KR101565429B1 - 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉 - Google Patents

냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉 Download PDF

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Abstract

냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉이 개시된다. 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉은 중공 원통 형상으로 길이 방향을 따라 원형 단면을 가지는 외부 피복관; 중공 원통 형상으로 상기 외부 피복관 보다 작은 직경을 가지며, 상기 외부 피복관의 중공부에 위치되고, 정상상태에서 소성변형이 일어나지 않으며, 냉각수상실사고 발생시 상기 외부 피복관에 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하기 전에 탄성좌굴이 발생하는 두께를 가지는 내부 피복관을 포함한다.

Description

냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉{A dual-cooled annular nuclear fuel rod tolerant for the loss of coolant accident}
본 발명은 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉에 관한 것이다. 보다 상세하게는 이중냉각 핵연료봉의 내부 피복관의 두께를 조절하여 냉각수 상실사고 시 핵연료 파손에 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉에 관한 것이다.
원자력안전(nuclear safety)이란 원자력설비에서 발생하는 방사선(radioactive rays)으로부터 개인 및 공중과 환경을 보호하는 것을 의미하며, 원자력의 평화적 이용에 절대적으로 필요한 원자력공학(nuclear engineering)의 한 분야이다.
원자력발전은 과거 반세기가 넘는 기간 동안 주요 산업국가에서 중요한 에너지원으로 자리 매김하였으며, 현재에는 세계적으로 400여기의 원자력발전소가 운영되고 있다. 대한민국의 경우에도 1978년 원자력발전이 시작된 이래 경제성장과 함께 계속 증가하여 왔으며, 대한민국 전체 발전량의 30% 이상을 담당하고 있다. 이처럼, 원자력발전소의 증가와 함께 원자력안전과 규제에 대한 관심과 중요성도 더욱 커지고 있다. 특히, 2011년 3월 11일에 발생한 후쿠시마 원자력 사고 이후, 원자력발전시설의 안전성에 대한 우려의 목소리가 커지고 있으며, 원자로 및 핵연료의 안전성 문제가 보다 중요시 되고 있다.
한편, 원전 안전해석은 원전의 설계에 따라 법으로 규정된 다양한 설계기준사고의 허용기준이 만족함을 확인하여 원전 설계의 안전성을 평가한다. 또한, 원자력발전소의 안전성 및 운전성 확보를 위해 원자로 보호계통 및 안전계통의 설계 및 운영기술지침서에 필요한 정보(운전제한 조건, 안전계통 설정치 등)를 제공한다. 정상상태를 벗어나 예상되는 운전과도상태 시에는 원자로 안전정지를 보장하고 설계기준사고(DBA: Design Basis Accident)인 냉각수상실사고(LOCA: Loss Of Coolant Accident)에 대해서도 비상급수냉각시스템(ECCS: Emergency Core Cooling System) 등의 안전계통을 설계하고 안전해석을 수행하여 노심용융사고 가능성을 실질적으로 배제하려는 노력을 기울여 왔다.
설계기준사고는 발전소의 각 운전조건에서 해당하는 안전 기능을 보장하기 위하여 설계 시에 고려되는 가상사고(postulated accident)를 의미하며, 과도상태, 기기 고장 및 운전원 실수, 자연재해 등 발전소에서 발생 가능한 초기 사건을 포함한다. 이때 보장이 요구되는 안전계통의 기능은 첫째, 원자로 냉각재 압력경계의 건전성을 유지하고, 둘째, 원자로 안전정지 및 안전정지 상태를 유지해야 하며, 셋째, 사고 시 환경으로 누출되는 방사성 물질이 법적 제한치를 초과하지 않도록 사고를 방지하거나 사고를 완화하여야 한다.
앞서 언급한 냉각수상실사고 발생 시, 기존 원통형 핵연료봉에 연료봉 내압의 증가로 인한 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하여 냉각유로 형성을 방해함으로 인해, 비상냉각계통으로부터 원자로 냉각을 위한 살수가 진행될 때, 핵연료봉을 적절히 냉각시킬 수 없다는 문제가 발생할 수 있다. 도1은 상용 경수로 핵연료봉의 피복관을 이용하여 냉각수상실사고를 모사한 실험에서 관찰된 벌루닝(Ballooning) 파손 형상을 보여준다.
