다.

건조 저장 캐스크는 폐기연료의 장기간 저장을 위한 한 형태를 제공한다. 연료 집합체에서 발생되는 열이 설정치(약 10년의 저장 기간이 지난 후 집합체당 0.5-1.0킬로와트 정도)이하로 떨어진 후 폐기연료는 키스크로 이송되어 밀봉된 다음 장기간 저장을 위해 지상 저장 지역으로 수송된다.

그러한 캐스크가 구비해야할 조건은 매우 엄격하다. 캐스크는 장기간 저장중 화학적 공격에 대한 면역성이 있어야 한다. 또한 캐스크는 장기간 저장중 그리고 수송중 낙반과 같은 사고 혹은 거치른 취급을 받게될 때 사소한 파손도 피하기 위해 기계적으로 충분히 강직해야 한다. 더우기 캐스크는 폐기연료에 의해 발생된 열을 주위환경으로 전달할 수 있어야 하는 반면 폐기연료에 의해 발생되는 방사선으로부터 주위 환경을 차폐해야 한다. 연료봉의 온도는 지르코늄 합금으로된 하우징의 파손을 방지하도록 최대온도(예를 들어 375℃)이하로 유지되어야 한다.

캐스크내의 바스켓 설비는 어떠한 상황하에서도 폐기연료를 기계적으로 지지할 수 있어야 하는 반면 폐기연료에 의해 발생된 열을 캐스크 벽으로 전달할 수 있어야 한다. 또한 물이 배출되기 전에 캐스크내에서 연쇄 반응이 일어나지 않도록 하는 설비가 제공되어야 한다. 즉 유효 증배계수 Keff가 1이하로 유지되어 자체 연쇄 반응이 일어나지 않도록 해야한다. 이러한 요구조건은 매우 신뢰할 수 있는 방법으로 저장기능을 충족해야 하는 캐스크에 엄격한 제한을 가하게 된다.

저장중 캐스크는 헬륨으로 범람되어 있기 때문에 판의 연부와 채널부의 벽 사이의 좁은 틈을 통해 열을 용이하게 전달한다. 폐기연료를 적재했을때 10만 kg이상의 중량을 갖게되는 캐스크는 통상 약 4.8m의 높이와, 냉각핀을 제외하고 약 2.5m의 직경을 가지고 있다.

본 발명의 주목적은 고도의 신뢰성을 가지고 폐기연료를 캐스크내에 밀봉하며, 캐스크가 폐쇄된 다음에도 밀봉체의 개스 누출을 검사할 수 있는 폐쇄 시스템을 갖는 캐스크를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 위해 본 발명은 폐기 핵연료를 수용하는 계단형 입구부를 갖는 중공 캐스크 베이스 요소와 상기 입구부를 폐쇄시키는 리드 조립체로 구성되는 캐스크 폐쇄 시스템에 있어서, 상기 리드 조립체가 제1수평부분상에 위치되는 주변부를 갖는 1차 커버와, 1차 커버를 입구부에 부착하기 위한 장치와, 캐스크의 내부로부터 개스의 탈출을 방지하기 위해 1차 커버와 제1수평부분 사이에 설치된 1차 개스 밀봉체로 구성되는 것과, 1차 커버가 개스 밀봉체를 시험하도록 개스를 주입하기 위해 1차 개스 밀봉체 내측에 있는 제1개스통로와, 시험중 1차 개스 밀봉체를 통해 누출된 개스를 수용하기에 적당한 1차 개스 밀봉체 외측에 있는 제2개스 통로를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

차폐 리드는 낙반과 같은 사고에 의해 나타나는 기계적 충격에 견딜 수 있어야 한다. 차폐리드는, 스탠드 파이프에 일시적으로 설치된 호스를 통해 물이 제거되는 동안 캐스크 베이스 요소의 입구부와, 스탠드파이프를 수용하기 위해 폐쇄 가능한 채널과, 캐스크 속에 개스를 주입하기 위해 폐쇄 가능한 개스 통로와 협동하는 탄성 O-링을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 물을 제거한 후 1차 커버가 설치되며, 다음 밀봉 커버가 제 위치에 용접되며, 상기 용접부는 2차 개스 밀봉체를 형성하게 된다. 밀봉 커버는 커버가 설치될 때 1차 밀봉체를 통과한 개스 누출의 여분 검사를 제공하기 위해 그리고 장기간 저장중 누출을 검사하기 위해 폐쇄 가능한 개스 통로를 포함하고 있다.

캐스크의 내부와 연통된 개스 압력 감지 조립체는 캐스크 내의 압력이 설정치에 도달할 때 경보 신호를 발생하기 위해 캐스크 베이스 요소내의 공동에 설치되는 것이 바람직하다. 그러한 경보 신호는 즉각적인 조치를 필요로 하는 이례적인 상황을 지시하거나 단순히 변환기의 보정이 필요하다는 것을 지시하는 것일 수도 있다. 공동으로 향한 폐쇄가능한 개스 통로는 경보 신호가 발생되었을 경우 변환기를 재 보정하기 위해 개스를 주입하도록 캐스크 베이스 요구에 구비되어 있다.

본 발명은 부수 도면을 참고도 단지 예로서 주어진 양호한 실시예의 하기 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.

제1도는 원자로에 공급하기 위한 전형적이 염료 집합체(20)를 예시하고 있다. 집합체(20)는 저부노즐(22)과 정부노즐(24)를 포함하고 있으며, 이들 사이에는 긴 연료봉(26)이 설치된다. 각 연료봉(26)은 상업적으로 이용 가능한 ＂지르칼로이-4＂와 같은 지르코늄 합금으로 만들어진 원통형 하우징을 포함하고 있으며, 또한 U-235로 농축된 분열성 연료의 펠릿으로 채워져 있다.

