WO2020091221A1 - 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 - Google Patents

전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 Download PDF

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WO2020091221A1
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canister
unit
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spent fuel
resistance
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김승현
김민석
이상환
신창민
이정환
김형진
이상진
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한국원자력환경공단
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    • G21F5/008—Containers for fuel elements

Definitions

  • the present invention relates to a method for preventing corrosion of a spent fuel canister using an electric method and its application method.
  • Nuclear waste such as high-level radioactive waste and spent fuel, inevitably generated from nuclear power generation and industry, must be safely isolated from the ecosystem for a long time.
  • One of the engineering barriers for this is the canister, which can usually be made of a single or alloy material. France, the United Kingdom, and Japan are considering making high-level waste into a glass solidified material and putting it in another container, and packaging it in another container. Canada, Germany, Finland, Sweden, etc. put the spent fuel directly into the container. We are considering packaging. In the U.S., each disposal container is envisioned for two types: glass solids and spent fuel.
  • the disposal container in order to safely sequester the nuclear waste contained in the disposal container from the ecosystem for a long period of time, it is necessary to fundamentally prevent corrosion of the disposal container.
  • the disposal container is a metal material
  • the metal is resistant to external shock and has excellent structural stability, but is disadvantageous in corrosion due to oxidation reaction. Accordingly, the disposal container of the metal material buried underground having a high oxidizing environment has a fatal problem in that it cannot safely isolate spent fuel from the ecosystem.
  • An object of the present invention is to provide a method for preventing corrosion of a spent fuel canister and an application method thereof, which can be operated semi-permanently without missing the timing of replacement of magnesium by predicting when a problem may occur.
  • the specific object of the present invention is to prevent the corrosion of metal material canisters by oxidizing in consideration of various environmental variables that can cause corrosion, and to secure the structural stability of the canisters to prevent corrosion of used fuel canisters that can be operated semi-permanently. It is to provide a method and its application method.
  • Another specific object of the present invention can be operated by minimizing the amount of magnesium used to prevent oxidation of the spent fuel canister, and nevertheless, it can be used semi-permanently by preventing the problem of corrosion due to oxidation of the metal material canister. It is to provide a method for preventing corrosion of a spent fuel canister and an application method thereof.
  • Another specific object of the present invention is based on data obtained from a spent fuel canister installed in an existing location, and in the operation of a spent fuel canister installed in a new location, the metal material canister is minimized while minimizing the content of magnesium used. It is to provide a method and system for preventing corrosion of a spent fuel canister that can be semi-permanently operated by preventing oxidation and corrosion problems.
  • Another specific object of the present invention is to provide a method and system for preventing corrosion of a spent fuel canister capable of operating a large-scale system including a plurality of canisters.
  • the spent fuel is stored therein, nuclear fuel storage comprising a unit canister of a metal material containing at least one selected from copper and iron part; And it is connected to the canister, a sacrificial anode portion comprising a magnesium metal; characterized in that to prevent corrosion of the unit canister.
  • the unit canister comprises: an external protective canister of copper metal material; And an inner canister of an iron metal material that is located inside the outer protective canister and includes a spent fuel receiving space.
  • the thickness of the external protective canister may be 5 mm or more.
  • Corrosion prevention method of the spent fuel canister from the external server unit to accumulate and store any one or more values selected from the resistance value, humidity value, temperature value and pH value of the unit canister to database From the stored values, a prediction step of predicting a required magnesium content of the unit canister, a replacement time of the magnesium in the unit canister, or a corrosion prevention period of the unit canister may be further included.
  • the nuclear fuel storage unit may be buried underground.
  • the sacrificial anode part may be located in a place spaced apart from the unit canister or an adjacent place, which is a place where magnesium metal can be replaced.
  • the metal oxidation amount monitoring step of measuring the consumption of magnesium metal in the sacrificial anode portion; And a replacement time estimating step of predicting a replacement time of the magnesium metal based on the information obtained from the metal oxidation amount monitoring step.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to an embodiment of the present invention may further include a replacement time calculation step of predicting a replacement time of magnesium metal based on the information obtained from the replacement step calculation step and the prediction step. .
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to an example of the present invention may further include a step of replacing the magnesium metal based on information about the replacement timing of the magnesium metal obtained from the replacement timing calculation step.
  • the value stored in the external server unit may include a resistance value, and electricity applied to the unit canister from a change in the resistance value It may further include a check step for checking whether the method is in error.
  • a resistance measurement unit for measuring the resistance value of the unit canister; And a resistance receiving unit that receives a resistance value from the resistance measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a resistance value from the resistance receiving unit.
  • a humidity measuring unit for measuring the humidity value of the unit canister; And a humidity receiving unit that receives the humidity value in real time from the humidity measuring unit, and the external server unit may receive the humidity value from the humidity receiving unit.
  • Corrosion prevention method of the spent fuel canister a temperature measuring unit for measuring the temperature value of the unit canister; And a temperature receiving unit receiving the temperature value from the temperature measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a temperature value from the temperature receiving unit.
  • a pH measuring unit for measuring the pH value of the unit canister; And a pH receiving unit that receives the pH value from the pH measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a pH value from the pH receiving unit.
  • a method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to an example of the present invention may prevent corrosion of the unit canister by including a power supply unit that applies a voltage with an applied voltage value to the unit canister.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister increases the applied voltage value when the resistance value of the unit canister exceeds a resistance setting value, and when the resistance value is less than the resistance setting value
  • a voltage controller to perform a first logic operation to decrease the applied voltage value may be further included.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister receives information from the voltage control unit and stores an average voltage value obtained by statistically calculating from each applied voltage value applied to the unit canisters.
  • a server unit may be included, and the external server unit controls the voltage control unit such that the average voltage value is applied to the applied voltage value applied to the installed unit canister or the unit canister installed in a new location, but the rate of increase of the resistance value of the unit canister
  • the second control unit controls the voltage control unit to stop the first logic operation when the set resistance increase rate value is less than or equal to, and controls the voltage control unit to perform the first logic operation again when the increase rate of the resistance value exceeds the set resistance increase rate value. You can perform logical operations.
  • the nuclear fuel storage unit may include a plurality of the unit canisters.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to the present invention and its application method have an effect capable of operating semi-permanently without missing the replacement timing of magnesium by predicting when a problem may occur.
  • a method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to the present invention and an application method thereof prevents a problem in which a metal material canister is oxidized and corrodes in consideration of various environmental variables that may cause corrosion, and improves the structural stability of the canister. It has the effect of securing and operating semi-permanently.
  • the method for preventing corrosion of the spent fuel canister according to the present invention and its application method can be operated by minimizing the content of magnesium used to prevent the oxidation of the spent fuel canister, and nevertheless, the metal material canister is oxidized and corroded By preventing the problem, it is possible to operate semi-permanently.
  • the method for preventing corrosion of the spent fuel canister according to the present invention and its application method are magnesium used in the operation of the spent fuel canister installed in a new location, based on data obtained from the spent fuel canister installed in an existing location.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to the present invention and its application method have an effect capable of operating a large-scale system including a plurality of canisters.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister and an application method thereof according to an example of the present invention can be operated with a required minimum content of the sacrificial anode part metal, and even if it is installed in a new place and there is insufficient data for the place,
  • the corrosion protection system does not work in multiple unit canisters
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister and an application method thereof do not apply a constant voltage, but prevents corrosion by applying a voltage only to a unit canister where a problem that the sacrificial anode method is not properly applied While maintaining a constant, there is an effect that can minimize the energy required to apply the voltage.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister can calculate a suitable magnesium metal use content of a number of canisters installed in a new place through measurement values for humidity, temperature, and pH. , It has the effect of accurately predicting the corrosion prevention period and the timing of magnesium replacement.
  • FIG. 1 is a view showing a canister according to the present invention.
  • FIG. 3 shows a method for preventing corrosion of a spent fuel canister according to the present invention, and shows a method of preventing corrosion through prediction of a required magnesium content for each location, prediction of a magnesium replacement time for each location, and prediction of a corrosion prevention period for each location.
  • FIG. 2 and 4 conceptually illustrate a structure in which a plurality of unit canisters according to the present invention are connected.
  • 5 to 7 are views illustrating a concept of preventing corrosion of a spent fuel canister through a first logic operation and / or a second logic operation according to the present invention.
  • the spent fuel is stored therein, and the unit canister of a metal material containing any one or more selected from copper and iron Nuclear fuel storage unit comprising a; And it is connected to the canister, a sacrificial anode portion comprising a magnesium metal; characterized in that to prevent corrosion of the unit canister.
  • the metal material may further include non-metal elements such as carbon and nitrogen.
  • the nuclear fuel storage unit includes a unit canister,
  • the unit canister is an external protective canister of a first metal material; And an inner canister of a second metal material, which is located inside the outer protective canister, and includes a spent fuel receiving space.
  • the first metal material may include copper
  • the second metal material may include iron.
  • the canister made of iron has excellent mechanical properties, so it is strong in impact and has excellent structural stability, but can be more vulnerable to corrosion problems due to oxidation, and the canister made of copper may be relatively less susceptible to corrosion problems due to oxidation. . Therefore, the iron canister with excellent structural stability is located inside the copper canister, which is less susceptible to corrosion, so that the canister of the iron material is not directly exposed to the external oxidizing environment to further improve the structural stability and prevent corrosion by oxidation. It can be further suppressed.
  • the canister may include an external protective canister of copper metal material; And it is located inside the outer protective canister, the inner canister of an iron metal material including a spent fuel receiving space; may include.
  • the present invention is not limited to this.
  • the thickness of the external protective canister may be as long as the required structural stability can be secured, and may be, for example, 5 mm or more, specifically 5 to 50 mm, and more specifically 5 to 20 mm. However, this is only described as a specific example, of course, the present invention is not limited to this.
  • the spent fuel receiving space is a space in which spent fuel is accommodated, and may have various structures capable of receiving spent fuel, for example, may be partitioned into partitions to accommodate one or more or more spent fuel. have.
  • the size and shape of the partition and the partitioned space are not limited since they may be properly adjusted by a person skilled in the art.
  • the external protective canister may include an external opening / closing portion to allow the spent fuel to be received and sealed therein.
  • spent fuel is charged into the inner space of the inner canister, and the inner opening and closing portion is coupled to the inner canister to be completely sealed.
  • the inner canister is accommodated in the inner space of the outer protective canister, and the outer opening and closing portion is completely sealed by being coupled to the outer protective canister.
  • the double sealed canister can be buried in places such as underground or caves, and spent fuel can be substantially blocked from the ecosystem.