따라서, 현재 개발된 이중냉각 핵연료봉의 설계에서 사고저항성을 갖도록 설계하여 상용이전에 보다 안전한 핵연료를 제공할 필요성이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 냉각수상실사고 시, 외부 피복관에서 벌루닝 현상이 발생하기 전에 내부 피복관에서 탄성좌굴 현상이 발생하도록 함으로써 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 정상상태에서 소성변형이 일어나지 않는 내부 피복관을 포함하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉은 중공 원통 형상으로 길이 방향을 따라 원형 단면을 가지는 외부 피복관; 중공 원통 형상으로 상기 외부 피복관 보다 작은 직경을 가지며, 상기 외부 피복관의 중공부에 위치되고, 정상상태에서 소성변형이 일어나지 않으며, 냉각수 상실사고 발생시 상기 외부 피복관에 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하기 전에 탄성좌굴이 발생하는 두께를 가지는 내부 피복관; 및 상기 외부 피복관 및 내부 피복관 사이에 형성되는 공간에 충전되어 핵분열로 에너지를 발생시키는 소결체를 포함할 수 있다.
또한, 중공 원통 형상으로 길이 방향을 따라 원형 단면을 가지는 외부 피복관; 중공 원통 형상으로 상기 외부 피복관 보다 작은 직경을 가지며, 상기 외부 피복관의 중공부에 위치되는 내부 피복관; 및 상기 외부 피복관 및 내부 피복관 사이에 형성되는 공간에 충전되어 핵분열로 에너지를 발생시키는 소결체를 포함하되, 상기 내부 피복관의 두께는 탄성좌굴이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
Figure 112014079633186-pat00001
)보다 작고, 상기 벌루닝이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
Figure 112014079633186-pat00002
)보다 클 수 있다.
본 발명에 따른 제목에 의하면, 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉은 정상상태에서 건전성을 유지하고, 냉각수상실사고 상태에서 내부 피복관에 좌굴이 발생하도록 하여 외부 피복관의 벌루닝 변형을 방지할 수 있다. 이를 통해, 이중냉각 핵연료의 사고저항성을 높일 수 있다. 또한, 내부 피복관이 탄성좌굴됨에 따라 내부 피복관과 외부 피복관 사이의 부피가 커져 핵연료봉 내부의 압력이 줄어들고, 동시에 외부 피복관의 벌루닝 파손 억제를 위한 여유도(margine)는 커지므로써, 냉각수상실사고 상태에서 오랫동안 안전상태를 유지할 수 있는 이중냉각 핵연료봉을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 연료봉으로 냉각수상실사고 시 발생하는 벌루닝 파손 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중냉각 핵연료봉을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중냉각 핵연료봉 내부 피복관의 탄성좌굴 형상을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중냉각 핵연료봉을 나타낸 도면으로 이중냉각 핵연료봉의 단면을 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 이중냉각 핵연료봉은 외부 피복관(70), 내부 피복관(30)을 포함한다. 또한, 도 2(b)를 참조하면, 내부 피복관(30)과 외부 피복관(70)사이에는 내부 공간(51)이 형성된다. 상기 내부 공간(51)에 소결체(50)가 충진되어 이중냉각 핵연료봉으로 사용된다(도2의 (a)참조).
우선, 이중 냉각 핵연료봉의 구조에 대해 상세하게 설명하면, 외부 피복관(70)은 중공 원통 형상으로 길이 방향을 따라 원형 단면을 가지고, 내부 피복관(30)은 중공 원통 형상으로 외부 피복관(70) 보다 작은 직경을 가지며, 외부 피복관(70)의 중공부에 위치된다. 또한, 소결체(50)는 외부 피복관(70) 및 내부 피복관(30) 사이에 형성되는 공간에 충전되어 핵분열로 에너지를 발생시킨다. 이때, 외부 피복관(70)은 원자력 사고가 발생하지 않는 정상상태에서 좌굴(buckling) 변형이 일어나지 않는 두께로 설계한다.