연료봉(26)을 갖는 집합체내에서 노즐(22,24) 사이에는 안내관(도시안됨)이 설치되어 있어서 이동할 수 있게 설치된 제어봉(도시안됨)과 측정기구(도시안됨)을 수용하게 된다. 이들 안내관의 단부는 노즐(22,24)에 부착되어 있어서 노즐(22,24)에 영구적으로 부착되어 있지 않은 연료봉(26)을 위한 구조적 지지체를 형성한다. 격자 부재(228)는 개구를 가지고 있으며, 상기 개구를 통해 연료봉(26)과 안내관이 함께 다발을 이루며 뻗어있다.

가압수형 원자로의 상업용 연료 집합체는 설계에 따라 179 내지 264개의 연료봉을 포함하고 있다. 전형적인 연료 집합체는 약 4.1m의 길이와, 약 19.7cm의 폭, 그리고 약 585kg의 중량을 가지고 있다.

가압수형 원자로에서 약 3년의 수명이 지난 후 연료 집합체(20)의 U-235 농축은 고갈된다. 또한 다양한 반감기를 갖는 여러가지 분열 생성물이 봉(26)에 존재하게 된다.

집합체(20)가 원자로에서 제거될 때 이들 분열 생성물은 강력한 방사능과 열을 발생하기 때문에 집합체(20)는 단기간 저장을 위해 물을 용해된 붕산염을 함유하는 푸울로 이동시켜야 한다. 그러한 푸울이 제2도에서 참고번호(30)으로 지시되어 있다.

푸울(30)은 통상 12.2cm의 깊이를 갖는다. 푸울(30)의 저부에 위치된 다수의 폐기연료 랙(32)은 수직으로 연료 집합체(20)를 수용하기 위해 저장 슬롯(34)을 구비하고 있다. 캐스크 패드(36)는 푸울(30)의 저부에 위치된다.

연료 집합체(20)가 푸울(30)에 저장되어 있는 주기 동안에 봉(26)내에 있는 폐기연료의 조성은 변화한다. 짧은 반감기를 갖는 동위원소가 붕괴하기 때문에 비교적 긴 반감기를 갖는 분열 생성물의 비율이 증가하게 된다. 따라서 연료 집합체(20)에서 발생된 열과 방사능 준위는 상기 주기동안에 비교적 급속히 감소하며, 결국 열과 방사능이 매우 느리게 감소하는 상태에 도달하게 된다. 그러나 이와 같이 감소된 준위에서도 봉(26)은 불확실한 장래에 대비하여 주위환경으로부터 신뢰할 수 있게 격리되어 있어야 한다.

제3도를 참고하면, 캐스크(40)의 베이스 요소(38)는 원통형 벽(46)에 의해 제공되는 중공내부(44)와 바닥(42)을 가지고 있다. 베이스 요소(38)는 감마선으로부터 주위환경을 보호하는 역할을 하는 약 25cm 두께의 탄소강 부분(48)을 포함하고 있다.

바닥(42)과 벽(46)을 덮고 있는 스테인레스강 클레딩 층(50)이 예를 들어 부분(48)을 턴테이블상에 위치시키고 회전시키는 동시에 스테인레스강 용접봉을 사용하여 내부 둘레의 연속 나선 통로를 용접함에 의해 부분(48)에 가해져 스테인레스강 표면이 부분(48)의 내부(44)를 전체적으로 덮기 때문에 화학적 공격으로부터 부분(48)을 보호할 수 있다.

베이스 요소(38)는 수지로된 약 7.0cm 두께의 중성자 흡수물질(52) 층에 의해 둘러싸여 있다. 물질(52)로 사용하기 위한 적당한 수지는 미합중국 일리노이주 60068, 파크리지, 르네상스 드라이브 1420에 소재하는 비스코 프로덕츠, 인코포레이티드의 재고번호 NS-3을 상업적으로 이용할 수 있다.

물질(52)을 둘러싸고 있는 것은 캐스크(40)를 주위환경으로부터 보호하기 위한 스테인레스강의 외부층(54)이다. 캐스크(40)는 또한 주위환경에 의한 화학적 공격으로부터 탄소강을 보호하기 위해 바람직하게 처리된 탄소강의 냉각핀(56)을 포함하고 있다. 냉각핀(56)은 부분(48)에 용접되어 있으며 물질(52)과 층(54)을 관통한다. 예시되지는 않았지만 취급을 용이하게 하기 위해 베이스 요소(38)의 정부 및 저부에 한쌍의 트러니언(trunion)을 부착하는 것이 바람직하다.

계속해서 제3도를 참고하면, 격자 바스켓 조립체(58)는 제1세트(60)의 큰 판(62,64,66,68,70)과 제2세트(72)의 큰판(74,76,78,80,82)을 포함하고 있다.

이들 판은 약 3.7cm의 높이와 2.0cm의 두께를 갖는 알루미늄판으로 제작된다. 제작중 제1세트(60)의 금속판은 긴 상향 슬롯(도시안됨)을 구비하게 되며, 상기 슬롯은 저부에서 판의 중간까지 뻗어있고 약 26.3cm 떨어져 위치된다. 제2세트(72)의 판도 상응하는 긴 슬롯(도시안됨)을 구비하고 있으며, 상기 슬롯은 판의 정부에서 중간까지 뻗어있고 역시 약 26.3cm 떨어져 위치된다.