  • the bonding may be made by using various sealing means to prevent gas such as water, water vapor, oxygen, etc. from flowing into the canister, and a preferred example is a welding means.
  • the canister is a place that is easy to block from ecosystems such as submarine tunnels, underground, caves, natural satellites, planets other than Earth, asteroids, comets, stars, giant meteorites, etc. In addition, it can be located (buried), and various other places that can be isolated from the ecosystem can be selected. In addition, there are various known transportation methods for positioning the canister. As a preferred example, the canister may be buried underground. There are various known transportation and burial methods for positioning the canister.
  • the sacrificial anode portion may be located at a place spaced apart from the canister or an adjacent place, specifically, may be located above or below the ground, preferably, a place where magnesium metal is easily replaced, for example, the unit
  • the buried underground can be a place that is easily accessible from the outside, away from the canister because it is difficult to enter and exit the material.
  • the exchange of magnesium metal may be easy.
  • the magnesium metal may be used at a maximum amount of use that does not substantially require replacement of the magnesium metal, and the maximum amount may be calculated by the required magnesium content of the unit canister calculated from the prediction step described later.
  • the nuclear fuel storage unit includes a unit canister, and the unit canisters may be present in plural.
  • the plurality of unit canisters may be located at one location or may be located at different locations.
  • the sacrificial anode portion connected to the unit canister may include a plurality of unit sacrificial anode portions, and the plurality of sacrificial anode portions may be located at one location and may be located at another location.
  • the unit canister may be connected to the sacrificial anode portion in various ways, and preferably, may be connected to the sacrificial anode portion in parallel with each other as shown in FIG. 2.
  • the connection may be made through a variety of materials through which electricity can flow, and for example, it may be connected by wire through a conductor such as copper or iron.
  • the canister and the sacrificial anode may be connected by a single conductor.
  • the canister and the sacrificial anode portion may be connected by two or more conductors such as double conductors. In this case, two or more conductors may be connected in parallel.
  • the sacrificial anode part is not particularly limited as it can be used as long as the magnesium metal is a means for supplying electrons to the canister, but it is preferable that the space in which the magnesium metal is located is a space from which substances that take electrons other than the canister are excluded.
  • the space in which the magnesium metal is located is a space from which substances that take electrons other than the canister are excluded.
  • an enclosed space in which oxidizing agents such as O 2 , O 3 , and H 2 O can be excluded may be preferable, and as a means for this, the sacrificial anode portion is charged with magnesium metal in a closed container in which the oxidizing agent is excluded. It may have been done. At this time, the magnesium metal may be connected to the canister with a conducting wire.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister using the electric method according to the present invention As described above, in the corrosion prevention method of the spent fuel canister using the electric method according to the present invention, as the sacrificial anode method is used, as long as magnesium metal can continuously supply electrons to the metal material of the canister, the canister Electrons are continuously supplied to the metal material to maintain the reduced state. Therefore, even if the surrounding environment of the canister has a high oxidation atmosphere, corrosion due to oxidation of the metal can be minimized.
  • the present invention it is possible to implement the effect of preventing corrosion, while preventing the oxidation and corrosion of the canister during the required period, and to prepare for the problem of oxidation of the canister in advance, semi-permanent to replace the magnesium metal at the appropriate time.
  • Corrosion of the metal material of the canister varies greatly depending on the surrounding environment. Specifically, the oxidation of the metal material is greatly affected by the surrounding environment such as humidity, temperature, and pH. That is, when the metal material of the canister is oxidized and corroded, the electrical resistance of the metal material increases, and the oxidation rate of the metal material increases or decreases according to the surrounding environment. However, it is practically impossible to fundamentally exclude such an oxidizing environment, and it is also difficult to control oxidizing factors such as a humidity value, a temperature value, and a pH value.
  • the sacrificial anode portion may be far away from the canister, there is a problem that the amount of electrons per unit time supplied to the canister is reduced from the theoretical value by the resistance of the conductor.
  • the conductors connecting the sacrificial anode and the canister may deteriorate over time and lead to disconnection, so the problem can be accelerated over time.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister using the electric method according to the present invention may further include a prediction step of predicting a required magnesium content of the unit canister, a magnesium replacement time of the unit canister, or a corrosion prevention period of the unit canister from values stored from an external server unit that accumulates and stores the database.
  • a method for preventing corrosion of a spent fuel canister using an electric method according to the present invention may reduce the consumption of magnesium metal in the sacrificial anode part. Monitoring the amount of metal oxidation to be measured; And a replacement time estimating step of predicting a replacement time of the magnesium metal based on the information obtained from the metal oxidation amount monitoring step.
  • the method may further include a replacement time calculation step for predicting the replacement time of the magnesium metal based on the information obtained from the replacement time calculation step and the prediction step.
  • a value stored in an external server unit may include a resistance value, and is applied to a unit canister from a change in the resistance value. It may further include an inspection step for checking whether the electrical method is in error. Since the surrounding environment of the canister affects the degree of corrosion of the canister metal material, the resistance value of the canister metal material may increase as oxidation of the metal material progresses. Therefore, the resistance value of the unit canister metal material is measured and acquired in real time, and the degree of oxidation and corrosion of the actual canister is monitored based on the resistance value, thereby preventing the acceleration of corrosion due to variables that may occur later. It has an effect.
  • a method for preventing corrosion of the semi-permanent spent fuel canister by establishing countermeasures in a timely manner by discovering a fatal problem such as a disconnection between the unit canister and the sacrificial anode.
  • a fatal problem such as a disconnection of a portion connecting the unit canister and the power supply unit can also be found in time. Anti-corrosion effect is realized.
  • the external server unit can accumulate and database various environmental information such as a resistance value of a canister metal material measured in real time, a humidity value, a temperature value, and a pH value, and thus use this information
  • various environmental information such as a resistance value of a canister metal material measured in real time, a humidity value, a temperature value, and a pH value
  • the required magnesium content of the unit canister, the replacement time of the magnesium in the unit canister, or the corrosion prevention period of the unit canister can be accurately calculated and predicted.
  • the degree of corrosion of the unit canister in each place can be quantitatively monitored, it is possible to accurately predict the replacement period and the corrosion prevention period of magnesium metal.
  • the method includes: a resistance measurement unit for measuring a resistance value of the unit canister; And a resistance receiving unit that receives a resistance value from the resistance measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a resistance value from the resistance receiving unit.
  • the resistance measurement unit may be used as long as it can measure the resistance of the metal material of the external protection canister, which may be referred to a known document, and is not limited.
  • the resistance receiver may be provided adjacent to the unit canister, or may be provided apart from other places, such as the ground, where the resistance receiver may be connected to the resistance measurement unit through a conductor or the like.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister can accurately predict the replacement period and the corrosion prevention period of the magnesium metal through measurement of the resistance value, as well as the temperature of the canister, By measuring environmental variables such as ambient humidity and ambient pH, environmental information such as resistance values, temperature values, humidity values, and pH values can be acquired in real time. Through this, statistical calculations can be made based on various environmental information to more accurately predict the corrosion prevention period and replacement period of magnesium metal for each unit canister located in different locations.
  • a humidity measuring unit for measuring the humidity value of the unit canister; And a humidity receiving unit that receives the humidity value in real time from the humidity measuring unit, and the external server unit may receive the humidity value from the humidity receiving unit.
  • Humidity is a very effective factor for accelerating the oxidation of the metal material, and since the oxidation of the metal material occurs rapidly above a certain humidity, the resistance value of the metal material may change significantly with a change in humidity. Therefore, it is possible to more accurately predict the corrosion prevention period of each unit canister located in different places and the replacement time of magnesium metal through statistical calculation based on environmental information including humidity along with the resistance value.
  • Corrosion prevention method of the spent fuel canister a temperature measuring unit for measuring the temperature value of the unit canister; And a temperature receiving unit that receives a temperature value from the temperature measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a temperature value from the temperature receiving unit.
  • Temperature is an effective factor for accelerating the oxidation of the metal material, and as the temperature increases, the water vapor pressure increases, so that the contact time and the amount of contact between the metal material and H 2 O increase, causing faster oxidation of the metal material. Therefore, the resistance value of the metal material may be greatly changed according to a change in temperature. Therefore, it is possible to more accurately predict the corrosion prevention period of each unit canister located in different places and the replacement time of magnesium metal through statistical calculation based on environmental information including temperature along with the resistance value.
  • a pH measuring unit for measuring the pH value of the unit canister; And a pH receiving unit that receives the pH value from the pH measuring unit in real time.
  • the external server unit may receive a pH value from the pH receiving unit. pH is also an effective factor influencing the oxidation of the metal material, and the oxidation of the metal material may be accelerated or decelerated depending on the interval of the ambient pH. Therefore, the resistance value of the metal material may change according to a change in the ambient pH. Therefore, it is possible to more accurately predict the corrosion prevention period of each unit canister located in different places and the replacement time of magnesium metal through statistical calculation based on environmental information including the ambient pH along with the resistance value.
  • the pH refers to the pH of the surroundings including liquid, solid, or gas present outside the canister. When the canister is buried underground, it may mean the pH of the underground soil in contact with the outer surface of the canister.
  • the external server unit may accumulate and store resistance values, humidity values, temperature values, and pH values, and may database them. Specifically, each value may be accumulated and stored for each hour to be databased.
  • the location of the external server unit is not greatly limited, but may preferably be located at a location away from the canister, specifically on the ground.
  • the present invention also provides a method of installing a spent fuel canister at a new location and operating at a minimum cost.
  • Method for installing the spent fuel canister in a new place may include the step of predicting the minimum use content of, the step of installing the sacrificial anode by applying the minimum use content of the magnesium metal and the canister.
  • the step of installing the spent fuel canister may be a step of embedding the spent fuel canister underground.
  • nuclear fuel storage units including unit canisters can be safely and efficiently and semi-permanently isolated from the ecosystem without corrosion through deep learning where these data are accumulated.
  • the method for preventing corrosion of a spent fuel canister using an electric method according to the present invention further comprises a power supply unit that applies a voltage with an applied voltage value to the unit canister to further prevent corrosion of the unit canister It is possible to provide a more stable semi-permanent method.
  • the external current method (Impressed current methode) is applied together with the sacrificial anode method, electrons are continuously supplied to the metal material through the application of a voltage, thereby maintaining a reduced state more stably, and thus surrounding the canister Even if the environment has a high oxidation atmosphere, corrosion due to oxidation of metal can be effectively prevented.
  • the power supply unit may be located at a location spaced apart from the canister, and the location is not particularly limited as long as the power supply unit can use electric energy, but may be preferably ground. Also, the power supply unit may include a plurality of unit power supply units connected to each unit canister, and the plurality of unit power supply units may be located in one place and may be located in different locations.