이어, 이중냉각 핵연료봉의 정상 운전 시와 냉각수 상실사고 시의 구조에 대하여 상세하게 설명하면, 정상 운전 중에 내부 피복관(30)은 팽창하는 방향(외부 피복관 방향)으로 응력이 발생한다. 이는, 정상 상태에서 이중냉각 핵연료봉 내부 피복관의 내부(10)가 약 15 MPa정도의 운전 중 원자로 냉각수 압력을 유지하여 소결체(50)의 연소에 따른 핵분열 생성 기체로부터 내부 피복관(30)의 외부에 가해지는 압력보다 내부 피복관의 내부(10)의 압력이 더 크기 때문에 발생하는 현상이다.
반면에, 냉각수상실사고 시에 내부 피복관(30)은 수축하는 방향으로 응력이 발생한다. 이는, 냉각수상실사고 발생시, 내부 피복관의 내부(10)의 압력이 대기압으로 떨어짐으로써, 소결체(50)의 연소에 따른 핵분열 생성 기체에 의해 내부 피복관(30)의 외부에 가해지는 압력보다 내부 피복관의 내부(10)의 압력이 더 작기 때문에 발생하는 현상이다. 이를 통해, 냉각수상실사고가 발생하면, 내부 피복관(30)의 두께에 따라 탄성좌굴이 발생할 수 있음을 알 수 있다.
외부피복관(70)의 외부 압력 또한 정상상태에서는 운전 중 원자로 냉각수 압력인 약 15 MPa를 유지하지만, 냉각수상실사고가 발생하는 경우, 대기압으로 하강한다. 따라서, 냉각수상실사고가 발생하는 경우, 외부 피복관(70)에는 두께에 따라 벌루닝 형상이 발생할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 외부 피복관(70)의 벌루닝 현상을 방지하기 위해, 외부 피복관(70)에 벌루닝 현상이 발생하기 전에 내부 피복관(30)이 먼저 좌굴될 수 있도록 내부 피복관(30)의 두께를 설정할 필요가 있으며, 본 발명은 원자로 냉각수 상실 사고 시 외부 피복관의 벌루닝 현상을 방지하기 위한 내부 피복관의 두께 설계에 관한 것이다.
상술한 바와 같이, 냉각수상실사고 발생 시 외부 피복관(70)에 벌루닝 변형이 발생하기 전에 내부 피복관(30)이 먼저 좌굴될 수 있도록 내부 피복관(30)의 두께를 적절히 설정해야 한다. 보다 상세하게 설명하면, 내부 피복관(30)은 정상상태에서 소성변형이 일어나지 않도록 하기 위해, 내부 피복관(30)에서 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하는 두께 보다 더 두꺼운 두께를 갖는 동시에, 냉각수 상실사고 시 내부 피복관에 좌굴이 개시되는 두께 보다 더 얇은 두께를 가진다.
이제 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 수학식을 사용한다. 이때 내부 또는 외부 피복관의 변형을 야기시키는 하중으로서 압력에 대한 정의를 아래와 같이 한다. 이때 본 발명은 내부 피복관의 변형과 관계하므로, 내부 피복관의 관점에서 존재하는 압력의 위치를 기준으로 한다. 내부 피복관의 외부는 소결체가 존재하는 이중냉각 핵연료봉의 내부에 해당하며 소결체의 연소에 따른 핵분열 생성기체의 압력이 작용하는 영역이다. 이는 내부 피복관을 기준으로 외부에 해당하고 본 명세서에서는 p o 라 표기한다. 한편, 정상 상태에서는 약 15 MPa의 원자로 냉각수 압력이 되고 냉각수 상실사고 시에는 대기압이 되는 내부 피복관의 내부의 압력을 각각 p i , normal , p i , LOCA 라 표기한다.
내부 피복관(30)이 내압에 의해 외부로 팽창하는 변형을 할 경우, 내부 피복관의 두께는 수학식 1를 이용하여 산출될 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00003
여기서,
Figure 112014079633186-pat00004
는 피복관을 팽창 시킬 때의 원주방향 응력이며,
Figure 112014079633186-pat00005
는 피복관을 팽창시키는 내압이고,
Figure 112014079633186-pat00006
및
Figure 112014079633186-pat00007
는 피복관의 반경 및 두께이다.
수학식 1을 이용하면, 내부 피복관(30)에 내압에 의해 벌루닝이 발생하는 경우, 내부 피복관의 두께는 수학식 1에 의해 도출된 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00008
여기서,
Figure 112014079633186-pat00009
는 상기 벌루닝이 발생하는 경우의 상기 내부 피복관 두께이고,
Figure 112014079633186-pat00010
은 상기 내부 피복관의 반경이고,
Figure 112014079633186-pat00011
는 상기 내부 피복관을 팽창시키는 내압이고,
Figure 112014079633186-pat00012
는 상기 내부 피복관 재료의 항복강도이고,
Figure 112014079633186-pat00013
는 정상 운전상태에서 소결체(50)의 연소에 따른 핵분열 생성기체의 압력에 의해 내부 피복관(30)이 받는 압력이고,
Figure 112014079633186-pat00014