다음 제1세트(60)와 제2세트(72)의 판들은 서로의 슬롯속으로 삽입함에 의해 조립되며(이는 빗살을 서로 대향하게 설치하여 빗이 그물을 형성하게 결합시키는 방법과 동일함), 최후의 교차부는 전장 필릿 용접을 사용하여 용접된다. 그러한 구조는 중심끼리는 거리가 약 26.3cm 떨어져 위치 되었으며 바닥(42)에 수직으로 뻗어있는 축을 가지고 있는 긴 저장슬롯(84)의 매트릭스를 형성하게 된다는 것이 명백하다.

격자 바스켓 조립체(58)는 또한 큰판의 제1 및 제2세트(60,72)에 의해 제공되는 매트릭스의 주변에 용접된 다수의 작은판(86)을 포함하고 있다.

제3도에 예시된 바와 같이, 여러판의 연부는 벽(46)에 용접되어 바닥(42)에 수직으로 뻗어있는 긴 채널부(88)속으로 이동할 수 있게 삽입된다.

캐스크(40)의 사용중, 사각형 단면으로 되어 탄화붕소와 같은 ＂중성자 독물질＂의 판을 지지하는 스테인레스강 벽을 갖는 긴 종공 셀(도시안됨)이 저장 슬롯(84)속으로 삽입된다. 연료 집합체(20)는 헬륨 대기속에 장기간 저장을 위해 셀 속으로 삽입되며, 집합체(20)에 의해 생성된 열은 제거를 위해 격자 바스켓 조립체(58)로부터 채널부(88)의 헬륨으로 채워진 좁은 틈을 통해 벽(46)으로 전달된다.

또한 저장 슬롯(84)은 셀 없이 고화 캐니스터내에 고화된 연료를 저장하도록 사용될 수도 있으며, 고화된 연료와 연료 집합체가 동일한 캐스크내의 상이한 저장 슬롯에 저장될 수도 있다.

전술한 배경 설명의 요약과 함께 제3도는 또한 격자 바스켓 조립체(58)에 부착되어 바닥(42)에 수직으로 뻗어있는 스탠드파이프(90)를 예시하고 있다.

제4도에 도시된 바와 같이, 파이프(90)의 하단부는 배수절단부(92)를 구비하고 있어서 캐스크(40)가 배수될 때 붕산수가 파이프(90)의 내부에 도달하게 된다(작동은 계속해서 상세히 설명될 것임). 격자 바스켓 조립체(58)는 바닥(42)위로 약간 간격져 있으며, 절단부(92)를 향한 물의 흐름을 방해하지 않는다. 캐스크(40)는 배수 작업중 절단부(92)를 향한 물의 흐름을 용이하게 하기 위해 약간 기울어져 있거나 바닥(42)이 절단부(92)를 향해 약간 경사져 있어도 좋다.

계속해서 제4도를 참고하면, 알루미늄으로된 삼각형 저부 지지요소(94)는 조립체(58)의 판(64,74)에 용접되어 있다.

요소(94)는 파이프(90)가 뻗어있는 개구(도시안됨)를 가지고 있으며, 또한 용접부(96)에 의해 파이프(90)에 결합되어진다. 유사한 방법으로 파이프(90)가 뻗어있는 개구(100)를 갖는 삼각형 정부 지지요소(98)는 판(64,74)에 용접되어 있다. 그러나 파이프(90)는 요소(98)에 용접되어 있지 않게 때문에 캐스크(40)내의 온도가 변화함에 따라 조립체(58)와 파이프(90)가 상이한 팽창율을 나타낼 경우 파이프(90)로 하여금 격자 바스켓 조립체(58)로부터 응력을 받지않게 해준다.

제5도에서 베이스 요소(38)는 수평 부분(104,106,108,110)을 포함하는 계단형 입구부(102)에서 종료한다. 입구부(102)는 또한 수직 부분(112,114,116)을 포함한다. 스테인레스강 클레딩 층(50)은 계단형 입구부(102)위로 뻗어있다. 나선 구멍(118)은 수평부분(104)에 구비되어 있으며, 나선 구멍(120)은 수평부분(106)에 구비되어 있다.

계속해서 제5도를 참고하면, 리드 조립체(122)는 차폐리드(124)와, 탄소강으로된 1차 커버(126)와, 스테인레스강으로된 밀봉 커버(128)을 포함하고 있다. 차폐 리드(124)는 상술한 바와 같이 용접에 의해 가해지는 스테인레스강 클래딩 층(132)을 구비한 탄소강 부분(130)을 가지고 있다. 부분(130)은 환상요부(134)로 구비하고 있으며, 상기 요부(134)는 클래딩 작업중 스테인레스강으로 채워져 층(132)이 요부(134)로 신장되게 된다. 도브레일형 단면을 갖는 환상요부(136)는 요부(134)에서 스테인레스강으로 절단된다.

탄성 O-링(138)이 요부(136)내에 ＂포획＂ 되어 있기 때문에 차폐 리드(124)가 제작될때 영구적으로 설치될 수 있으며, 리드(124)가 캐스크 베이스 요소(38)에 설치되기 전에 즉시 위치시킬 필요가 없다.

O-링(138)을 수용하게 될 수평 부분(104)상에 스테인레스강 클래딩 층(50)은 O-링(138)을 적절히 안착시키기 위한 평면을 제공하도록 기계가공 되어야 한다는 것을 알 수 있다.