  • the unit canister can be connected to the power supply in a variety of ways, as shown in Figure 4, it may be preferable to be connected to each other in parallel to the power supply.
  • a plurality of unit canisters connected to the unit power supply may be connected in parallel to each other with respect to the unit power supply.
  • the connection may be made through a variety of materials through which electricity can flow, and for example, it may be connected by wire through a conductor such as copper or iron.
  • the canister and the power supply unit may be connected by a single conductor, and in order to minimize the probability of disconnection of the voltage application due to disconnection due to external shock or weather resistance deterioration, the canister and the power supply unit may be connected by two or more conductors such as double conductors. . At this time, the connection through the double conductors may be two or more conductors connected in parallel.
  • the power supply unit may be interpreted as including a direct current supply unit, but any other means that can supply electrons to the canister can be used, so it is not limited.
  • specific values such as voltage and current applied from the power supply unit can be varied by various variables such as the surrounding environment of the canister and the type of metal material of the canister. Since it can be adjusted properly, the absolute numerical value is not particularly limited.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister according to the second aspect has an effect of fundamentally preventing corrosion due to oxidation of metal, as the external power source method is applied.
  • the voltage above the required minimum that the metal material of the canister is not oxidized is continuously applied from the power supply unit, a companion synergy effect by the external power supply method is realized. That is, it should be assumed that a voltage sufficiently exceeding the required minimum voltage is supplied to the canister, but in reality, a serious problem of energy consumption may occur because a voltage exceeding the required minimum voltage must be continuously supplied.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister according to the second aspect changes in real time by controlling a voltage applied to an actual canister based on information such as a resistance value obtained from the external server unit.
  • the required minimum voltage which varies depending on the surrounding environment, can be continuously reflected in the canister.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister according to the second aspect increases the applied voltage value when the resistance value of the unit canister exceeds a resistance setting value, and the resistance value When the resistance is less than the set value, a voltage controller performing a first logic operation to decrease the applied voltage value may be further included.
  • the voltage applied to the canister may be variable through the voltage control unit.
  • the resistance value of the canister metal material may increase as oxidation of the metal material progresses.
  • the required minimum resistance value that does not cause oxidation may change as the surrounding environment of the canister changes. Therefore, the resistance value of the canister metal material that can be changed in real time is measured in real time, and based on this, the power consumption supplied to the canister through the comparison logic operation of the selected resistance setting value and the resistance value, the minimum power consumption that does not corrode There is an effect that can be kept close to.
  • the voltage control unit may be used as long as it is a device capable of logical operation, and this is not limited since it may be referred to a known document.
  • the resistance value may be a value corrected by values for the surrounding environment such as humidity, temperature, pH, etc. of the external server unit. Since the minimum power consumption of each unit canister is different depending on the surrounding environment, the minimum corrosion-free power consumption of unit canisters of different locations may be different even if they have the same unit canister specifications. Accordingly, it is needless to say that the first logic operation may be performed by comparing the resistance setting value with values corrected according to the surrounding environment in the measured resistance values of each unit canister.
  • a statistically calculated value may be reflected through environmental information such as a resistance value, a temperature value, a humidity value, and a pH value.
  • environmental information such as a resistance value, a temperature value, a humidity value, and a pH value.
  • the voltage control unit may apply the corrected resistance setting value by reflecting the humidity value to the resistance setting value.
  • the humidity setting value may mean a minimum value that can substantially affect corrosion prevention by causing oxidation greatly, which is a value that can be calculated through a database including the surrounding environment, voltage application value, resistance value, etc.
  • Humidity is a very effective factor for accelerating the oxidation of the metal material, and since the oxidation of the metal material occurs rapidly above a certain humidity, the resistance value of the metal material may change significantly with a change in humidity. Therefore, when calculating the resistance setting value based on environmental information including humidity, there is an effect that the system can be operated with a voltage closer to the required minimum resistance value that does not cause corrosion of the metal material.
  • the voltage control unit may apply the corrected resistance setting value by reflecting the temperature value in the resistance setting value.
  • the temperature setting value may mean a minimum value that can substantially affect corrosion prevention by significantly inducing oxidation, which is a value that can be calculated through a database including ambient environment, voltage application value, resistance value, etc.
  • Temperature is an effective factor for accelerating the oxidation of a metal material, and as the temperature increases, the water vapor pressure increases, so the contact time and the amount of contact between the metal material and H2O increase and cause faster oxidation of the metal material.
  • the resistance value of the material may change. Therefore, when calculating the resistance setting value based on environmental information including temperature, there is an effect that the system can be operated with a voltage closer to the required minimum resistance value that does not cause corrosion of the metal material.
  • the voltage controller may apply the corrected resistance setting value by reflecting the pH value to the resistance setting value.
  • the pH setting value may mean a minimum value that can substantially affect corrosion prevention by causing oxidation greatly, which is a value that can be calculated through a database including the surrounding environment, voltage application value, resistance value, etc.
  • pH is also an effective factor influencing the oxidation of the metal material, and since the oxidation of the metal material may be accelerated or decelerated depending on the section of the ambient pH, the resistance value of the metal material may change according to a change in the ambient pH.
  • the pH refers to the pH of the surroundings including liquid, solid, or gas present outside the canister.
  • the canister When the canister is buried underground, it may mean the pH of the underground soil in contact with the outer surface of the canister.
  • the resistance setting value may be set based on environmental information such as a humidity value, a temperature value, a pH value, and data obtained by statistically calculating a change in the resistance value.
  • the resistance setting value may be a value exceeding 0, and may be set as an appropriate range that does not cause corrosion by oxidation of the canister.
  • the external server unit may receive one or more environmental information selected from a resistance value, a humidity value, a temperature value, and a pH value from the voltage control unit and / or an applied voltage value from the unit canisters. At this time, the external server unit may store and store each value in a database, and statistically calculate the stored values to control the voltage control unit.
  • the external server unit receives the respective values from the respective voltage control units of a plurality of unit canisters located at different places, and the average voltage value obtained by statistically calculating the applied voltage values of the unit voltage control units at each location is Stored, the voltage control unit may be controlled to apply the average voltage value to the initial applied voltage value of the installed unit canister or the newly installed unit canister.
  • the external server unit may control the voltage control unit to apply the same voltage as the average voltage value to a new unit canister at a specific time, through the average voltage value that has already been databaseized and calculated. Therefore, since the first logic operation does not need to be calculated in real time at each voltage control unit for each unit canister, there is an effect suitable for operation of a large-scale system without consuming large energy until a special problem occurs in a specific unit canister.
  • the method for preventing corrosion of the spent fuel canister according to the second aspect is to solve the problem that the first logical operation is not continuously performed, and to make it easier to operate on a large scale, that is, the system with an appropriate required minimum resistance value. While being able to operate continuously, it is also possible to provide a method capable of significantly reducing the energy consumption required for the first logical operation per unit canister.
  • the corrosion prevention method of the spent fuel canister includes an external server unit receiving information from the voltage control unit and storing an average voltage value obtained by statistically calculating from each applied voltage value applied to the unit canisters
  • the external server unit may control the voltage controller so that the average voltage value is applied to the applied voltage value applied to the installed unit canister or the unit canister installed in a new location, but the rate of increase of the resistance value of the unit canister is set.
  • the second logic operation to control the voltage control unit to stop the first logic operation when the resistance increase rate value is less than, and to control the voltage control unit to perform the first logic operation again when the increase rate of the resistance value exceeds the set resistance increase rate value.
  • the set resistance increase rate may be a value exceeding 0, and may be set as an appropriate range that does not cause corrosion by oxidation of the canister.
  • the resistance value of the canister metal material increases beyond a certain error range, that is, it means a situation in which the oxidation of the metal material is caused, which means that the resistance increase rate value has a positive value. have. Therefore, by checking the change in the value of the resistance increase rate of the unit canister metal material, while maintaining the same applied voltage to a plurality of canisters, only a small number of canisters in question can be selectively controlled by an external server.
  • the external server unit does not need to continuously perform the first logical operation in the unit voltage control unit of the unit canister, unless the rate of increase of the resistance value of the unit canister is largely changed.
  • the average voltage value which is the same value, can be applied in a batch. Therefore, it is possible to efficiently operate a large-scale system and to check in real time only when a problem occurs in an external server unit. That is, it is possible to control whether or not the first logic operation of the voltage controller is performed through the second logic operation in the external server unit without continuously performing the first logic operation of each of the voltage controllers. In this way, the second logical operation can be repeated in the external server unit, and the first logical operation can be performed again only for the unit canister where the problem occurs.
  • the second logical operation for the unit canister in which the problem occurs in the external server unit is suspended. Furthermore, if the environment information and voltage values are sufficiently secured and databased from the unit canister where the problem occurs, the first logical operation may be stopped and the second logical operation that has been suspended may be re-executed, and this process is repeatedly performed to include each value. Through deep learning where data is accumulated, the entire canister can be operated more stably, efficiently, and effectively.
  • the method of installing the spent fuel canister in the above-described new location through the above-described second aspect, can be more effectively and efficiently operated without initial construction of the database, and the database of the above location can be more easily constructed in the future. There is.

Abstract

본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있으며, 구체적으로, 부식을 유발할 수 있는 다양한 환경 변수들을 고려하여 금속 소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지하고, 캐니스터의 구조 안정성을 확보하여 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있다.

Description

전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법
본 발명은 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법에 관한 것이다.
원자력 발전 및 산업으로부터 불가피하게 발생되는 고준위 방사성 폐기물, 사용후핵연료 등의 핵폐기물은 생태계로부터 장기간 안전하게 격리되어야 한다. 이를 위한 공학적 방벽들 중의 하나인 처분용기(Canister)는 보통 단일 또는 합금 재질로 만들어 질 수 있다. 프랑스, 영국, 일본 등은 고준위 폐기물을 유리 고화체로 만들어 용기에 넣고 이 용기를 다시 다른 용기에 넣어 포장하는 방식을 고려하고 있으며, 캐나다, 독일, 핀란드, 스웨덴 등은 사용후핵연료를 직접 용기에 넣어 포장하는 방식을 고려하고 있다. 미국의 경우, 유리 고화체와 사용후핵연료 두 가지 유형에 대한 각각의 처분용기를 구상하고 있다. 우리나라의 경우는 사용후핵연료를 심지층에 처분하는 개념을 추구하고 있으며, 예를 들어 500 m 깊이의 심부 결정질 암반 내에 수직 또는 수평으로 처분용기를 거치하고, 그 주변을 압축 벤토나이트로 충전한다.