은 내부 피복관의 내부(10)에서 존재하는 정상 상태에서의 약 15 MPa에 해당하는 원자로 냉각수 압력이다.
이에 반하여, 내부 피복관(30)에 탄성좌굴이 발생하는 경우, 내부 피복관(30)의 두께는 하기의 수학식3을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00015
수학식 3을 이용하면, 내부 피복관(30)에 탄성좌굴이 발생하는 경우, 내부 피복관(30)의 두께는 상기의 수학식 3에 의해 도출된 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00016
여기서,
Figure 112014079633186-pat00017
는 상기 탄성좌굴이 발생하는 경우의 상기 내부 피복관 두께이고,
Figure 112014079633186-pat00018
은 상기 내부 피복관의 반경이고,
Figure 112014079633186-pat00019
는 상기 내부 피복관의 프와송비이고,
Figure 112014079633186-pat00020
은 상기 내부 피복관을 수축시키는 경우의 임계좌굴 압력이고,
Figure 112014079633186-pat00021
는 상기 내부 피복관 재료의 탄성계수이고,
Figure 112014079633186-pat00022
는 소결체(50)의 연소에 따른 핵분열 생성기체의 압력에 의해 내부 피복관(30)의 외부가 받는 압력과 냉각수상실사고 시에 내부 피복관의 내부(10)에 존재하는 압력(대기압)과의 차이이다.
수학식 2 및 수학식 4에 사용된 각 상수 값을 고려하면, 일반적인 피복관 재료인 지르코늄 합금의 경우,
Figure 112014079633186-pat00023
의 크기는 1000 MPa이하이고,
Figure 112014079633186-pat00024
의 크기는 10만MPa를 초과하고,
Figure 112014079633186-pat00025
는 최대 0.5의 값을 갖는 양수 이므로, 수학식 2의 최우변값과 수학식 4의 근호 속 값은 모두 1보다 작다는 것을 알 수 있다. 따라서, 동일한 반경의 이중냉각 연료봉의 내부 피복관에서 수학식 4를 만족하는 피복관 두께는 수학식 2를 만족하는 경우보다 항상 크게 된다. 즉, 탄성좌굴이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
Figure 112014079633186-pat00026
)는 벌루닝이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
Figure 112014079633186-pat00027
)보다 항상 크다. 따라서, 탄성좌굴이 발생하지 않는 두께가 결정되면 내압으로 인한 소성변형은 일어나지 않는다.
이를 통해 이중냉각 핵연료봉의 내부 피복관의 두께(
Figure 112014079633186-pat00028
)가
Figure 112014079633186-pat00029
의 조건을 만족시키는 경우, 정상 운전시에는 건전성을 유지하고, 냉각수상실사고시에는 내부 피복관(30)에 좌굴이 발생하게 하여 외부 피복관(70)의 벌루닝 변형을 방지하게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 설명을 위한 것을 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
이중냉각 핵연료봉에 대하여, 외경 15.9 mm의 외부피복관 및 외경은 9.5 mm의 내부 피복관을 고려하였다. 이 때, 피복관 재료 상수(350℃ 때의 Zry-4)는 표1과 같으며, 정상상태의 원자로 냉각수 압력은 15.5 MPa이고, 소결체 연소에 따른 핵분열 생성기체의 압력인 연료봉 내압은 0~5 MPa 로 고려하였다(인장 hoop stress 관련일 때 0, 압축에 의한 탄성좌굴 관련일 때 5 MPa 를 고려함).
Figure 112014079633186-pat00030
상기의 이중냉각 핵연료봉의 치수 및 재료상수를 이용하여, 수학식 1을 이용하여, 벌루닝이 발생하는 않는 경우의 내부 피복관 두께(
Figure 112014079633186-pat00031
)를 알 수 있다. 즉,
Figure 112014079633186-pat00032
를 계산하면,
Figure 112014079633186-pat00033
이기 때문에, 결과적으로 내부 피복관의 두께가 0.22mm이상이면, 정상상태에서 벌루닝 변형이 발생하지 않음을 알 수 있다.
이에 따라, 내부 피복관의 두께를 0.25mm으로 할 때, 탄성좌굴이 발생하는 압력은 수학식 3을 이용하여 하기와 같이 구할 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00034

