KR820000550B1 - 핵연료봉 제조시 핵연료봉 가압화 확인방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

핵연료봉 제조시 핵연료봉 가압화 확인방법

첨부도면은 핵연료봉을 적당히 가스로 충전시키고, 봉(棒)의 단부 플러그내의 구멍을 밀봉하여 충전된 가스가 연료봉 내부에 함유되어 있는지의 여부를 정확히 측정하기 위한 하나의 방식을 도시한 그림이다.

본 발명은 원자로의 연료봉에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 어느 소정압력의 가스로 충전시킨 연료봉을 확인하는 방법에 관한 것이다.

원자로의 연료봉 제조에 있어서 직경이 약 1.5cm이고, 길이가 약 4.3cm인 지르코러지(zircology), 스테인레스 강철이나 기타 물질로 이루어지는 연료관에 핵연료 입자들을 충전시킨 다음에 연료봉의 한쪽 단부의 플러그나 또는 반대측의 양측 단부 플러그를 용접하기 전에 헬륨이나 다른 불활성 가스로 주입시킨다.

다음에 반응기내에서 연료봉을 조작할 때에 가스의 누설을 방지하기 위해서는 연료봉을 밀봉 용접하여야 하기 때문에 연료봉의 밀봉 여부를 판단하는 확인방법으로서 여기에서는 샘플링 테스트를 취하고 있다.

연료봉 총 숫자중 약 2%~10%를 임의의 샘플링을 취하여 연료봉의 밀봉 용접부위나 또는 단부 플러그에 드릴링을 하여 봉압(棒壓)을 측정한 다음에 각 연료봉을 재가압하고 재밀봉한다.

상기와 같은 샘플링 방법으로는 연료봉의 100%가 올바르게 가압되거나 밀봉되었는지의 여부를 완전히 확인할 수 없는 것이 본 기술의 결점이다. 불량품 봉이 생기는 것은 단부 플러그에 축방향으로 배열한 구멍이나 또는 단부 플러그를 완전히 뚫은 통로를 함유할 수 없기 때문이다. 만일 함유된 경우에는 모르는 사이에 밀봉될 수가 있기 때문에 봉내에 가스를 주입시킬 수가 없다.

단부 플러그 구멍이 개방된 경우에는 구멍 밀봉의 용접공정을 행할시에 용접공이 어떤 경우에는 배기구멍의 밀봉을 못하게 되어 봉내부의 가스가 누설될 수가 있다. 또한 주입실내의 압력을 탐지하는데에 사용되는 압력감지기가 잘못 작동하여, 맨처음에 헬륨가스가 연료봉에 주입되지 않는 경우를 탐지할 수 없는 경우도 있다.

그러므로, 가압한 후에 모든 연료봉이 연속적으로 그리고 완전하게 테스트되는 것을 확인하는 제조방법 없이는 상기 요인들로 이해 가압되지 않거나 밀봉되지 않은 몇 개의 연료봉이 생긴다는 것은 명백하다.

따라서, 본 발명의 주목적은 연료봉을 모두 100% 검사하고, 제조된 연료봉이 모두 필요조건으로 가압되었는지의 여부를 확인하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적에 의하면은 본 발명은 핵입자로 충전시킨 연료봉의 한쪽 단부를 기지용적의 플리넘 쳄버(plenum-chamber)에 삽입하여 상기 연료봉의 다른쪽 단부를 밀봉하고, 상기 한쪽 단부내에 플리넘쳄버와 연료봉 내부 사이를 소통하는 구멍이 있는 단부 플러그를 가지며, 상기 쳄버벽 내부에 상기봉을 임시로 밀봉하고, 가스에 의하여 원자로 연료봉 제조시 핵연료봉이 가압되는 여부를 측정하는 방법으로서 하기와 같은 특징을 갖는, 즉 기지용적의 제1용기에 고압원(高壓源)의 불활성 가스를 주입시킨 다음에 상기 제1용기와 상기 고압원을 분리하고, 상기 제1용기와 상기 플리넘 쳄버 사이를 소통시켜, 상기 제1용기로부터 플리넘 쳄버 내부로 또한 상기 단부의 플러그 구멍을 통하여 플리넘 쳄버로부터 상기 연료봉 내부로 가스를 방출시켜서, 플리넘 쳄버의 가스로 연료봉을 충전시키고, 감지기가 두 값 중 보다 적은 값을 표시할 때에만 용접에 의해 상기 단부 플러그내의 구멍을 밀봉시킴에 따라 높은 값이나 낮은 값을 나타내는 식 P₁V₁=P₂V₂=…P_nV_n에 의해서 계(系)의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 가스에 의한 핵연료봉 가압되는 여부를 측정하는 방법이다.