그러나 상기와 같이 사용후핵연료를 포함한 처분용기를 처분할 지하 500 m 이상의 암반에 건설된 처분동굴에는 지하수에 의한 50 atm 이상의 수압과 처분용기를 보호하기 위하여 채우는 완충재에 의한 팽윤압이 100 atm 이상 존재할 수 있다. 따라서 처분용기는 이와 같은 압력에 견딜 수 있는 구조적인 안정성이 확보되어야 한다. 뿐만 아니라 사용후핵연료 내에 존재하는 방사성 핵종들이 주변 환경으로 누출되는 것을 반영구적으로 억제할 수 있어야 한다.
이에, 지하수와 접촉할 수 있는 다양한 부식 환경에 의한 문제를 방지하고 처분용기의 장기 구조 안정성을 확보하기 위한 다방면의 연구가 필요하다.
구체적으로, 처분용기에 수용된 핵폐기물을 생태계로부터 장기간 안전하게 격리하기 위해서는 처분용기의 부식을 원천적으로 방지해야 한다. 특히 처분용기가 금속소재일 경우, 금속은 외부 충격에 강하고 구조 안정성이 우수한 측면은 있으나 산화 반응에 의한 부식에 취약한 단점이 있다. 이에 따라 높은 산화 환경을 가지는 지하에 매설되는 금속소재의 처분용기는 생태계로부터 사용후핵연료를 안전하게 격리할 수 없는 치명적인 문제가 있다.
이러한 이유로, 핵페기물이 생태계로부터 완전한 격리가 이루어질 수 있도록 금속소재의 처분용기가 산화되어 부식되는 문제의 근본적인 해결책이 필요하다.
본 발명의 목적은 문제가 발생할 수 있는 경우를 미리 예측하여 마그네슘의 교체시기를 놓치지 않고 반영구적으로 운용이 가능한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 구체적 목적은 부식을 유발할 수 있는 다양한 환경 변수들을 고려하여 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지하고, 캐니스터의 구조 안정성을 확보하여 반영구적으로 운용이 가능한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구체적 목적은 사용후핵연료 캐니스터의 산화를 방지하기 위해 사용되는 마그네슘의 사용 함량을 최소화하여 운용 가능하며, 그럼에도 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지하여 반영구적으로 운용이 가능한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구체적 목적은 기존 장소에 설치된 사용후핵연료 캐니스터로부터 얻은 데이터를 바탕으로, 신규 장소에 설치되는 사용후핵연료 캐니스터의 운용에 있어서도, 사용되는 마그네슘의 사용 함량을 최소화하면서 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지함으로써 반영구적으로 운용이 가능한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 구체적 목적은 다수의 캐니스터를 포함하는 대규모 시스템의 운영이 가능한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 사용후핵연료가 내부에 저장되고, 구리 및 철 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 금속소재의 단위 캐니스터를 포함하는 핵연료 저장부; 및 상기 캐니스터와 연결되고, 마그네슘 금속을 포함하는 희생양극부;를 포함하여 단위 캐니스터의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 단위 캐니스터는, 구리 금속소재의 외부 보호 캐니스터; 및 상기 외부 보호 캐니스터의 내부에 위치하고, 사용후핵연료 수용 공간을 포함하는 철 금속소재의 내부 캐니스터;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 외부 보호 캐니스터의 두께는 5 mm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 저항 값, 습도 값, 온도 값 및 pH 값 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 값을 누적 저장하여 데이터베이스화하는 외부 서버부로부터 저장된 값들로부터, 단위 캐니스터의 필요 마그네슘 함량, 단위 캐니스터의 마그네슘 교체 시기 또는 단위 캐니스터의 부식 방지 기간을 예측하는 예측 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 핵연료 저장부는 지하에 매설되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 희생양극부는, 마그네슘 금속의 교체가 가능한 장소인, 상기 단위 캐니스터로부터 이격된 장소 또는 인접한 장소에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 희생양극부의 마그네슘 금속의 소모량을 측정하는 금속 산화량 모니터링 단계; 및 상기 금속 산화량 모니터링 단계로부터 얻은 정보를 바탕으로 마그네슘 금속의 교체시기를 예측하는 교체시기 산정 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 교체시기 산정 단계 및 상기 예측 단계로부터 얻은 정보를 바탕으로 마그네슘 금속의 교체시기를 예측하는 교체시기 산정 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 교체시기 산정 단계로부터 얻은 마그네슘 금속의 교체시기에 대한 정보를 바탕으로 마그네슘 금속을 교체하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 예측 단계에서, 외부 서버부에 저장되는 값은 저항 값을 포함할 수 있으며, 상기 저항 값의 변화로부터 단위 캐니스터에 적용되는 전기방식의 오류 여부를 체크하는 검사 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 저항 값을 측정하는 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부로부터 저항 값을 실시간으로 수신하는 저항 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 저항 수신부로부터 저항 값이 수신될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 습도 값을 측정하는 습도 측정부; 및 상기 습도 측정부로부터 습도 값을 실시간으로 수신하는 습도 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 습도 수신부로부터 습도 값이 수신될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 온도 값을 측정하는 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부로부터 온도 값을 실시간으로 수신하는 온도 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 온도 수신부로부터 온도 값이 수신될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 pH 값을 측정하는 pH 측정부; 및 상기 pH 측정부로부터 pH 값을 실시간으로 수신하는 pH 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 pH 수신부로부터 pH 값이 수신될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터에 인가 전압 값으로 전압을 인가하는 전원 공급부를 포함하여 단위 캐니스터의 부식을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 저항 값이 저항 설정 값을 초과할 경우에 상기 인가 전압 값을 증가시키며, 상기 저항 값이 상기 저항 설정 값 미만일 경우에 상기 인가 전압 값을 감소시키는 제1 논리 연산을 수행하는 전압 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 전압 제어부로부터 정보들을 수신하고, 상기 단위 캐니스터들에 인가되는 각 인가 전압 값으로부터 통계적으로 산출하여 얻은 평균 전압 값이 저장되는 외부 서버부를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는, 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 장소에 설치되는 단위 캐니스터에 인가되는 인가 전압 값이 상기 평균 전압 값이 적용되도록 전압 제어부를 제어하되, 단위 캐니스터의 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값 이하일 경우에 제1 논리 연산을 중지하도록 전압 제어부를 제어하며, 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값을 초과할 경우에 제1 논리 연산을 재수행하도록 전압 제어부를 제어하는 제2 논리 연산을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 핵연료 저장부는 상기 단위 캐니스터를 복수로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 문제가 발생할 수 있는 경우를 미리 예측하여 마그네슘의 교체시기를 놓치지 않고 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 부식을 유발할 수 있는 다양한 환경 변수들을 고려하여 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지하고, 캐니스터의 구조 안정성을 확보하여 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 사용후핵연료 캐니스터의 산화를 방지하기 위해 사용되는 마그네슘의 사용 함량을 최소화하여 운용 가능하며, 그럼에도 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지하여 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있다.
아울러 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 기존 장소에 설치된 사용후핵연료 캐니스터로부터 얻은 데이터를 바탕으로, 신규 장소에 설치되는 사용후핵연료 캐니스터의 운용에 있어서도, 사용되는 마그네슘의 사용 함량을 최소화하면서 금속소재의 캐니스터가 산화되어 부식되는 문제를 방지함으로써 반영구적으로 운용이 가능한 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 다수의 캐니스터를 포함하는 대규모 시스템의 운영이 가능한 효과가 있다.
본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
따라서 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 희생양극부 금속의 필요 최소 함량으로 운용이 가능한 것은 물론, 신규 장소에 설치되어 해당 장소에 대한 데이터가 부족하더라도, 희생양극부 금속을 교체하여 서로 다른 장소의 다수의 캐니스터에 있어서도 반영구적으로 운용 가능한 효과가 있으며, 다수의 단위 캐니스터와 연결된 상위 배선에 문제가 발생하더라도 다수의 단위 캐니스터에 부식 방지 시스템이 작동하지 않는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 상시 전압을 인가하는 것이 아닌, 희생양극법이 제대로 적용되지 않는 문제가 발생한 단위 캐니스터에만 전압을 인가함으로써, 부식 방지를 지속적으로 유지하면서도, 전압 인가에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법 및 이의 응용 방법은 습도, 온도, pH에 대한 측정 값을 통해 신규 장소에 설치되는 다수의 캐니스터의 적합한 마그네슘 금속 사용 함량을 계산할 수 있고, 부식 방지 기간 및 마그네슘 교체시기를 정밀하게 예측할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 캐니스터를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법을 나타낸 것으로서, 장소별 필요 마그네슘 함량 예측, 장소별 마그네슘 교체 시기 예측 및 장소별 부식 방지 기간 예측을 통해 부식을 방지하는 방법을 나타낸 것이다.
도 2 및 도 4는 본 발명에 따른 다수의 단위 캐니스터들이 연결된 구조를 개념화하여 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른, 제1 논리 연산 및/또는 제2 논리 연산을 통해 사용후핵연료 캐니스터의 부식을 방지하는 개념을 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.
본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 제1 양태로서, 사용후핵연료가 내부에 저장되고, 구리 및 철 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 금속소재의 단위 캐니스터를 포함하는 핵연료 저장부; 및 상기 캐니스터와 연결되고, 마그네슘 금속을 포함하는 희생양극부;를 포함하여 단위 캐니스터의 부식을 방지하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 희생양극법(Sacrificial anode method)이 이용됨에 따라, 마그네슘 금속으로부터 금속소재에 전자가 지속적으로 공급되어 상기 금속소재의 단위 캐니스터의 환원 상태를 유지한다. 따라서 단위 캐니스터의 주변 환경이 높은 산화 분위기를 가지더라도 금속소재의 산화에 의한 부식을 최소화할 수 있다. 이때 상기 금속소재는 탄소, 질소 등의 비금속 원소를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
상기 핵연료 저장부는 단위 캐니스터를 포함하는 것으로서,
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 단위 캐니스터는 제1 금속소재의 외부 보호 캐니스터; 및 상기 외부 보호 캐니스터의 내부에 위치하되, 사용후핵연료 수용 공간을 포함하는 제2 금속소재의 내부 캐니스터;를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 금속소재는 구리를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 제2 금속소재는 철을 포함하는 것일 수 있다. 철 소재의 캐니스터는 기계적 물성이 우수하여 충격에 강하고 구조 안정성이 우수하나 상대적으로 산화에 의한 부식 문제에 더 취약할 수 있으며, 구리 소재의 캐니스터는 상대적으로 산화에 의한 부식 문제에 덜 취약할 수 있다. 따라서 부식에 덜 취약한 구리 소재의 캐니스터 내부에 구조 안정성이 우수한 철 소재의 캐니스터가 위치함으로써, 철 소재의 캐니스터가 외부의 산화 환경에 직접적으로 노출되지 않도록 하여 구조 안정성을 더 향상시키고 산화에 의한 부식을 더 억제할 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 캐니스터는, 구리 금속소재의 외부 보호 캐니스터; 및 상기 외부 보호 캐니스터의 내부에 위치하되, 사용후핵연료 수용 공간을 포함하는 철 금속소재의 내부 캐니스터;를 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 외부 보호 캐니스터의 두께는 요구되는 구조 안정성이 확보될 수 있을 정도 이상이면 무방하며, 일 예로 5 mm 이상, 구체적으로 5 내지 50 mm, 보다 구체적으로 5 내지 20 mm일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
상기 사용후핵연료 수용 공간은 사용후핵연료가 수용되는 공간으로, 사용후핵연료가 수용될 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예컨대 하나 이상 또는 다수의 사용후핵연료가 수용될 수 있도록 격벽으로 구획될 수 있다. 이때 격벽 및 구획된 공간의 크기, 형태 등은 통상의 기술자에 의해 적절히 조절되어도 무방하므로 제한되지 않는다.
