KR800000721B1 - 캡슈울내의 핵분열체 및 비핵분열체의 건조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

캡슈울내의 핵분열체 및 비핵분열체의 건조방법

제1도는 캡슈율울로 된 연료봉(fuel rod)의 일부 발췌사시도로서 일부를 절개하여 내부에 들어있는 연료펠릿(fuel pellet)을 보이고 있으며

제2도는 제1도와 유사한 도면으로서 적당한 위치에 천공된 구멍을 보이고 있으며

제3도는 본 발명을 실시하는데 적합한 장치의 개요도.

본 발명은 오염물제거(汚染物除去) 방법에 관한 것으로서 특히 원자로의 연료봉(棒) 및 이와 유사한 것의 내부로부터 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다. 동력(動力)이나 연구에, 또는 다른 목적으로 쓰이는 원자로들이 기능을 발휘하기 위해서는 이 원자로가 충분한 농도의 핵분열 물질을 갖게 하여 핵분열 반응에 있어 본질적으로 계속적인 연쇄가 유지되게 하여야 한다. 이 핵분열 물질로는 이산화우라늄(UO₂)이 대표적이며, 이를 흔히 작은 펠릿으로 만든 다음 가느다란 금속중공봉(中空棒) 속에 채워넣게 된다. 원자로 중심부 내의 다른 연료봉들은 포이슨(poisson)이라 알려져 있는 비(非) 핵분열성 물질을 함유할 수도 있다.

이러한 봉들은 흔히 그 길이가 183cm를 넘곤 한다.

이와같은 금속중공봉 내에 펠릿을 채워넣은 후 각각 캡을 씌우고 용접하여 밀폐시키므로써 “핵연료”물질을 캡슈울로 씌우게 된다.

이와같이 된 연료봉 내의 오염물 제거는, 연료봉 표면에 작은 구멍을 뚫고 그 구멍에 진공을 가하므로써 연료봉의 내부로부터 습기나 기체류 등 오염물을 제거하여 왔다. 또한 오염물을 제거한 후에는 그 작은 구멍을 통하여 연료봉의 내부로 불활성 기체를 넣으므로써 압력을 가할 필요가 있을 수도 있다.

이와같이 연료봉에 압력을 가한 즉시 이 작은 구멍을 밀봉할 수도 있다.

연료봉의 작은 구멍에다가 진공을 가하는 것으로는 연료봉 내부로부터 오염물을 전부 제거하기에 불충분하다는 것이 몇몇의 경우에서 알려져 있다.

오염물이 남아 있으면 쓸모없이 핵 연료가 소모될 수 있고 아울러 연료봉이 부풀거나 터지거나 붕괴될 수도 있다. 이렇게 진공을 사용하여 정화하는 방식에 있어서 불충분한 점들은 본 발명에 의하여 극복되었다. 실례로서, 연료봉의 작은 구멍에 진공을 가하여 연료봉 내부로부터 오염물을 제거한 후 그 구멍을 통하여 연료봉의 내부로 알코올을 넣는다. 알코올은 남아있는 습기 및 다른 오염물들을 흡수한다. 그 다음 오염된 알코올은 레토르트(retort) 내부의 환경을 조절해 주므로써 아까와 같은 구멍을 통하여 연료봉 내부로부터 제거한다. 그런 뒤 레토르트를 건조한 불활성 기체로 채우고서 주위온도로 식도록 방치한다. 식힌 다음, 연료봉들어 대해 가압하고 작은 구멍을 밀봉한다.

본 발명을 특징지우는 여러가지 새로운 점들은, 본 발명 명세서에 첨부되어 명세서의 일부를 이루는 특허청구범위에서 상세하게 지적되고 있다.

본 발명과 그의 작동상 잇점 및 그를 사용하므로써 얻어지는 특수한 물건들을 보다 잘 이해하기 위해서는 구체적인 것을 도시한 첨부된 도면과 설명을 참고하도록 한다.

본 발명을 실시하는데 있어서는 첨부도면을 참조하는 것이 도움이 된다. 본 명세서 전반에 걸쳐 연료봉이라 함은 진정한 연료와 아울러 포이슨을 포함하거나 또는 그들의 혼합물을 포함하는 것을 의미한다.

제1도는 연료봉(8)의 일단부를 도시한 것으로 속이 빈 실린더(10)의 일부분을 절개하여 연료봉(8) 속에 든 연료 펠릿들(16)을 보여준다. 실린더(10)은 길이가 183cm가 넘고 직경이 약 1.27cm로서 엔드 캡(end cap)(12)에 의해 뚜껑이 씌워져 있으며 엔드 캡(12)은 용접(14)에 의해 속이 빈 실린더에 단단히 부착된다.