본 발명은 핵연료봉을 적당히 가스로 충전시키고, 봉의 단부를 플러그내의 구멍을 밀봉하여, 충전된 가스가 연료봉 내부에 함유되어 있는지의 여부를 정확히 측정하기 위하여, 하기에 서술된 바람직한 실시예에 대하여 하나의 그림만으로 도시한 실시예로서 본 발명은 보다 더 쉽게 명백해질 것이다.

도면에 의하면 시판의 반응기에 사용되어 왔던 종전 타입의 지르코러지, 스테인레스 강철이나 기타의 핵연료봉10은 반대측 단부에 용접된 단부 플러그12를 갖이며, 여기에는 정확한 양의 핵연료입자들이 충전되어 있다. 단부 플러그 중의 하나에는 연료봉을 가스로 충전시키는데에 사용되는 구멍13이 축방향이나 방사형으로 뻗어 있다. 연료봉은 제조 공정시에 모두 연속 가압상태로 되며, 단부 플러그내를 가스로 충전시키는 구멍13을 갖고 있는 연료봉은 모두 V 플리넘 쳄버벽 내부에 밀봉된다. 쳄버에는 단부 플러그내의 구멍13을 밀봉 용접하기 위한 전극16이 에너지 원(源)18에 연결되어 있다. 가스 파이프22내의 압력 감지기20은 계의 압력을 탐지한다.

계에 가스를 공급시키기 위하여 이를테면, 헬륨의 고압가스원(源) P₀가 발브24를 통하여 제1쳄버에 연결되어 있으며, 제2발브26은 나머지 계로부터 가스 압력원 P₀와 쳄버 V₁를 분리시켜 주는 작용을 한다.

제2용기 V₂는 발브28을 통하여 폴리넘 쳄버14에 연결되어 있다. 연료봉10을 플리넘 쳄버14 벽 내부에 밀봉시킨 다음에 제1단계 공정은 발브24를 개방하고 발브26을 폐쇄함으로서 헬륨원 P₀가스에 의해서 제1용기 V₁를 충전시키는 것이다. 다음에 헬륨원 P₀를 발브24로 분리하고 발브26을 개방하여 V₁를 플리넘 쳄버14에 연결시킨다. 발브28은 폐쇄되어 있기 때문에 V₁은 폴리넘 쳄버14 내부의 연료봉10으로 방출된다. 쳄버 V₁과 플리넘14의 용적은 알고 있기 때문에 단부 플러그 구멍이 개방된 경우 연료봉 내부와 플리넘14는 서로 연결되기 때문에 계내의 압력은 V₁이 플리넘 쳄버14 내부에만 뻗어 있는 경우보다도 더 적어진다.

도면에서 단부 플러그12가 올바르게 밀봉되어 있는지의 여부를 결정하는 데에는 쳄버 V₁및 V₂의 용적이 모두 60㎤, 플리넘14는 20㎤, 봉 용적 V봉은 40㎤라고 가정할 경우에 압력원 P₀는 30kg/㎠이 된다. 따라서 쳄버 사이에는 하기 관계식이 성립한다.

V₁=V₂=V봉 + V플리넘 및 P₁V₁=P₂V₂=P_nV_n.

조작 60㎤인 쳄버 V₁에 30kg/㎠의 고압원 P₀를 충전시킬 경우에 P₀V₁적(積)은 30×60=1800kg/cm가 된다.

다음에 발브24를 폐쇄하여 쳄버 V₁을 압력원 P₀와 분리시킨다.

다음에 발브28을 폐쇄하고 발브26을 개방하여 V₁를 플리넘14 내부로 방출시킨다. 단부 플러그12 내의 구멍13이 개방된 경우에는 연료봉에는 반드시 가스가 충전되고 감지기20에는 직독(直讀)의 압력차가 나타난다. 하기 방식의 압력차들은 단부 플러그 구멍이 폐쇄(개방안됨)되거나 개방(구멍)된 경우의 직독값이다.