이를 통해, 냉각수상실사고 시에, 원자로 내부 압력이 봉 내압보다 2.6 MPa 이상 차이가 발생하도록 강하하면 내부 피복관에 탄성좌굴 현상이 발생한다.
한편, 내부피복관이 좌굴될 때의 형상이 도 3(a)와 같이 완전히 압착된다고 가정하면, 내부 피복관(30) 좌굴 전후의 이중냉각 핵연료봉 내부 단면적의 변화는 다음과 같이 산출할 수 있다. 좌굴 전의 이중냉각 핵연료봉의 내부 단면적은 수학식 5와 같으며, 좌굴 후의 이중냉각 핵연료봉의 내부 단면적은 수학식 6과 같다.
Figure 112014079633186-pat00035
여기서, A o 는 내부 피복관의 탄성좌굴 이전 건전한 상태일 때의 이중냉각 핵연료봉 내부의 단면적이며,
Figure 112014079633186-pat00036
는 외부 피복관 내부 반경이고,
Figure 112014079633186-pat00037
는 내부 피복관의 외부 반경이다.
Figure 112014079633186-pat00038
여기서,
Figure 112014079633186-pat00039
는 내부 피복관에 탄성좌굴이 발생하였을 때의 이중냉각 핵연료봉 내부의 단면적이며,
Figure 112014079633186-pat00040
는 내부피복관의 두께,
Figure 112014079633186-pat00041
은 원통 튜브형상인 내부 피복관 단면이 탄성좌굴에 의해 완전히 압착되어 내부 피복관 두께의 두 배의 두께를 갖는 판의 형태로 변형된 경우를 가정할 때, 그 판의 폭을 의미한다. 즉, l은 다음의 수학식 7로부터 구할 수 있다.
Figure 112014079633186-pat00042
따라서, 좌굴 전후 연료봉 내부 체적 증가율은 (150.27-86.59)/86.59의 계산을 통해 73.5%임을 알 수 있다. 이에 따라 압력은 약 58% 감소할 수 있다.
즉, 내부 피복관(30)에 좌굴이 발생하는 순간에, 연료봉 내부의 체적이 증가함에 따른 급격한 압력강하가 발생하므로, 외부 피복관을 바깥으로 팽창시키는 힘도 저하한다. 따라서, 외부 피복관에 벌루닝 변형이 발생하지 않게 된다. 그러나, 실제 내부 피복관의 좌굴이 발생하면, 소결체와의 간섭에 의해 완전히 압착되지 않을 것으로 예상된다. 따라서, 이와 같은 경우를 도 3을 참조하여 하기에 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중냉각 핵연료봉 내부 피복관의 탄성좌굴 형상을 나타낸 도면이다. 즉, 도 3(a)는 내부 피복관(30)이 완전히 압착된 경우를 나타내며, 도 3(b)는 내부 피복관(30)이 완전 압착되지 않고, 소결체와의 간섭에 따른 변형이 일어나는 경우를 나타낸다.
보다 상세하게 설명하면, 실제 내부 피복관(30)에 좌굴이 발생하면 피복관에 비해 현저히 큰 탄성계수를 가지는 우라늄 환형 소결체와의 간섭에 의해 도3(a)와 같은 완전 압착이 일어나기 보다는 도 3(b)와 같은 반원, 초승달 형태의 변형이 일어날 것이다. 이 때, 도 3(b)와 같은 변형이 일어나는 경우, 연료봉 내부의 체적 증가량은 도 3(a)의 경우에 비해 작아질 수 있고, 이에 따라, 압력 강하량 역시 줄어들게 된다. 그러나, 내부 유로가 추가적으로 형성될 수 있으므로 사고저항성 측면에서 긍정적인 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 내부 피복관의 내부
30: 내부 피복관
50: 소결체
51: 내부 공간
70: 외부 피복관