상기 외부 보호 캐니스터는 사용후핵연료가 내부에 수용되어 밀폐되도록 하는 외부 개폐부를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 사용후핵연료가 내부 캐니스터의 내부 공간에 장입되고 내부 개폐부가 상기 내부 캐니스터에 결합되어 완전 밀폐된다. 또한 내부 캐니스터가 외부 보호 캐니스터의 내부 공간에 수용되고 외부 개폐부가 상기 외부 보호 캐니스터에 결합되어 완전 밀폐된다. 이렇게 이중으로 밀폐된 캐니스터는 지하 또는 동굴 등의 장소에 매설되어 사용후핵연료가 생태계로부터 실질적으로 차단될 수 있다. 이때 결합은 물 등의 액체, 수증기, 산소 등의 기체가 캐니스터의 내부로 유입될 수 없도록 하는 다양한 밀봉 수단이 사용되어 이루어질 수 있으며, 바람직한 일 예로, 용접 수단을 들 수 있다.
상기 핵연료 저장부, 즉 단위 캐니스터의 위치에 대한 구체적인 일 예로, 상기 캐니스터는 해저 터널, 지하, 동굴, 자연 위성, 지구 외의 행성, 소행성, 혜성, 항성, 거대 운석 등의 생태계로부터 차단이 용이한 장소에 위치(매설)될 수 있으며, 이 외에도 생태계로부터 격리될 수 있는 다양한 장소가 선택되어도 무방하므로 제한되지 않는다. 또한 캐니스터를 위치시키는 방법은 공지된 다양한 운송 방법이 있으므로 이를 참고하면 된다. 바람직한 일 예로, 캐니스터는 지하에 매설되는 것일 수 있다. 캐니스터를 위치시키는 방법은 공지된 다양한 운송, 매설 방법 등이 있으므로 이를 참고하면 된다.
희생양극부를 이용한 캐니스터의 산화 방지 효과는 희생양극부의 마그네슘 금속의 산화가 많이 진행되어 전자 제공 능력을 잃거나 감소될 경우 구현되지 않으므로, 일정 시간 이후 마그네슘 금속을 교환해야 한다. 따라서 상기 희생양극부는, 상기 캐니스터로부터 이격된 장소 또는 인접한 장소에 위치할 수 있으며, 구체적으로 지상 또는 지하에 위치할 수 있으며, 바람직하게는, 마그네슘 금속의 교체가 용이한 장소, 예를 들어 상기 단위 캐니스터가 지하에 매설되었을 경우, 매립된 지하는 외부로부터 단절되어 물자의 출입이 어렵기 때문에 캐니스터로부터 떨어진, 외부와의 출입이 용이한 장소일 수 있다. 바람적한 일 예로, 희생양극부가 지상에 위치할 경우, 마그네슘 금속의 교환이 용이할 수 있다. 비제한적인 일 예로, 희생양극부가 캐니스터와 함께 지하에 인접하여 위치할 경우, 인간침입(human intrusion)에 의한 문제 발생 가능성을 원천 봉쇄할 수 있다. 이 경우, 마그네슘 금속의 교체가 실질적으로 요구되지 않을 정도의 최대 사용량으로 마그네슘 금속이 사용될 수 있으며, 상기 최대 사용량은 후술하는 예측 단계로부터 계산된 단위 캐니스터의 필요 마그네슘 함량에 의해 계산될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 핵연료 저장부는 단위 캐니스터를 포함하며, 상기 단위 캐니스터는 다수로 존재할 수 있다. 이러한 다수의 단위 캐니스터는 한 장소에 위치될 수 있고, 서로 다른 장소에 위치될 수도 있다. 마찬가지로, 상기 단위 캐니스터에 연결되는 희생양극부도 다수의 단위 희생양극부를 포함할 수 있으며, 이러한 다수의 희생양극부는 한 장소에 위치될 수 있고, 다른 장소에 위치될 수 있다.
상기 단위 캐니스터는 다양한 방법으로 희생양극부에 연결될 수 있으며, 바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 병렬로 연결되어 상기 희생양극부에 연결될 수 있다. 상기 연결은 전기가 흐를 수 있는 다양한 소재를 통해 이루어질 수 있으며, 일 예로 구리, 철 등의 도선을 통해 유선으로 연결될 수 있다. 또한 캐니스터와 희생양극부는 하나의 도선으로 연결될 수 있다. 또한 외부 충격, 내후성 저하 등에 따른 단선에 의한 전자 공급 단절의 확률을 최소화하기 위해, 캐니스터와 희생양극부는 이중 도선 등의 둘 이상의 도선으로 연결될 수도 있다. 이때의 연결은 둘 이상의 도선이 병렬적으로 연결될 수 있다.
상기 희생양극부는 마그네슘 금속이 캐니스터에 전자를 공급할 수 있는 수단이라면 다양한 것이 사용될 수 있으므로 크게 제한되는 것은 아니나, 마그네슘 금속이 위치하는 공간이 캐니스터 외의 전자를 뺏는 물질이 배제된 공간인 것이 바람직하다. 구체적인 일 예로, O 2, O 3, H 2O 등의 산화제가 배제될 수 있는 밀폐된 공간이 바람직할 수 있으며, 이를 위한 수단으로, 희생양극부는 산화제가 배제된 밀폐된 용기에 마그네슘 금속이 장입된 것일 수 있다. 이때 마그네슘 금속은 도선으로 캐니스터와 연결된 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은 희생양극법이 이용됨에 따라, 마그네슘 금속이 캐니스터의 금속소재에 전자를 지속적으로 공급할 수 있는 한, 캐니스터의 금속소재에 전자가 지속적으로 공급되어 환원 상태를 유지한다. 따라서 캐니스터의 주변 환경이 높은 산화 분위기를 가지더라도 금속의 산화에 의한 부식을 최소화할 수 있다.
그러나 이는 희생양극부의 마그네슘 금속이 전자를 지속적으로 공급할 수 있을 때 가능한 효과로서, 상기 마그네슘 금속이 전자를 지속적으로 공급하는 것이 전제되어야 하나, 현실적으로 다양한 변수에 의해서 상기 전제가 깨질 우려가 있다. 이에 따라, 종래까지는 필요 이상의 마그네슘 금속이 과다한 함량으로 사용될 수밖에 없었으며, 캐니스터의 주변 환경에 적합한 최소량의 마그네슘으로서 적용하기 어려운 문제가 있었다.
이에 따라 본 발명에서는 부식을 방지하는 효과 구현이 가능하면서, 요구 기간 동안 캐니스터의 산화 및 부식을 방지하고, 캐니스터의 산화가 진행되는 문제를 미리 대비하여 마그네슘 금속을 적절한 시기에 교체할 수 있도록 하는 반영구적 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법을 제공한다.
캐니스터의 금속 소재의 부식은 주변 환경에 따라 그 부식 정도가 크게 달라진다. 구체적으로, 금속 소재의 산화는 습도, 온도, pH 등의 주변 환경에 큰 영향을 받는다. 즉, 캐니스터의 금속 소재가 산화되어 부식될 경우, 상기 금속 소재의 전기 저항은 증가하게 되며, 금속 소재의 산화 속도는 상기 주변 환경에 따라 증감된다. 하지만 이러한 산화 환경을 원천적으로 배제하는 것은 현실적으로 불가능하며, 습도 값, 온도 값, pH 값 등의 산화 인자들을 제어하는 것 또한 현실적으로 어렵다. 또한 일 예로, 희생양극부는 캐니스터와 멀리 떨어져 있을 수 있으므로, 캐니스터에 공급되는 단위 시간당 전자의 양은 도선의 저항에 의해 이론적 값보다 감소되는 문제가 발생한다. 뿐만 아니라 희생양극부와 캐니스터를 연결하는 도선들은 시간이 지남에 따라 노후화되어 단선에 이를 수도 있으므로, 상기 문제는 시간이 지날수록 가속화될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위 캐니스터의 저항 값, 습도 값, 온도 값 및 pH 값 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 값을 누적 저장하여 데이터베이스화하는 외부 서버부로부터 저장된 값들로부터, 단위 캐니스터의 필요 마그네슘 함량, 단위 캐니스터의 마그네슘 교체 시기 또는 단위 캐니스터의 부식 방지 기간을 예측하는 예측 단계를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 예측 단계에서, 단위 캐니스터의 마그네슘 교체 시기를 예측하는 방법의 예로서, 본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 희생양극부의 마그네슘 금속의 소모량을 측정하는 금속 산화량 모니터링 단계; 및 상기 금속 산화량 모니터링 단계로부터 얻은 정보를 바탕으로 마그네슘 금속의 교체시기를 예측하는 교체시기 산정 단계;를 포함할 수 있다. 또한 상기 방법은 상기 교체시기 산정 단계 및 상기 예측 단계로부터 얻은 정보를 바탕으로 마그네슘 금속의 교체시기를 예측하는 교체시기 산정 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 예측 단계에서, 외부 서버부에 저장되는 값은 저항 값을 포함할 수 있으며, 상기 저항 값의 변화로부터 단위 캐니스터에 적용되는 전기방식의 오류 여부를 체크하는 검사 단계를 더 포함할 수 있다. 캐니스터의 주변 환경은 캐니스터 금속 소재의 부식 정도에 영향을 끼치므로, 금속 소재의 산화가 진행될수록 캐니스터 금속 소재의 저항 값은 증가될 수 있다. 따라서 단위 캐니스터 금속 소재의 저항 값을 실시간으로 측정하여 습득하고, 상기 저항 값을 바탕으로 실제 캐니스터의 산화 및 부식되는 정도를 모니터링함으로써, 이후 발생할 수 있는 변수에 의한 부식의 가속화를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. 예를 들어, 단위 캐니스터와 희생양극부를 연결하는 부분이 끊기거나 하는 등의 치명적인 문제를 제때에 발견하여 대책을 수립함으로써, 반영구적인 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법을 제공할 수 있다. 아울러 상기 검사 단계를 통해, 후술하는 외부전원법이 적용된 일 양태에서 단위 캐니스터와 전원공급부를 연결하는 부분이 끊기거나 하는 등의 치명적인 문제 또한 제때에 발견할 수 있음에 따라 반영구적인 전기방식법을 통한 부식 방지가 가능한 효과를 구현한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외부 서버부는 실시간으로 측정되는 캐니스터 금속 소재의 저항 값을 비롯하여, 습도 값, 온도 값 및 pH 값 등의 다양한 환경정보를 축적하여 데이터베이스화할 수 있으므로, 이러한 정보를 이용하여 상기 예측 단계에서 단위 캐니스터의 필요 마그네슘 함량, 단위 캐니스터의 마그네슘 교체 시기 또는 단위 캐니스터의 부식 방지 기간 등을 정밀하게 계산 및 예측할 수 있다. 특히 각 장소에 따른 단위 캐니스터의 부식 정도를 정량적으로 모니터링할 수 있음에 따라, 마그네슘 금속의 교체시기 및 부식 방지 기간을 정밀하게 예측할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 방법은, 상기 단위 캐니스터의 저항 값을 측정하는 저항 측정부; 및 상기 저항 측정부로부터 저항 값을 실시간으로 수신하는 저항 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 저항 수신부로부터 저항 값이 수신될 수 있다.