(1) 단부 플러그 구멍이 개방안된 경우

V₁이 폴리넘 쳄버14 내부로 방출될 때 단부 플러그를 통하여 축방향으로 구멍이 완전히 드릴이 안된 경우나 또는 구멍13 내부가 막혀서 연료봉 내부에 가스 흐름이 제어되는 경우에는 계의 압력은 하기식에 도시된 바와 같이 쳄버 V₁과 플리넘14만이 계의 압력을 갖기 때문에 높아진다.

이와 같이 400psi의 비교적 높은 값은 단부 플러그 구멍이 완전히 드릴이 안된 경우나 또는 구멍이 드릴은 되었으나 막혀 있는 사실을 작업자에게는 나타내게 되는 것이다. 이같은 상태에서는 드릴이나 또는 기타 조작을 위하여 V 플리넘 쳄버로부터 연료봉을 꺼내야 한다.

(2) 단부 플러그 구멍이 개방된 경우

V₁이 V 플리넘 내부의 연료봉에 방출될 때, 구멍이 개방되어 있으므로 하기와 같이 계의 압력은 단부 플러그 구멍이 폐쇄되어 있는 선행조건보다도 반드시 낮아진다.

이와 같이 비교적 낮은 압력의 감지기 값은 단부 플러그 구멍13이 개방되어 있는 연료봉이 P₀원(源)의 헬륨으로 충전되어 있는 사실을 나타낸다. 이같은 상태에서는 쳄버내의 가스 조건을 유지시키고, 용접원18을 자극시켜 구멍13을 밀봉 용접한다.

다음 단계의 공정은 단부 플러그 구멍13이 올바르게 밀봉 용접되어 있으며 계속해서 일어날 다음 조작의 모든 조건하에서 연료봉 내에 가스를 유지할 능력이 있는가를 확인하는 것이다.

용접한 다음에는 발브26을 폐쇄하고 발브28을 개방하여 계 내부의 가스를 쳄버 V 내부로 방출되도록 한다. 플러그 구멍13이 올바르게 밀봉 용접된 경우에는 불량품 용접이 생기는 경우의 계의 압력보다도 계의 압력은 더 커진다.

(3) 단부 플러그 구멍이 밀봉된 경우

작업자가 이와 같이 비교적 낮은 값을 관찰한 경우에는 구멍이 훌륭하게 용접되었으며 연료봉이 올바르게 밀봉되었다는 사실은 명백한 것이다.

발브30을 통하여 계로부터 가스를 방출시키고 제조공정에서 다음 처리를 위하여 폴리넘 쳄버로부터 연료봉을 끄집어 낸다.

(4) 단부 플러그 구멍이 밀봉안된 공정의 경우

15kg/㎠과 같이 비교적 높은 값은 단부 플러그 구멍의 밀봉이 불량품이기 때문에 핵연료봉을 끄집어 낸 다음에 적절한 조처를 취해 연료봉을 재생하고 단부 플러그 구멍13을 재용접할 수 있는 상태의 부위로 수리할 필요가 있다는 사실을 가리킨다.

용접의 완전성을 측정하는 상기 방법에는 계내의 쳄버 V₁이 제외되지마는, 용접이 올바르게 행해졌는지의 여부를 가리키는 이상적인 계의 압력 및 계의 전형적인 압력에 도달한 경우에는 쳄버 V₁을 포함시키는 것이 명백하다.

따라서 압력 감지기20을 관찰함으로서 단부 플러그 구멍에 의해서 가스로 핵 연료봉을 충전시킬 수 있는 여부를 작업자는 직접 결정할 수가 있다. 가스로 핵연료봉을 충전할 수 있으면 용접한 이후에도 핵연료봉에 가스가 효과적으로 밀봉되어 있다는 사실을 계의 압력으로서 나타난다.

테스트가 종료될 때에는 계의 압력은 배기 발브30을 통하여 대기로 배기된다. 용접 작업시 불운하게도 제품에 가스가 오염된 경우에는 적절한 필터를 사용하여 제품을 깨끗하게 재생할 수가 있다.