본 명세서에서는 전반에 걸쳐 연료펠릿(16)이 UO₂펠릿을 가리키고 있지만, 펠릿이라 함은 연료를 분말형태로 한 것도 포함하며 또한 원자로나 원자력 발전기에서 사용되는 다른 연료들도 이후로 정의될 기준에 맞기만 하면 역시 사용될 수 있음을 알아두도록 한다.

이러한 핵연료 및 포이슨의 예로서는 반응성의 토륨, 우라늄 및 플루토늄 화합물과 아울러 알루미나 내의 탄화붕소, 탄화붕소 분말, 지르코니아, 하프니아, 가돌리니아 및 기타의 핵반응단면적이큰(high cross section) 희토류(稀土類)의 산화물이나 이들의 혼합물들이 있다.

제2도는 제1도의 연료봉의 엔드캡(12)에 구멍(18)을 뚫은 것을 도시한 것이다. 이러한 구멍은 레이저광선(laser beam)이나 다른 통상적(通常的)인 천공(穿孔) 방법을 써서 만들게 된다.

구멍은 주로 엔드캡에 위치하게 되지만 연료봉의 어디에 위치하여도 상관없다. 게다가 구멍을 여러개 만들 수도 있는데, 실시하는데 있어서는 그보다는 한개의 구멍만을 뚫어 사용하는 편이다.

0.025cm의 직경이 연료봉(8)의 구멍(18)에 있어 적당한 크기이다.

제3도는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 장치의 배열을 나타낸다. 구멍이 뚫린 연료봉은 압력 밀폐문(pressure seal door)(22)를 통하여서 내부에 놓이게된다. 레토르트는 1psia 미만의 진공에서 지탱하도록 설계되어 있는데 이는 현행의 표준압력으로는 +14.7psi에 해당한다.

또한 레토르트의 장치에는 압력계(24)와 열원(熱源)(26)도 설치된다. 발브장치(28)가 달린 배관(配管)으로 레토르트를 진공펌프(30)에 연결한다. 여기에는 시판되는 진공펌프 어느 것을 사용하여도 무방하다. 진공펌프의 배출관(排出管)은 굴뚝(32)이나 또는 필요한 경우 회수장치(도시되지 않음)에 연결시킨다. 공급캐니스터(supply cannister)(36)로 레토르트(20)에 탈수제를 공급한다.

레토르트와 공급캐니스터 사이에는 발브장치(34)가 있는데 이것은 발브장치(28)과 마찬가지로 수동으로 또는 자동으로 작동시킬 수 있다. 또한 불활성 기체 공급탱크(40)이 레토르트(20)에 연결되어 있는데 이는 발브장치(38)로 레토르트와 분리된다.

본 발명을 실시하는데 있어서 이와같은 장치를 작동시키는 순서는 다음과 같다.

구멍이 뚫린 한개나 그 이상의 연료봉을 레토르트 내에 넣고 압력밀폐문을 잠근다. 다음에 발브장치(28)를 열고 진공펌프(30)를 가동한다. 레토르트를 가급적 1psia 미만의 압력이 되도록 배기시킨다. 물론 이때 연료봉의 내부도 배기작용의 영향을 받아서 내부로부터 증기가 빠져나오게 된다. 어떠한 경우건, 압력계(24)에 나타나는 바에 의하여 원하는 정도로 배기되었을 때 발브장치(28)를 닫고 진공펌프(30)를 정지시킨다. 이어서 발브장치(34)를 열고 공급캐니스터(36)로부터 알코올과 같은 탈수제를 레토르트(20)에 채워 준다. 실제적으로 시약의 보급은 탈수제의 물리적 상태에 따라 여러가지 방식으로 이루어진다(도시되지 않음). 가급적 탈수제는 레토르트 내에서 증기형태인 것이 좋다. 레토르트는 발브장치(34)를 닫기 전에 압력이 5psia를 넘을 때까지 탈수제를 채워주어야 한다. 이러한 조건에 의해, 시약이 연료봉의 구멍을 통하여서 고체연료상에 접촉하게 된다. 탈수제는 자신의 성질에 의해 연료봉 및 연료물질의 내부로부터 쉽사리 습기를 흡수한다. 열원(26)은, 크로모톡스 스트립가열소자(素子)(Chromolox Strip Heating Elements)와 같이 간접적으로 작용하며 한편 변화시키므로써 전기적으로 될 수 있는 것으로서, 이를 활성화시켜 레토르트 내의 온도가 섭씨 100도 이상이 되도록 해준다. 이러한 온도가 되면 연료 내에 원래 및 퍼센트의 수분이 함유되어 있었던 간에 불과 탈수제용액의 증발이 확실해진다. 이러한 온도 및 압력의 상태를 충분한 시간동안 유지하여 용액이 완전히 증발되도록 한다. 걸리는 시간은 어느정도 탈수제의 성질에 따라 달라지게 된다. 완전히 증발시킨 후 발브장치(28)을 열어 다시 진공펌프(30)로 레토르트(20)를 배기시킨다. 배기물은 탈수제를 함유하고 있으므로 가급적 냉각기나 다른 형태의 처리장치로 보낸다(도시되지 않음). 배기시킨 후, 발브장치(28)를 닫고 진공펌프(30)를 정지시키고 레토르트에 헬륨과 같은 건조한 불활성 기체를 채워주게 되는데, 이때 이 불활성 기체는 펌프(30)를 정지시킨 후 열어준 발브장치(38)를 거치면서 공급탱크(40)로부터 공급된다.