계속해서 제5도를 참고하면, 채널(140)은 스테인레스강 플러그(148)의 헤드(146)를 수용하기 위한 형태로된 상부(144)와 원추형 하부(142)를 가지고 있다. 헤드(146)내의 환상요부(150)는 금속 O-링(152)을 수용한다. O-링(152)은 플러그(148)가 제작될때 몇몇 지점에서 O-링(152)의 측면을 요부(150)의 벽에 연결하도록 소량의 접착제를 가함에 의해 플러그(148)에 ＂포획＂된다. 이때 O-링(152)의 밀봉 표면이 접착제로 오염되지 않도록 주의해야 한다.

또한, O-링(152)의 두개의 클램프(도시안됨)을 제공함에 의해 플러그(148)내에 간직될 수 있으며, 상기 클램프는 요부(150)에 인접한 요부(도시안됨)에 설치되며, 또한 O-링(152)을 제 위치에 유지시키도록 O-링(152)을 향해 뻗어있다. O-링(152)을 이런식으로 간직하게 되면, 플러그(148)는 하나의 장치로 조종될 수 있다.

헤드(146)주위에 있는 비나선 구멍(154)의 링을 차폐 리드(124)내의 나선구멍(158)에 의해 수용되는 나선하부를 갖는 캡 나사(156)를 수용한다.

계속해서 제5도를 참고하면, 밸브(159)는 스탠드 파이프(90)의 상단부 약간치에서 채널(140)내에 위치되어 있으며(열팽창을 허용하기 위한 것임), 또한 밸브(159)는 리드(124)에 용접된 밸브 하우징(161)과, 하우징(161)내에 활주할 수 있게 설치된 밸브 요소(163)와, 요소(163)의 양단부에 간직된 금속 O-링(165,167)과, 하우징(161)의 하단부에 부착되어 요소(163)를 위로 편향시키는 스프링(169)과, 요소(163)내에서 이동할 수 있게 간직된 볼(171)과, 볼(171)을 아래로 편향시키는 스프링(173)을 포함하고 있다. 계속해서 서술되겠지만, 밸브(159)는 스텐트파이프(90)내의 밸브 작동자(175)와 협동한다.

밸브 작동자(175)는 스탠드파이프(90)의 내부에 부착되어 통로(179)의 링을 갖는 판(177)을 포함하고 있다. 핀(181)은 볼(171) 아래의 위치에서 판(177)에 부착되어 있다. 판(177)과 스탠드파이프(90)의 주위에 있는 차폐링(183)의 두께는 중성자속의 전체 효과로부터 스프링(169,173)을 보호한다.

계속해서 제5도를 참고하면, 개스 통로(160)는 스테인레스강 나선 플러그(168)의 헤드(166)을 수용하는 상부(164)와 확대된 중간부(162)를 가지고 있다. 헤드(166)는 상술한 방식으로 금속 O-링이 간직된 환상요부를 구비하고 있다. 상부(162)의 상측(172)은 플러그(168)를 수용하기 위해 나선으로 되어 있다. 신속분리 커플링(174)은 상부(162)내의 상측(172) 아래에 설치되어 있다. 커플링(174)은 내부볼 밸브(도시안됨)를 포함하고 있으며, 개스관 상의 상응하는 신속분리 커플리에 스냅 연결될 수 있는 모양을 가지고 있다. 적당한 신속분리 커플링은 공지되어 있어서 상업상 이용할 수 있다.

계속해서 제5도를 참고하면, 차폐 리드(124)는 또한 감소된 두께를 갖는 주변부(176)을 가지고 있으며, 이를 통해 36개의 나선을 갖는 구멍(178)이 뻗어있다.

이제 제5도 및 제8도를 참고로 차폐 리드(124)의 설치를 서술하고자 한다. 캐스크 베이스 요소(38)가 캐스크 패드(36)(제2도)로 내려오기 전에 그리고 요소(38)의 제작중에, 스터드(180)는 밀봉제로 코우팅되고 나선구멍(118)에 끼워진다. 구멍(120)에서 물을 배출하기 위해 캡 나사(182)는 또한 밀봉제로 코우팅되고 구멍(120)에 일시적으로 설치된다. 차폐 리드(124)는 연료 집합체(20)가 베이스 요소(38)에 적재된 후 그리고 요소(38)가 캐스크 패드(36)상에 여전히 위치되어 있는 동안 설치된다.

설치의 첫 단계중에 플러그(148)(간직된 O-링(152)과 함께)와 플러그(168)(간직된 O-링(170)과 함께)는 차폐 리드(124)에 존재하지 않는다. 원격 제어에 의해 차폐 리드(124)는 베이스 요소(38)로 내려와 정열되기 때문에 스탠드 파이프(90)는 채널(140)의 원추형 하부(142)속으로 삽입하기 위해 위치되며, 스터드(180)는 구멍(178)을 통해 삽입되도록 위치된다.

다음 너트(184)가 스터드(18)에 끼워지며, 물 제거 호스(186)는 채널(140)속으로 삽입되는데 여기서 금속 O-링(167)은 호스(186)의 단부를 밀봉하게 된다. 호스(186)에 의한 또다른 하향 압력은 금속 O-링(165)이 스탠드 파이프(90)의 단부에 대해 밀봉될때까지 밸브 요소(168)를 변위한다.

상기 스탠드 파이프의 밀봉이 이루어지기 바로 전에, 핀(181)은 볼(171)을 변위시켜 스탠드파이프(90)로 부터 통로(179) 및 밸브(159)를 통해 호스(186)에 이르는 유료를 형성하게 된다.

신속 분리 커플링(190)에서 종료하는 헬륨 공급관(186)은 개스 통로(160)로 삽입되며, 여기서 커플링(190)은 커플링(174)와 함께 스냅되며 커플링(174)내의 내부 밸브를 개방하게 된다.