상기 저항 측정부는 외부 보호 캐니스터의 금속 소재의 저항을 측정할 수 있는 것이라면 다양한 것이 사용될 수 있으며, 이는 공지된 문헌을 참고해도 무방하므로, 제한되지 않는다. 또한 저항 수신부는 단위 캐니스터와 인접하여 구비될 수 있고, 지상 등의 다른 장소에 떨어져 구비될 수도 있으며, 이때 저항 수신부는 도선 등을 통해 저항 측정부와 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 저항 값의 측정을 통해 마그네슘 금속의 교체시기 및 부식 방지 기간을 정밀하게 예측할 수 있으며, 뿐만 아니라 캐니스터의 온도, 주변 습도, 주변 pH 등의 환경변수의 측정을 통해, 저항 값, 온도 값, 습도 값, pH 값 등의 환경정보를 실시간으로 습득할 수 있다. 이를 통해 다양한 환경정보를 토대로 통계적으로 연산하여, 서로 다른 장소에 위치한 단위 캐니스터 각각의 부식 방지 기간 및 마그네슘 금속의 교체시기를 더욱 정밀하게 예측할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 습도 값을 측정하는 습도 측정부; 및 상기 습도 측정부로부터 습도 값을 실시간으로 수신하는 습도 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 습도 수신부로부터 습도 값이 수신될 수 있다. 습도는 금속 소재의 산화를 가속시키는 매우 유효한 인자로서, 일정 습도 이상에서는 금속 소재의 산화가 급격히 일어나므로, 습도의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 크게 변할 수 있다. 따라서 상기 저항 값과 함께 습도를 포함하는 환경정보를 바탕으로 통계적 연산을 통하여 서로 다른 장소에 위치한 단위 캐니스터 각각의 부식 방지 기간 및 마그네슘 금속의 교체시기를 더욱 정밀하게 예측할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 온도 값을 측정하는 온도 측정부; 및 상기 온도 측정부로부터 온도 값을 실시간으로 수신하는 온도 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 온도 수신부로부터 온도 값이 수신될 수 있다. 온도는 금속 소재의 산화를 가속시키는 유효한 인자로서, 온도가 증가할수록 수증기압이 증가하여 금속 소재와 H 2O의 접촉 시간, 접촉량이 증가하며, 금속 소재의 보다 빠른 산화를 유발한다. 그러므로 온도의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 크게 변할 수 있다. 따라서 상기 저항 값과 함께 온도를 포함하는 환경정보를 바탕으로 통계적 연산을 통하여 서로 다른 장소에 위치한 단위 캐니스터 각각의 부식 방지 기간 및 마그네슘 금속의 교체시기를 더욱 정밀하게 예측할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 pH 값을 측정하는 pH 측정부; 및 상기 pH 측정부로부터 pH 값을 실시간으로 수신하는 pH 수신부;를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는 상기 pH 수신부로부터 pH 값이 수신될 수 있다. pH도 금속 소재의 산화에 영향을 주는 유효 인자로서, 주변 pH의 구간에 따라 금속 소재의 산화가 가속될 수도 감속될 수도 있다. 그러므로 주변 pH의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 변할 수 있다. 따라서 상기 저항 값과 함께 주변 pH를 포함하는 환경정보를 바탕으로 통계적 연산을 통하여 서로 다른 장소에 위치한 단위 캐니스터 각각의 부식 방지 기간 및 마그네슘 금속의 교체시기를 더욱 정밀하게 예측할 수 있다. 상기 pH는 캐니스터의 외부에 존재하는 액체, 고체 또는 기체 등을 포함하는 주변의 pH를 의미하는 것으로, 캐니스터가 지하에 매설된 경우, 캐니스터의 외부면과 접한 지하 토양의 pH를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 외부 서버부는 저항 값, 습도 값, 온도 값 및 pH 값을 누적 저장할 수 있으며, 이를 데이터베이스화할 수 있으며, 구체적으로 각 값이 시간별로 누적 저장되어 데이터베이스화될 수 있다. 아울러 외부 서버부의 위치는 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 캐니스터와 떨어진 장소, 구체적으로 지상에 위치할 수 있다.
이러한 데이터베이스를 바탕으로, 통계적으로 연산하여 해당 장소에 대한 값이 결여되거나 충분히 누적된 상태가 아니라도, 관련한 정보가 아직 없거나 결여된 신규 장소에 설치되는 캐니스터에 있어서, 적합한 마그네슘 금속 사용 함량을 계산 및 예측할 수 있고, 부식 방지 기간 및 마그네슘 교체시기를 예측할 수 있다. 사용후핵연료가 장입된 캐니스터는 한 장소에 무한히 수용될 수 없으므로, 인류가 핵연료를 기반한 기술을 사용하는 한, 새로 위치되어야 할 신규 단위 캐니스터가 지속적으로 발생하므로, 상기 장소 또한 지속적으로 신설되어야 한다.
따라서 본 발명은 사용후핵연료 캐니스터를 신규 장소에 설치하여 최소한의 비용으로 운용할 수 있는 방법 또한 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 신규 장소에 사용후핵연료 캐니스터를 설치하는 방법은, 상술한 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법을 통해 캐니스터의 설치 장소별 요구 부식 방지 기간에 따른 마그네슘 금속의 최소 사용 함량을 예측하는 단계, 상기 마그네슘 금속의 최소 사용 함량으로 적용하여 희생양극부를 설치하는 단계 및 캐니스터를 설치하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 사용후핵연료 캐니스터를 설치하는 단계는 사용후핵연료 캐니스터를 지하에 매설하는 단계일 수 있다. 이를 통해, 신규 장소에 캐니스터 및/또는 희생양극부를 설치하는 경우에 있어서도, 상기 신규 장소의 환경정보들을 포함하는 데이터베이스의 초기 구축이 없거나 이에 소요되는 비용을 최소화하면서 효과적이고 효율적으로 운용할 수 있는 것은 물론, 상기 신규 장소의 데이터베이스를 향후에 구축함으로써 더 정밀한 계산 및 예측을 수행할 수 있는 효과가 있다.
나아가 각 정보들을 충분히 확보하여 데이터베이스화되면, 이러한 데이터들이 축적되는 딥러닝(deep learning)을 거쳐 단위 캐니스터들을 포함하는 핵연료 저장부들이 보다 안정적으로 효율적으로 효과적으로 부식 없이 생태계로부터 안전히 반영구적으로 격리될 수 있다.
본 발명에 따른 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 제2 양태로서, 상기 단위 캐니스터에 인가 전압 값으로 전압을 인가하는 전원 공급부를 더 포함하여 단위 캐니스터의 부식을 더욱 방지하여 보다 안정적으로 반영구적인 방식 방법을 제공할 수 있다. 제2 양태에 따른 본 발명에서는 희생양극법과 함께 외부전원법(Impressed current methode)이 적용됨에 따라, 금속 소재에 전자가 전압 인가를 통해 지속적으로 공급되어 환원 상태를 더욱 안정성 있게 유지하므로, 캐니스터의 주변 환경이 높은 산화 분위기를 가지더라도 금속의 산화에 의한 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 전원 공급부는 캐니스터로부터 이격된 장소에 위치할 수 있으며, 상기 장소는 전원 공급부가 전기에너지를 사용할 수 있는 장소라면 크게 제한되지 않으나, 바람직하게는 지상일 수 있다. 또한 전원 공급부는 각 단위 캐니스터와 각각 연결되는 단위 전원 공급부를 다수 포함할 수 있으며, 다수의 단위 전원 공급부는 한 장소에 위치할 수 있고, 다른 장소에 위치할 수 있음은 물론이다.
상기 단위 캐니스터는 다양한 방법으로 전원 공급부에 연결될 수 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 병렬로 연결되어 상기 전원 공급부에 연결되는 것이 바람직할 수 있다. 구체적인 일 예로, 단위 전원 공급부에 연결되는 다수의 단위 캐니스터는 상기 단위 전원 공급부에 대하여 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 연결은 전기가 흐를 수 있는 다양한 소재를 통해 이루어질 수 있으며, 일 예로 구리, 철 등의 도선을 통해 유선으로 연결될 수 있다. 또한 캐니스터와 전원 공급부는 하나의 도선으로 연결될 수 있으며, 외부 충격, 내후성 저하 등에 따른 단선에 의한 전압 인가의 단절 확률을 최소화하기 위해, 캐니스터와 전원 공급부는 이중 도선 등의 둘 이상의 도선으로 연결될 수 있다. 이때 이중 도선을 통한 연결은 둘 이상의 도선이 병렬적으로 연결될 수 있다.