이 공급탱크 내의 가압된 기체상태와 레토르트 내의 배기시킨 상태 사이의 압력차에 의하여 레토르트에 기체가 채워지게 된다. 대기압에 도달할 때까지 불활성 기체를 레토르트에 채워준 후 발브장치(38)를 닫는다. 레토르트와 그의 내용물이 주위온도까지 식도록 방치한다. 이와같이 방치한 후 연료봉들을 제거하고, 1973년 11월 20일자로 공보된 “레이저 천공 및 밀폐에 의한 연료봉의 가압화(加壓化)”(Pressurization of Fuel Rods by Laser Drilling and sealing)라는 제목을 가진 Heer 등의 미국 특허 제3,774,010호의 방식에 따라서 가압(加壓)을 하게 되는데, 이 미국 특허 역시 본 발명의 양수인에게 양도되었던 것이다. 다음에 캡에 있는 작은 구멍을 신속하게 밀봉하여 연료가 주위로부터 수분을 흡수할 가능성을 최소로 해준다.

앞서도 언급되었듯이, 연료물질은 펠릿이나 분말형태로 만들어지게 되고, 또한 이러한 조작에 흔히 사용되는 물질들로 구성된다. 연료물질에 있어 한가지 필수적인 점은 사용되는 탈수제와 이 연료가 아무런 반응을 하지 않아야 한다는 것이다.

본 발명의 구체적인 실시예 있어서는 탈수제로 메탄올이나 아세톤을 사용하게 된다. 또한 탈수제는 레토르트 내에서 가급적 기체상태인 것이 좋다.

물론 본 발명을 실시하는데 있어 레토르트 내에서 액체상태인 탈수제를 사용할 수 있지만 이런 경우 펌프장치 및 발브장치가 추가로 더 필요하게 된다.

본 발명을 실시하는데 있어 다른 탈수제를 사용할 수도 있다. 필수적으로 제한되는 것은 아니지만, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸을 포함하는 알코올이나 2차 부틸 알코올, 3차 부틸 알코올 등 비등점이 낮은 알코올들이 모두 사용될 수 있다. 필수적으로 제한되는 것은 아니지만, 메틸에틸케톤, 메틸 n-프로필 케톤, 디에틸 케톤 및 바이아세틸 등을 포함하는 케톤들도 또한 사용될 수 있다. 또한 상황에 따라서는 위 물질의 혼합물들도 사용할 수 있다. 다른 시약이라도 물과 결합하여 물보다 낮은 비등점을 갖는 용액을 만드는 것은 사용될 수 있다.

건조한 불활성 기체로는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논 및 라돈 중에서 하나를 선택하게 된다. 또한 질소 및, 다른 기체들로서 시행조건하에서 상대적으로 불활성인 기체들도 본 발명을 시행하는데 사용될 수 있다는 것을 알게 되었다. 증발시킨 탈수제-수분 혼합물을 레토르트로부터 배기시킨 이후로의 추가적인 공정단계에서는 다소 변화가 있을 수 있음을 알게 될 것이다. 예를들어, 연료봉을 레토르트 내에서 식히기 전에 밀봉할 수도 있고 또는 레토르트에 건조한 불활성 기체를 채우기 전에 밀봉하므로써 뒤이어 연료봉을 이루는 물질이 산화되는 것을 방지할 수도 있다. 가압화된 연료봉이 필요하다면, 연료봉을 불활성 기체로 가압하고 그대로 레토르트 내에서 밀봉하도록 한다.

Claims (1)

1. 도시하고 본문에 상술한 바와 같이, 캡슈울 내의 핵분열체 및 비핵분열체의 수분을 건조하는데 있어서, 캡슐에 적어도 한개의 구멍을 뚫어 이로 밀폐된 레토르트에 넣고 함께 배기시킨 후 유동성의 탈수제로 레토르트를 채워 캡슐 내의 물체에 함유된 수분과 결합시키고 이 탈수제와 수분의 혼합물을 레토르트 내에서 증발시키는 것을 특징으로 하는 캡슈울 내의 핵분열체 및 비핵분열체의 건조방법.

Images