헬륨은 캐스크(40)속으로 주입되며 동시에 붕산수는 호스(186)를 통해 제거되어 오염제거 설비로 펌프된다. 붕산수가 제거됨에 따라 폐기연료는 캐스크(40)내의 온도를 붕산수의 비등점까지 상승시키기 때문에 마지막 남은 물을 제거하기 위해 오랜 건조 시간을 필요로 하지 않는다는 것을 알아야 한다.

배수를 완료한 후 호스(186)와 관(188)은 제거되며, 신속분리 커플링(174)과 밸브(159)는 캐스크(40)내에 헬륨을 간직하기 위해 적절한 차폐체로 작용한다. 이때 캐스크(40)는 푸울(30)에서 제거되어 건조되며, 캡나사(182)를 제거한 다음 1차 커버(126)의 설치 준비를 위해 수평부분(106)을 닦는다.

이러한 설치는 원격 제어에 의해 수행되는데, 그 이유는 리드(124)가 제 위치에 있을지라도 리드(124)를 통과하는 방사선 속이 여전히 인체에 해를 주기에 충분하기때문이다. 차폐리드(124)는 충격(예를 들어 캐스크(40)가 수송중 수평위치로 설치될때 우연한 낙반 사고로 인한 충격)에 대한 1차적인 차폐체 역할을 한다는 것을 알 수 있다.

제5도로 돌아가서, 1차 커버(126)는 그 주변에 36개의 비나선 구멍(192)의 링을 포함하고 있으며, 구멍(192)의 상부는 캡(182)의 캡을 수용하기 위해 확대되어 있다.

개스 통로(194)는 나선 플러그(202)의 헤드(200)를 수용하는 상부(198)와 확대된 중간부(196)를 가지고 있다. 헤드(200)는 금속 O-링(204)을 수용하는 환상요부를 가지고 있으며, O-링(204)은 상술한 방식으로 요부에 간직된다. 중간부(196)는 플러그(202)를 수용하기 위해 나선부(206)를 가지고 있다. 신속 분리 커플링(208)은 나선부(206)에서 떨어져 있는 중간부(196)에 설치되어 있다.

계속해서 제5도를 참고하면, 개스 통로(210)는 나선 플러그(218)의 헤드(216)를 수용하는 상부(214)와 확대된 중간부(212)를 가지고 있다. 헤드(216)는 상술한 방식으로 금속 O-링(220)이 설치되어 있는 환상 요부를 포함하고 있다. 중간부(212)는 플러그(218)를 수용하기 위해 나선부(222)를 포함하고 있다. 신속 분리 커플링(224)은 나선부(22)에서 떨어져 있는 중간부(212)에 설치되어 있다.

계속해서 제5도를 참고하면, 1차 커버(126)의 하측은 도브테일형 단면을 가진 환상요부(226)를 구비하고 있어서 탄성 O-링(228)이 그속에 간직된다. 요부(226)에 관해 동심인 환상요부(230)는 또한 1차 커버(126)에 구비되어 있다. 요부(226,230)는 서로 인접하여 위치되며, 개스통로(210)는 상기 요부 사이로 연통되어 있다. 스프링 작동 C-링(232)은 후술하겠지만 요부(230)에 간직되어 있다. 캐스크 베이스 요소(38)의 조립중 링(228,232)을 수용할 수평부분(106)의 지역은 평탄한 표면을 제공하도록 기계가공 되어야 한다.

제6도 및 제7도에서 C-링(232)은 스테인레스강 커버(236)에 의해 부분적으로 둘러싸인 헬리컬 스프링(234)을 포함하고 있다. 이와 같은 스프링 작동 C-링은 상업적으로 이용할 수 있다. 요부(230)주위에 동일하게 간격진 세 지점에서 추가된 요부(336)가 1차 커버(126)에 구비되어 있다. 설치러그(238)는 캡나사(240)에 의해 요부(336)내에 부착된다. 설치러그(238)의 핑거(242)는 링(232)을 요부(230)내에 간직하기 위해 스프링(234)의 코일 사이로 뻗어있다.

다음 제5도 및 9도를 참고로 1차 커버(126)를 설치하기 위한 과정을 설명하고자 한다. 링(228,232)을 간직하고 있으며 플러그(202,218)(그들이 간직한 O-링(204,220)과 함께)를 제거한 커버(126)가 베이스 요소(38)상에 위치시켜 구멍(192)과 구멍(120)을 정열한다.

다음 나사(182)가 설치된다. 스프링 작동 C-링(232)은 리드 조립체(122)용 1차 개스 밀봉체를 제공하며, 개스통로(194,210)는 1차 커버(126)가 설치될때 상기 1차 밀봉제가 시험될 수 있도록 제공된다. 신속분리 커플링(246)에서 종료하는 헬륨 공급관(244)은 통로(194)로 삽입되며, 여기서 커플링(246)과 커플링(208)은 함께 스냅된다. 유사한 방법으로 신속 분리 커플링(250)에서 종료하는 누출 시험관(248)은 통로(210)로 삽입된다. 약 2기압에서 헬륨은 관(244)을 통해 차폐리드(124)와 1차 커버(126) 사이에 있는 공간으로 주입된다. 이때 관(248)에 연결된 개스 크라마토그라프 헬륨 누출 측정기에 의해 측정되는 것이 바람직하다. 적당한 누출 측정기는 상업적으로 이용할 수 있다. 최대 허용 누출율에 대한 전형적인 수치는 표준 온도와 기압에서 초당 10^-4cm³이다.