Claims (9)

  1. 중공 원통 형상으로 길이 방향을 따라 원형 단면을 가지는 외부 피복관;
    중공 원통 형상으로 상기 외부 피복관 보다 작은 직경을 가지며, 상기 외부 피복관의 중공부에 위치되고, 내부 피복관에서 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하는 두께보다 두꺼운 두께를 가져 정상상태에서 소성변형이 일어나지 않으며, 냉각수상실사고 발생시 상기 외부 피복관에 벌루닝(Ballooning) 변형이 발생하기 전에 탄성좌굴이 발생하는 두께를 가지는 내부 피복관을 포함하되,
    상기 내부 피복관에 벌루닝 변형이 발생하는 경우, 상기 내부 피복관의 두께는 하기의 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징을 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉:
    Figure 112015082412513-pat00064

    (여기서,
    Figure 112015082412513-pat00065
    는 상기 벌루닝이 발생하는 경우의 상기 내부 피복관 두께이고,
    Figure 112015082412513-pat00066
    은 상기 내부 피복관의 반경이고,
    Figure 112015082412513-pat00067
    는 상기 내부 피복관을 팽창시키는 내압이고,
    Figure 112015082412513-pat00068
    는 상기 내부 피복관 재료의 항복강도이고,
    Figure 112015082412513-pat00069
    는 정상 운전상태에서 소결체에 의해 상기 내부 피복관이 받는 압력이고,
    Figure 112015082412513-pat00070
    는 상기 내부 피복관의 내부에서 발생한 압력임).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 피복관에 상기 탄성좌굴이 발생하는 경우, 상기 내부 피복관의 두께는 하기의 수학식 을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉:
    Figure 112014079633186-pat00050

    여기서,
    Figure 112014079633186-pat00051
    는 상기 탄성좌굴이 발생하는 경우의 상기 내부 피복관 두께이고,
    Figure 112014079633186-pat00052
    은 상기 내부 피복관의 반경이고,
    Figure 112014079633186-pat00053
    는 상기 내부 피복관의 프와송비이고,
    Figure 112014079633186-pat00054
    은 상기 내부 피복관을 수축시키는 경우의 임계좌굴 압력이고,
    Figure 112014079633186-pat00055
    는 상기 내부 피복관 재료의 탄성계수이고,
    Figure 112014079633186-pat00056
    는 냉각수상실사고 시에 소결체에 의해 상기 내부 피복관이 받는 압력과 상기 내부 피복관의 내부에서 발생한 압력의 차임.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 외부 피복관 및 내부 피복관의 재료는 지르코늄인 것을 특징으로 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 피복관이 탄성좌굴이 되는 경우, 상기 내부 피복관의 형상은 완전 압착되지 않고, 변형이 일어나 이중냉각 핵연료봉의 내부유로를 일정부분 유지하는 것을 특징으로 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 변형은 상기 내부 피복관이 반원, 초승달 형상으로 되는 것을 특징으로 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 피복관의 두께는 상기 탄성좌굴이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
    Figure 112015082412513-pat00057
    )보다 작고, 상기 벌루닝이 발생하는 경우의 내부 피복관 두께(
    Figure 112015082412513-pat00058
    )보다 큰 것을 특징으로 하는 냉각수 상실사고 저항성을 갖는 이중냉각 핵연료봉.

  9. 삭제
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