상기 전원 공급부는 직류 공급 장치를 포함하는 것으로 해석될 수 있으나, 이 외에도 캐니스터에 전자를 공급할 수 있는 수단이라면 다양한 것이 사용될 수 있으므로 제한되지 않는다. 또한 전원 공급부에서 인가하는 전압, 전류 등의 구체적 값들은 캐니스터의 주변 환경, 캐니스터의 금속 소재 종류 등 다양한 변수에 의해 가변될 수 있고, 후술하는 제1 논리 연산 또는 제2 논리 연산을 통해 이는 당업자가 적절히 조절할 수 있는 사항이므로, 그 절대 수치 값이 특별히 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 제2 양태에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은 외부전원법이 적용됨에 따라, 금속의 산화에 의한 부식을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다. 그러나 캐니스터의 금속 소재가 산화되지 않는 필요 최소 이상의 전압이 전원 공급부로부터 지속적으로 인가될 때 비로소 외부전원법에 의한 동반상승 효과가 구현된다. 즉, 상기 필요 최소 전압을 충분히 상회하는 전압이 캐니스터에 공급되는 것이 전제되어야 하나, 현실적으로는, 필요 최소 전압을 현저히 초과하는 전압이 지속적으로 공급되어야 하므로 에너지 소모가 심각한 문제가 발생할 수 있다.
일반적으로 전원 공급부의 전원(電源) 소스는 캐니스터와 멀리 떨어져 있음에 따라, 전원 공급부에서 인가하는 전압보다 캐니스터에 인가되는 전압이 감소되는 전압 강하가 발생하므로, 전원 공급부에서 인가하는 전압과 캐니스터에 실제 인가되는 전압의 편차가 발생한다. 뿐만 아니라 전원 공급부와 캐니스터를 연결하는 도선들은 시간이 지남에 따라 노후화되므로, 전압 강하의 정도는 시간이 경과함에 따라 가속화될 수 있으며, 특히 전원이 직류전원일 경우 이러한 전압 강하는 더 크게 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위한 수단으로, 제2 양태에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 외부 서버부로부터 얻은 저항 값 등의 정보를 바탕으로, 실제 캐니스터에 인가되는 전압을 제어함으로써, 실시간으로 변화되는 주변 환경에 따라 가변되는 필요 최소 전압을 지속적으로 캐니스터에 반영할 수 있다. 또한 전원 공급부와 캐니스터의 이격 거리에 따른 전압 강하에 의한, 전원 공급부에서의 인가 전압과 캐니스터에 인가되는 전압의 차이를 반영하여 소모되는 전기 에너지를 최소화할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 제2 양태는 전압 강하에 따른 문제를 극복하는 것은 물론, 캐니스터에 공급되는 소모 전력을, 부식되지 않는 최소 소모 전력에 가깝게 유지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 양태에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 단위 캐니스터의 저항 값이 저항 설정 값을 초과할 경우에 상기 인가 전압 값을 증가시키며, 상기 저항 값이 상기 저항 설정 값 미만일 경우에 상기 인가 전압 값을 감소시키는 제1 논리 연산을 수행하는 전압 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 전압 제어부를 통해 캐니스터에 인가되는 전압이 가변될 수 있다. 상술한 바와 같이, 캐니스터의 주변 환경은 캐니스터 금속 소재의 부식 정도에 영향을 끼치므로, 금속 소재의 산화가 진행될수록 캐니스터 금속 소재의 저항 값은 증가될 수 있다. 또한 금속 소재의 산화가 진행되지 않더라도 캐니스터의 주변 환경의 변화함에 따라 산화를 유발하지 않는 필요 최소 저항 값이 변화할 수 있다. 따라서 실시간으로 변화할 수 있는 캐니스터 금속 소재의 저항 값을 실시간으로 측정하고, 이를 바탕으로 선택된 저항 설정 값과 상기 저항 값의 비교 논리 연산을 통해 캐니스터에 공급되는 소모 전력을, 부식되지 않는 최소 소모 전력에 가깝게 유지할 수 있는 효과가 있다. 상기 전압 제어부는 논리 연산이 가능한 장치라면 다양한 것이 사용될 수 있으며, 이는 공지된 문헌을 참고해도 무방하므로, 제한되지 않는다.
또한 상기 제1 논리 연산에서, 상기 저항 값은 외부서버부의 습도, 온도, pH 등의 주변 환경에 대한 값들에 의해 보정된 값일 수 있다. 각 단위 캐니스터의 최소 소모 전력은 주변 환경에 따라 다르므로, 위치가 서로 다른 단위 캐니스터의 부식되지 않는 최소 소모 전력은 동일한 단위 캐니스의 규격을 갖더라도 다를 수 있다. 따라서 각 단위 캐니스터의 측정된 저항 값들에 있어서 각 주변 환경에 따라 보정된 값들로서 저항 설정 값과 비교하여 제1 논리 연산이 수행될 수 있음은 물론이다.
즉, 상기 제1 논리 연산에서, 저항 값, 온도 값, 습도 값, pH 값 등의 환경정보를 통해 통계적으로 연산된 값이 반영될 수 있다. 이러한 수단을 통해, 금속소재의 부식이 유발되지 않는 최소 전압을 산출하여 산출된 전압을 바탕으로, 부식을 유발하지 않는 전압을 초과하는 값에 근접하도록 상기 저항 설정 값의 설정이 가능하다. 따라서 실제 캐니스터에 인가되는 전압을 최소화하여 제어함으로써, 실시간으로 변화되는 주변 환경에 따라 가변되는 필요 최소 전압을 지속적으로 반영할 수 있다. 즉, 본 발명은 캐니스터에 공급되는 소모 전력을, 부식되지 않는 최소 소모 전력에 보다 근접하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
구체적인 일 예로, 상기 전압 제어부는 수신된 습도 값이 습도 설정 값을 초과할 경우, 상기 저항 설정 값에 상기 습도 값을 반영하여 보정된 저항 설정 값을 적용하는 것일 수 있다. 이때 습도 설정 값은 산화를 크게 유발하여 실질적으로 부식 방지에 영향을 미칠 수 있는 최소값을 의미할 수 있으며, 이는 주변 환경, 전압 인가 값, 저항 값 등을 포함하는 데이터베이스를 통해 산출될 수 있는 값으로서 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있다. 습도는 금속 소재의 산화를 가속시키는 매우 유효한 인자로서, 일정 습도 이상에서는 금속 소재의 산화가 급격히 일어나므로, 습도의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 크게 변할 수 있다. 따라서 습도를 포함하는 환경정보를 바탕으로 저항 설정 값을 산출할 경우, 금속 소재의 부식을 유발하지 않는 필요 최소 저항 값에 보다 근접한 전압으로 시스템을 운용할 수 있는 효과가 있다.
구체적인 일 예로, 상기 전압 제어부는 수신된 온도 값이 온도 설정 값을 초과할 경우, 상기 저항 설정 값에 상기 온도 값을 반영하여 보정된 저항 설정 값을 적용하는 것일 수 있다. 이때 온도 설정 값은 산화를 크게 유발하여 실질적으로 부식 방지에 영향을 미칠 수 있는 최소값을 의미할 수 있으며, 이는 주변 환경, 전압 인가 값, 저항 값 등을 포함하는 데이터베이스를 통해 산출될 수 있는 값으로서 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있다. 온도는 금속 소재의 산화를 가속시키는 유효한 인자로서, 온도가 증가할수록 수증기압이 증가하여 금속 소재와 H2O의 접촉 시간, 접촉량이 증가하며, 금속 소재의 보다 빠른 산화를 유발하므로, 온도의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 변할 수 있다. 따라서 온도를 포함하는 환경정보를 바탕으로 저항 설정 값을 산출할 경우, 금속 소재의 부식을 유발하지 않는 필요 최소 저항 값에 보다 근접한 전압으로 시스템을 운용할 수 있는 효과가 있다.
구체적인 일 예로, 상기 전압 제어부는 수신된 pH 값이 pH 설정 값을 초과할 경우, 상기 저항 설정 값에 상기 pH 값을 반영하여 보정된 저항 설정 값을 적용하는 것일 수 있다. 이때 pH 설정 값은 산화를 크게 유발하여 실질적으로 부식 방지에 영향을 미칠 수 있는 최소값을 의미할 수 있으며, 이는 주변 환경, 전압 인가 값, 저항 값 등을 포함하는 데이터베이스를 통해 산출될 수 있는 값으로서 통상의 기술자가 적절히 선택할 수 있다. pH도 금속 소재의 산화에 영향을 주는 유효 인자로서, 주변 pH의 구간에 따라 금속 소재의 산화가 가속될 수도 감속될 수도 있으므로, 주변 pH의 변화에 따라 금속 소재의 저항 값이 변할 수 있다. 따라서 주변 pH를 포함하는 환경정보를 바탕으로 저항 설정 값을 산출할 경우, 금속 소재의 부식을 유발하지 않는 필요 최소 저항 값에 보다 근접한 전압으로 시스템을 운용할 수 있는 효과가 있다. 상기 pH는 캐니스터의 외부에 존재하는 액체, 고체 또는 기체 등을 포함하는 주변의 pH를 의미하는 것으로, 캐니스터가 지하에 매설된 경우, 캐니스터의 외부면과 접한 지하 토양의 pH를 의미할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 저항 설정 값은 습도 값, 온도 값, pH 값 등의 환경정보 및 이에 따른 저항 값의 변화를 통계적으로 산출하여 얻은 데이터를 바탕으로 설정될 수 있다. 이러한 저항 설정 값은 0을 초과하는 값일 수 있으며, 캐니스터의 산화에 의한 부식이 유발되지 않는 적정 범위로서 설정될 수 있다.
상기 외부 서버부는 상기 전압 제어부로부터 저항 값, 습도 값, 온도 값 및 pH 값 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 환경정보 및/또는 상기 단위 캐니스터들로부터 인가 전압 값이 수신될 수 있다. 이때 상기 외부 서버부는 각 값들을 누적 저장하여 데이터베이스화할 수 있으며, 저장된 값들을 통계적으로 연산하여 상기 전압 제어부를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 외부 서버부는 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 설치되는 단위 캐니스터에 대하여, 기존 캐니스터들로부터 얻은 데이터베이스로부터 산출된 평균 전압 값을 초기 인가 전압 값에 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 수단을 통해 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 설치되는 단위 캐니스터에 대하여 실제 필요 최소 인가 전압 값에 근접하도록 전압을 인가할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 외부 서버부는 서로 다른 장소에 위치하는 다수의 단위 캐니스터의 각 전압 제어부들로부터 각 값들을 수신하고, 각 장소의 단위 전압 제어부들의 인가 전압 값을 통계적으로 산출하여 얻은 평균 전압 값이 저장되며, 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 설치되는 단위 캐니스터의 초기 인가 전압 값에 상기 평균 전압 값을 적용하도록 전압 제어부를 제어할 수 있다. 이를 통해 후술하는 바와 같이 대규모의 시스템의 운용이 용이한 것은 물론, 설치된 단위 캐니스터 또는 아직 설치되지 않은 신규 장소에 설치할 단위 캐니스터에 있어서도 해당 장소의 환경정보들을 포함하는 데이터베이스의 초기 구축 없이 효과적이고 효율적으로 운용하면서 상기 장소의 데이터베이스를 향후에 구축할 수 있는 효과가 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 외부 서버부는 이미 데이터베이스화되어 산출된 평균 전압 값을 통해, 특정 시기에 일괄적으로 평균 전압 값으로서 동일한 전압을 신규 단위 캐니스터에 인가되도록 전압 제어부를 제어할 수 있다. 따라서 상기 제1 논리 연산이 각 단위 캐니스터마다 각 전압 제어부에서 실시간으로 연산될 필요가 없으므로, 특별한 문제가 특정 단위 캐니스터에 발생하기 전까지 큰 에너지 소모 없이 대규모의 시스템의 운용에 적합한 효과가 있다.