스프링 작동 C-링(232)은 초기 설치시 정확하게 안착된 경우 오랜 주기에 걸쳐 우수한 밀봉력을 제공할 수 있다. 링(232)이 적절히 안착되었는가를 결정하는 것은 상술한 시험과정을 위한 것이다. 모래의 미세한 입자, 또는 링(232)이나 요부(330) 또는 부분(106)의 밀봉 표면의 가벼운 불완전성도 허용될 수 없는 누출율을 야기한다.

본 발명의 캐스크 폐쇄 시스템에 존재하는 나머지 링들 링(232)만큼 중요한 것이 아니기 때문에 시험할 필요가 없다. 플러그(148,168,202,218)에 각각 간직된 링(152,170,204,220)가 같은 금속 O-링은 원래부터 높은 신뢰성을 가지고 있을 뿐만 아니라 비교적 작은 크기를 가지고 있으며 또한 사소한 결함이 일어났을지라도 과도한 누출율을 나타내리라 생각되지 않는다.

탄성 O-링(138)은 폐기연료에 의해 생성되는 열로 인하여 시간이 지날수록 질이 저하되기 때문에 장기간 개스 밀봉을 위해서는 신뢰할 수 없다. O-링(138)은 우선 헬륨이 물 제거 과정중 통로(160)를 통해 주입될 때 베이스 요소(138)에 관해 차폐 리드(124)를 밀봉하기 위해 존재한다. 이와 유사하게 탄성 O-링(228) 또한 장기간 밀봉을 위해서는 믿을 수 없으며, 단지링(232)이 시험될때 헬륨 측정기에 의해 샘플 체취를 위해 링 주위에 격리지역을 규정하는 역할만 한다.

다시한번 제5도를 참고하면, 스테인레스강 밀봉 커버(128)는 신속 분리 커플링(254)을 설치하고 있는 개스 통로(252)를 가지고 있다. 통로(252)는 나선 플러그(260)의 헤드를 수용하는 부분(258)과 나선부(256)를 가지고 있다. 나선 플러그(260)의 헤드는 금속 O-링(262) 상술한 방식으로 간직된 환상요부를 포함하고 있다.

다음 제5도 및 제10도를 참고로 밀봉 커버(128)의 설치를 설명하려고 한다. 커버(128)가 수평부분(108)상에 위치된후 리드 조립체(122)를 통해 이탈되는 전체 방사선 레벨은 비교적 적당하게 완화되기 때문에 추가된 밀봉 과정은 원격제어에 의하지 않고 수행되어도 안전하다. 밀봉 커버(128)의 주변은 본 발명에 따른 폐쇄 시스템의 2차 개스 밀봉을 제공하는 용접부(264)에 의해 수평부분(110)에 용접되어 있다.

상기 밀봉체는 약 2기압에서 헬륨 공급관(266)을 통해 헬륨을 주입함에 의해 시험되며, 상기 관(266)은 1차 커버(126)와 밀봉 커버(128)사이의 지역속으로 개스통로(252)내의 커플링(254)과 함께 스냅되는 신속 풀림 커플링(268)에서 종료한다. 누출은 개스 크라마토그라프 헬륨 누출 측정기 또는 다른 누출 측정장치를 사용하는 용접부(264) 주위에서 시험된다. 그런 다음 약 7.0cm 두께의 중성자 흡수물질(272)층과 스테인레스강으로된 외부층(274)을 갖는 정부커버(270)가 밀봉커버(128)에 접착된다.

커버(270)는 플러그(278)를 수용하기 위한 원통형 개구(276)를 가지고 있어서 후일에 용접부(264)의 검사가 필요할때 플러그(260)에 접근할 수 있게 해준다. 플러그(278)는 스테인레스강 외부층(282)과 함께 중성자 흡수물질(280)로된 본체를 가지고 있다. 정부 커버(270)가 가해진 후 스테인레스강 외부층(288)과 중성자 흡수물질(286)의 본체를 갖는 링 커버(284)가 폐쇄 작업을 완료하기 위해 제 위치에 용접된다.

다음 캐스크(40)와 그속에 있는 폐기 연료는 원격 저장지역으로 수송될 수 있다. 그러한 저장 지역이 제11도에 도시되어 있으며, 여기서 캐스크(40)는 격리 지역에서 보강 콘크리트 지지체(290)에 놓여 있으며, 접근로(292)는 캐스크(40)가 지지체(290)로 이동될 때 그리고 캐스크(40)의 주기적 측정시에 사용하는 것이 바람직하다.

주기적인 시각 측정장치에 추가하여, 캐스크(40)내의 압력이 설정치 이하로 떨어졌을 경우 캐스크 누출이 발생하며 주위 환경에 도달하는 라돈 개스와 같은 분열 생성물의 위험이 존재한다는 것을 알리는 경보 신호를 발생시키는 연속 전자 측정 장치를 구비하는 것도 바람직하다.

제5도로 들어가서 본 발명의 폐쇄 시스템은 선택적으로 측정 시스템을 제공한다. 제5도에서 개스통로(296)와 연통된 공동(294)이 베이스 요소(38)에 제공된다.

공동(294)은 개스통로(298)를 통해 캐스크(40)의 내부와 연통된다. 공동(294)은 통로(298)와 연통된 제1원통형 통로(300)와, 통로(300)와 연통된 제2원통형 통로(302)와, 통로(302)와 연통된 제3통로(304)를 포함하고 있다. 금속 O-링(308)을 간직하고 있는 개스 압력 감지기 조립체(306)는 통로(300)에 설치된다. 조립체(306)에 사용하기 위한 변환기는 상업적으로 이용할 수 있다.