상기에서 서술한 방법을 실시하여 얻어지는 중요한 잇점은 100%의 연료봉을 테스트하는 데에 있어 본 연료봉 제조공정에는 유일한 하나의 추가 조작만이 필요로 하는 것이다. 각각의 연료봉은 가스로 충전하여야 하기 때문에 제조 공정이나 각계내에 있어서 연료봉의 정상적인 흐름 공정으로부터 각각의 연료봉은 전환, 이동이나 변화가 되지 않는다. 따라서 연료봉 내부로 가스가 흐르기 이전에 가스를 수용하는 플리넘 쳄버내로 연료봉을 이송시켜서 이 쳄버내에 밀봉시켜야 한다. 이어서 바로 용접기구를 사용하여 가스 주입한 후의 단부 플러그 구멍을 밀봉 용접해야 한다. 같은 기구를 같은 방법으로 사용하여 동일한 조처를 모두 실시한다. 본 발명을 실시하는데 필요로 하는 유일한 추가기구는 두 개의 쳄버(V₁과 V₂) 및 두 개의 발브26,28이다. 폴리넘 쳄버14를 주입하며, 발브24,26을 조작하고, 다시 용접 완전성의 여부를 측정하는 감지기를 관찰하는 동안에 작업자가 압력 감지기20을 관찰하는 데에 있어서 필요로 하는 시간은 추가시간을 포함하여 불과 몇초에 지나지 않는다.

상기에 서술된 계는 플루토늄, 우라늄-토륨 등의 입자를 갖는 연료봉을 밀봉하는데에도 또한 사용된다.

연료봉을 가압하고 용접조작을 완료한 다음에는 폴리넘 쳄버14를 상기에 서술한 바와 같이 V₂로 방출시킨다. 단부 플러그12내의 구멍13이 밀봉 용접에 안된 경우에는 헬륨이 V₂로 배기될 때에 사용한 플루토늄이나 기타 연료의 방사능 고상 입자들은 연료봉으로부터 폴리넘 쳄버14 내부로 이동될 수가 있다.

이들 미세한 입자들은 테스트할 모든 연료봉들이 어느 정도의 방사선을 나타낼 정도로 계에 혼입될 수가 있다. 발생하는 이들 사태를 차단하기 위하여 선22 내에 필터를 설치하여 모든 방사성 입자들을 흡수 또는 차단시켜 이들 방사성 입자들이 쳄버 V₁이나 V₂에 도달하는 것을 방지하거나 발브30을 통하여 대기 중으로 배기시킨다. 필터32의 방사성 조건은 종래의 방사선 모니터34에 의해서 검사 및 탐지된다.

필터32를 계로부터 제거해야만 하는 것을 모니터34가 가리킬 경우에는 선22 내에 설치된 금속 절단장치36을 작동시켜서 계로부터 필터 및 또는 플리넘 쳄버14를 제거시킨다. 상기에 서술된 내용으로 부터 많은 변법(變法) 및 변화도 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 특별히 서술한 바 이외에는 첨부한 특허청구의 범위내에서 본 발명을 실시할 수가 있다.

Claims (1)

1. 핵입자로 충전시킨 연료봉의 한쪽 단부를 기지용적의 플리넘 쳄버(plenum chamber)에 삽입하여, 상기 연료봉의 다른쪽 단부를 밀봉하고, 상기 한쪽 단부내에 플리넘 쳄버와 연료봉 내부 사이를 소통하는 구멍이 있는 단부 플러그를 가지며, 상기 쳄버벽 내부에 상기봉을 임시로 밀봉하고, 가스에 의하여 핵 반응기 연료봉 제조시 핵연료봉이 가압되는 여부를 측정하는 방법으로서 하기와 같은 특징을 갖는, 즉 기지용적의 제1용기에 고압원(高壓源)의 불활성 가스를 주입시킨 다음에 상기 제1용기와 상기 고압원을 분리하고, 상기 제1용기와 상기 플리넘 쳄버 사이를 소통시켜, 상기 제1용기로부터 플리넘 쳄버 내부로 또한 상기 단부의 플러그 구멍을 통하여 플리넘 쳄버로부터 상기 연료봉 내부로 가스를 방출시켜서, 플리넘 쳄버의 가스로 연료봉을 충전시키고, 감지기가 두 값 중 보다 적은 값을 표시할 때에만 용접에 의해 상기 단부 플러그내의 구멍을 밀봉시킴에 따라 높은 값이나 낮은 값을 나타내는 식, P₁V₁=P₂V₂=…P_nV_n에 의해서 계(系)의 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 가스에 의한 핵연료봉 가압되는 여부를 측정하는 방법.

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