그러나 특별한 문제가 특정 단위 캐니스터에 발생하는 경우, 즉, 저항 값과 저항 설정 값을 비교하는 제1 논리 연산이 지속적으로 수행되지 않는 문제가 발생할 경우, 캐니스터의 주변 환경이 변화함에 따라 산화가 가속화될 수 있다. 그러므로 평균 전압 값으로만 지속적으로 인가할 경우, 단위 캐니스터의 부식이 진행되는 문제가 발생할 수도 있다.
또한 캐니스터의 수가 증가할수록, 예컨대 수 백 수 천 개의 캐니스터와 같이 대규모로 시스템을 운영해야할 경우, 각 단위 캐니스터 별 제1 논리 연산에 필요한 에너지 소모 또한 증가하게 되고 운용이 복잡해지게 된다.
따라서 제2 양태에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 제1 논리 연산이 지속적으로 수행되지 않는 문제를 해결할 수 있도록, 그리고 대규모로 운용이 더욱 용이하도록, 즉, 적절한 필요 최소 저항 값으로 시스템을 지속적으로 운용할 수 있는 동시에, 단위 캐니스터별 제1 논리 연산에 필요한 에너지 소모를 현저히 감소시킬 수 있는, 방법도 제공할 수 있다.
제2 양태에 따른 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법은, 상기 전압 제어부로부터 정보들을 수신하고, 상기 단위 캐니스터들에 인가되는 각 인가 전압 값으로부터 통계적으로 산출하여 얻은 평균 전압 값이 저장되는 외부 서버부를 포함할 수 있으며, 상기 외부 서버부는, 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 장소에 설치되는 단위 캐니스터에 인가되는 인가 전압 값이 상기 평균 전압 값이 적용되도록 전압 제어부를 제어하되, 단위 캐니스터의 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값 이하일 경우에 제1 논리 연산을 중지하도록 전압 제어부를 제어하며, 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값을 초과할 경우에 제1 논리 연산을 재수행하도록 전압 제어부를 제어하는 제2 논리 연산을 수행할 수 있다.
이때 상기 설정 저항 증가율은 0을 초과하는 값일 수 있으며, 캐니스터의 산화에 의한 부식이 유발되지 않는 적정 범위로서 설정될 수 있다. 상세하게, 캐니스터 금속 소재의 저항 값이 일정 오차 범위를 초과하여 증가하는 경우, 즉, 이는 금속 소재의 산화가 유발되는 상황을 의미하는 것으로서, 상기 저항 증가율 값이 양의 값을 가짐을 의미할 수 있다. 따라서 단위 캐니스터 금속소재의 저항 증가율 값의 변화를 체크함으로써, 다수의 캐니스터에 동일한 인가 전압을 유지하면서도 문제가 되는 소수의 캐니스터만을 선별적으로 인가 전압을 외부 서버부에서 제어할 수 있다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 외부 서버부는 단위 캐니스터의 저항 값의 증가율이 크게 변하지 않는 이상, 단위 캐니스터의 단위 전압 제어부에서 제1 논리 연산을 지속적으로 수행할 필요 없이, 상기 단위 캐니스터들에 동일한 값인 평균 전압 값을 일괄적으로 인가할 수 있다. 따라서 효율적으로 대규모의 시스템을 운용할 수 있을 뿐만 아니라, 문제가 발생하는 경우만을 외부 서버부에서 실시간으로 체크할 수 있다. 즉, 수많은 각 전압 제어부의 제1 논리 연산의 지속적인 수행 없이, 외부 서버부에서 제2 논리 연산을 통해 상기 전압 제어부의 제1 논리 연산의 수행 유무를 제어할 수 있다. 이러한 방법으로 외부 서버부에서 제2 논리 연산이 반복될 수 있으며, 문제가 발생하는 단위 캐니스터에 한하여 제1 논리 연산이 재수행될 수 있다. 또한 문제가 발생한 단위 캐니스터의 전압 제어부에서 제1 논리 연산이 반복 수행될 시, 외부 서버부에서 상기 문제가 발생한 단위 캐니스터에 대한 제2 논리 연산은 보류되게 된다. 나아가 상기 문제가 발생한 단위 캐니스터로부터 환경정보 및 전압 값을 충분히 확보하여 데이터베이스화되면, 제1 논리 연산이 중지되고 보류되었던 제2 논리 연산이 재수행될 수 있으며, 이러한 과정이 반복 수행되어 각 값들을 포함하는 데이터가 축적되는 딥러닝(deep learning)을 거쳐 전체 캐니스터들을 보다 안정적으로 효율적으로 효과적으로 운용할 수 있다.
나아가 상술한 신규 장소에 사용후핵연료 캐니스터를 설치하는 방법은, 전술한 제2 양태를 통해 데이터베이스의 초기 구축 없이 더욱 효과적이고 효율적으로 운용하면서 상기 장소의 데이터베이스를 향후에 더 용이하게 구축할 수 있는 효과가 있다.
[부호의 설명]
110 : 외부 보호 캐니스터, 111 : 외부 개폐부,
120 : 내부 캐니스터, 121 : 내부 개폐부,
122 : 격벽

Claims (15)

  1. 사용후핵연료가 내부에 저장되고, 구리 및 철 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 금속소재의 단위 캐니스터를 포함하는 핵연료 저장부; 및
    상기 캐니스터와 연결되고, 마그네슘 금속을 포함하는 희생양극부;를 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 캐니스터는,
    구리 금속소재의 외부 보호 캐니스터; 및
    상기 외부 보호 캐니스터의 내부에 위치하고, 사용후핵연료 수용 공간을 포함하는 철 금속소재의 내부 캐니스터;를 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 외부 보호 캐니스터의 두께는 5 mm 이상인, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  4. 제1항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 저항 값, 습도 값, 온도 값 및 pH 값 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 값을 누적 저장하여 데이터베이스화하는 외부 서버부로부터 저장된 값들로부터, 단위 캐니스터의 필요 마그네슘 함량, 단위 캐니스터의 마그네슘 교체 시기 또는 단위 캐니스터의 부식 방지 기간을 예측하는 예측 단계를 더 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 핵연료 저장부는 지하에 매설되며,
    상기 희생양극부는 마그네슘 금속의 교체가 가능한 장소에 위치하며, 상기 장소는 상기 단위 캐니스터로부터 이격된 장소 또는 인접한 장소인, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 희생양극부의 마그네슘 금속의 소모량을 계측하는 금속 산화량 모니터링 단계; 및
    상기 금속 산화량 모니터링 단계 및 상기 예측 단계로부터 얻은 정보를 바탕으로 마그네슘 금속의 교체시기를 예측하는 교체시기 산정 단계;를 포함하는, 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 교체시기 산정 단계로부터 얻은 마그네슘 금속의 교체시기에 대한 정보를 바탕으로 마그네슘 금속을 교체하는 단계를 더 포함하는, 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  8. 제4항 있어서,
    상기 예측 단계에서, 외부 서버부에 저장되는 값은 저항 값을 포함하며,
    상기 저항 값의 변화로부터 단위 캐니스터에 적용되는 전기방식의 오류 여부를 체크하는 검사 단계를 더 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  9. 제4항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 저항 값을 측정하는 저항 측정부; 및
    상기 저항 측정부로부터 저항 값을 실시간으로 수신하는 저항 수신부;를 포함하며,
    상기 외부 서버부는 상기 저항 수신부로부터 저항 값이 수신되는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  10. 제4항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 습도 값을 측정하는 습도 측정부; 및
    상기 습도 측정부로부터 습도 값을 실시간으로 수신하는 습도 수신부;를 포함하며,
    상기 외부 서버부는 상기 습도 수신부로부터 습도 값이 수신되는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  11. 제4항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 온도 값을 측정하는 온도 측정부; 및
    상기 온도 측정부로부터 온도 값을 실시간으로 수신하는 온도 수신부;를 포함하며,
    상기 외부 서버부는 상기 온도 수신부로부터 온도 값이 수신되는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  12. 제4항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 pH 값을 측정하는 pH 측정부; 및
    상기 pH 측정부로부터 pH 값을 실시간으로 수신하는 pH 수신부;를 포함하며,
    상기 외부 서버부는 상기 pH 수신부로부터 pH 값이 수신되는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  13. 제1항 있어서,
    상기 단위 캐니스터에 인가 전압 값으로 전압을 인가하는 전원 공급부를 더 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  14. 제13항 있어서,
    상기 단위 캐니스터의 저항 값이 저항 설정 값을 초과할 경우에 상기 인가 전압 값을 증가시키며, 상기 저항 값이 상기 저항 설정 값 미만일 경우에 상기 인가 전압 값을 감소시키는 제1 논리 연산을 수행하는 전압 제어부를 더 포함하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
  15. 제14항 있어서,
    상기 전압 제어부로부터 정보들을 수신하고, 상기 단위 캐니스터들에 인가되는 각 인가 전압 값으로부터 통계적으로 산출하여 얻은 평균 전압 값이 저장되는 외부 서버부를 포함하며,
    상기 외부 서버부는, 설치된 단위 캐니스터 또는 신규 장소에 설치되는 단위 캐니스터에 인가되는 인가 전압 값이 상기 평균 전압 값이 적용되도록 전압 제어부를 제어하되, 단위 캐니스터의 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값 이하일 경우에 제1 논리 연산을 중지하도록 전압 제어부를 제어하며, 저항 값의 증가율이 설정 저항 증가율 값을 초과할 경우에 제1 논리 연산을 재수행하도록 전압 제어부를 제어하는 제2 논리 연산을 수행하는, 전기방식법을 이용한 사용후핵연료 캐니스터의 부식 방지 방법.
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