예를 들어 미합중구 메사츄세츠주 01803, 버링톤에 소재하는 MKS인스트루먼츠사의 재고번호 221 AD-10000인 차동 용량 압력계를 사용할 수 있다. 통로(302)는 금속 O-링(314)을 간직한 제1플러그 요소(312)를 설치하기 위해 나선부(310)를 가지고 있다. 요소(312)의 중공 원통형 부분(316)은 조립체(306)의 뒤로 뻗어 있어서, 조립체(306)가 통로(300)의 단부와 확고하게 접촉하도록 하는 반면 조립체(306)의 뒷면이 개스 통로(296)와 연통되도록 해준다. 플 러그 요소(312)는 또한 전기 신호가 플러그 요소(312)를 통해 전달되도록 진공 밀봉된 침투 플러그(318)를 포함하고 있다.

그러한 침투 플러그는 공지되어 있으며, 플러그 요소(312)의 나머지를 형성하는 금속에 결합된 세라믹 물질을 통해 뻗어있는 와이어를 포함하고 있다. 개스 압력 조립체(306)로부터의 리이드(319)는 플러그(318)와 부분(316)의 중공 내부를 경유하여 제1플러그 요소(312)를 관통한다.

계속해서 제5도를 참고하면, 제3통로(304)는 제2플러그 요소(324)가 끼워지는 나선부(322)를 가지고 있다. 요소(324)는 상술한 바와 같이 전도체가 관통하는 세라믹 물질로된 진공 밀봉 침투 플러그(328)와 간직된 금속 O-링(326)을 구비하고 있다.

플러그요소(312,324)의 인접면은 플러그(318,328)사이에 뻗어있는 리이드(332)를 수용하기 위해 공동(330)을 제공하는 형태로 되어 있다.

상술한 바로부터 개스 압력 감지 조립체(306)는 캐스크(40)의 내부에 노출되며, 세개의 금속 O-링(308,314,316)은 공동(294)을 밀봉하며, 조립체(306)로부터의 전기 신호는 리이드(319), 플러그(318), 리이드(322), 및 플러그(328)를 경유하여 외부에서 이용할 수 있다는 것이 명백하다. 개스 압력 감지 조립체(306)가 캐스크(40)내의 압력이 설정치 이하로 떨어졌다는 것을 지적할 경우 경보 신호를 제공하기 위해 종래의 외부 측정 설비(도시안됨)가 조립체(306)에 전기적으로 연결되어 있다.

경보신호는 감시 지역으로 전달되어 벨을 울리거나 주의를 집중시키게 할 수도 있으며, 지지체(290)상의 캐스크(40)에 인접 위치되어 주기적 감시를 위한 방문시 관찰되는 시각 지시 장치(도시안됨)에 세트되도록 사용될 수도 있다.

경보 신호가 발생하였다고 반드시 캐스크의 완저넝이 파손되었다고 할 수는 없다. 경보신호는 조립체(306)내의 압력 변환기로부터의 착오 신호일수도 있기 때문이다. 변환기의 전기적 성질은 오랜 시간이 지나면 약간 변화하는 경향이 있으며, 이러한 성질의 전기적 ＂드리프트(drift)＂는 변환기가 캐스크(40)내의 나쁜 환경에 있을때 더욱 발생하기 쉽다.

따라서 경보 신호가 수신되었을때 캐스크(40)를 푸울(30)로 미리 되돌려 보내지 말고 경보 신호가 유효한 것인가를 확인하기 위해 먼저 변환기를 재보정해보는 것이 바람직하다.

계속해서 제5도를 참고하면, 개스 통로(296)는 플러그 요소(336)가 삽입되는 요부(334)에서 종료한다. 플러그 요소(336)는 베이스 요소(38)에 있는 나선구멍(342)과 정열되는 평탄한 구멍(340)을 구비하고 있으며, 또한 금속 O-링(338)을 간직하고 있다. 캡나사(344)는 요소(336)와 밀봉통로(296)를 부착시키기 위해 사용된다. 조립 후 플러그 요소(336)의 주변은 제2차폐체를 제공하기 위해 용접된다.

통로(296)를 통한 개스의 탈출은 금속 O-링(308,338)과, 플러그 요소(334)에서의 용접부에 의해 방지된다는 것이 명백하다.

상술한 형태의 신속 분리 커플링(346)은 개스통로(296)내에 설치된다.

계속해서 제5도를 참고하면, 약 7.0cm 두께의 중성자 흡수물질(350)로된 본체와 스테인레스강으로된 외부층(352)을 갖는 원통형 플러그 요소(348)는 플러그 요소(336)가 용접된 후 설치된다. 유사한 방법으로 중성자 흡수물질(256)로된 본체와 스테인레스강으로된 외부층(358)을 갖는 원통형 플러그 요소(354)는 플러그 요소(224)가 설치된 다음 그위를 덮고 있다.

경보 신호가 수신 되었다면 기술자는 먼저 캐스크(40)주위, 특히 플러그 요소(348,354)의 부분에서 방사능을 측정하게 된다. 플러그 요소(348,354) 주위의 측정치가 허용 가능한 것이라면 요소(348)를 제거하고 멀리 떨어져 용접 밀봉 플러그 요소(336)를 기계가공해도 안전하다는 것을 의미한다. 상기 용접부를 제거한다음 기술자는 다시 방사능을 측정하게 되며, 측정치가 허용가능한 것이라면 캡나사(344)를 풀고 플러그 요소(336)를 제거하게 된다.

이때 신속 분리 커플링에서 종료하는 관이 통로(296) 속으로 삽입되며, 헬륨이 주입되어 통로(300)내의 압력을 정정치로 되게 하며, 조립체(306)내의 변환기의 한측면이 설정된 압력을 받게하여 변환기를 보정하게된다. 상기 재보정이 경보 신호가 거짓이었다는 것을 나타낸다면 플러그 요소(336,348)가 다시 설치된다.

상술한 바로부터 본 발명의 폐기연료 캐스크 폐쇄시스템은 매우 신뢰할 수 있는 여분 밀봉체를 갖는 기계적으로 강직한 폐쇄체를 제공한다는 것을 알수 있을 것이다. 리드 조립체는 캐스크의 배수를 용이하게 할뿐만 아니라 1차 개스 밀봉체와 2차 개스 밀봉체의 검사도 용이하게 해준다.

본 발명의 폐쇄 시스템은 또한 캐스크내에서 압력의 장기간 측정을 위해 그리고 측정 변환기의 재보정을 위해 제공된다.

Claims (8)

1. 폐기 핵연료를 수용하는 계단형 입구부(102)를 갖는 중공 캐스크 베이스 요소(38)와 상기 입구부를 폐쇄시키는 리드조립체(122)로 구성되는 캐스크 폐쇄 시스템에 있어서, 상기 리드조립체(122)가 제1수평 부분상에 위치되는 주변부를 갖는 1차 커버(126)와, 1차 커버(126)를 입구부(102)에 부착하기 위한 장치(182)와, 캐스크의 내부로부터 개스의 탈출을 방지하기 위해 1차 커버와 제1수평부분 사이에 설치된 1차 개스밀봉체(232)로 구성되는 것과 1차 커버(126)가 1차 개스밀봉체(232)를 시험하도록 개스를 주입하기 위해 1차 개스밀봉체(232) 내측에 있는 제1개스통로(194)와, 시험중 2차 개스밀봉체(232)를 통해 누출된 개스를 수용하기에 적당한 1차 개스밀봉체(232) 외측에 있는 제2개스통로(210)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 폐기연료 저장 캐스크용 폐쇄 시스템.
2. 제1항에 있어서, 추가된 밀봉체(228)가 1차 커버(126)와 제1수평부분 사이의 1차 밀봉체(232) 외측에 설치되며, 제2개스 통로(210)가 1차 밀봉체(232)와 추가 밀봉체(228)사이의 지역과 연통되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.
3. 제1항에 있어서, 1차 개스밀봉체(232)는 스프링 작동금속 C-링을 포함하며, 요부(230)가 C-링을 1차 커버(126)내에 간직하기 위해 제공되며, 추가 밀봉체(228)는 1차 커버(126)내에 형성된 또다른 요부(226)내에서 C-링 주위에 설치된 탄성 O-링을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.
4. 제1항에 있어서, 제1개스 통로(194)를 밀봉하기 위해 제1장치(202,204)가 제공되며, 제2개스 통로(210)를 밀봉하기 위해 제2장치(218,220)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.
5. 제1항에 있어서, 계단형 입구부(102)는 제1수평부분(106)과 상기 제1수평부분(106)위에 설치된 제2수평부(108)을 포함하며, 상기 리드조립체(122)는 또한 제2수평부분(108)상에 위치된 주변부를 갖는 밀봉커버(128)를 포함하는 것과, 밀봉 용접부(264)가 2차 개스밀봉체를 형성하도록 밀봉커버(128)와 입구부(102)사이에 뻗어 있어서 캐스크의 내부로부터의 개스가 외부로 탈출하는 것을 방지하는 것과, 밀봉커버(128)가 1차 개스밀봉체(264)를 시험하도록 1차 커버(126)와 밀봉커버(128) 사이에 주입되는 개스를 수용하기 위해 2차 개스밀봉체(264)내측에서 제거가능한 밀봉체(260,262)를 포함하는 제3개스통로(252)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 폐쇄시스템.
6. 제1항에 있어서, 입구부(102)는 제1수평 부분 아래에 설치된 제3수평부분(104)을 포함하며, 상기 리드 조립체(122)는 또한 제3수평부분(104)상에 위치되는 주변부를 갖는 차폐리드(124)와, 차폐리드(124)를 입구부에 부착하기 위한 장치(180,184)와, 또다른 개스밀봉체(138)를 형성하기 위해 차폐리드(124)와 제3수평부분(104)을 연결하는 장치(138)를 포함하며, 상기 차폐리드는 또 다른 개스밀봉체(138)내측에서 제거가능한 밀봉체(168,170)를 구비한 제4개스 통로(160)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.
7. 제6항에 있어서, 차폐리드(124)를 확대된 하부(142)를 갖는 채널(140)을 가지고 있으며, 스탠드파이프(90)가 캐스크 베이스 요소(38)의 내부로 뻗어있는 것과, 상기 채널(140)을 밀봉하기 위해 장치(146,150)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.
8. 제1항에 있어서, 케스크 베이스 요소(38)가 그의 외측으로부터 내부로 뻗어있는 공동(294)을 가지고 있는 것과, 제5개스통로(298)가 캐스크요소(38)의 내측과 공동(294) 사이에 뻗어있으며, 제6개스통로(296)가 캐스크베이스 요소(38)의 외측과 공동(294)사이에 뻗어있는 것과, 압력측정장치(306)가 제5개스통로(298)를 통해 개스압력을 감지하고 제6개스통로(296)를 통해 압력 측정장치(306)의 재보정용 개스를 수용하기 위해 공동(294)내에 설치되어 있는 것과, 상기 공동(294)를 밀봉하기 위한 장치(312,314,324,326)와 제6개스통로(296)를 밀봉하기 위한 장치(336,338)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐쇄 시스템.

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