(57)【要約】  本発明は、原子炉が異常稼働され、原子炉で用いられる燃料棒が溶融した後、原子炉の内部格納容器が溶融破損して、重大事故が発生した時、動力や人員の助けなく自動的に溶融した燃料棒を処理することで、放射能漏れを遮断または最小化する装置に関するものである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の内部格納容器の外部に位置する溶融対象物質積載箱と、
前記溶融対象物質積載箱から溶融対象物質を前記内部格納容器の下部に投入可能な溶融対象物質投入管とを含むことを特徴とする、溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【請求項２】
前記溶融対象物質投入管の前記内部格納容器の下部側端部は、支持部材で密閉されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【請求項３】
前記支持部材を外部から除去可能な装置を含むことを特徴とする、請求項２に記載の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【請求項４】
外部からコンクリートを前記内部格納容器の下部に流入させることができるコンクリート打設用管をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【請求項５】
前記原子炉の内部格納容器の下部に位置する節理あるいはジョイントをグラウティングして地下水の流れを遮断する装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【請求項６】
前記原子炉の内部格納容器周辺の地下水の流れを遮断する、前記原子炉の内部格納容器を取り囲む遮水壁をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事故および原子炉の異常な稼働などによって原子炉の炉心冷却機能が失われ、原子炉の燃料棒が溶融した後、内部格納容器が破損して、溶融した核燃料が外部に放出される重大事故が発生した場合、動力や人員の作動なく自動的に溶融した燃料棒を処理することで、放射能漏れを遮断または最小化する装置に関するものである。本発明は、２０１１年８月１２日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１１−００８０７４１号、および２０１１年９月２３日付で出願された韓国特許出願第１０−２０１１−００９６３０９号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、原子力発電所は、原子炉を中心とする核蒸気供給系統と、蒸気を受けて発電機を回すタービン・発電機系統、そして、その他付帯設備に区分される。ここで、原子炉は、核反応時に放出される多量のエネルギーが徐々に放出されるように調整することにより、核エネルギーを電気エネルギーに変換できるようにする機能を有する装置である。
【０００３】
図１は、このような原子力発電所の原子炉およびこれを外部と隔離させる格納容器を示す。図１に示されるように、原子炉の内部格納容器１は、一次隔壁２、二次隔壁４、および格納建物３によって外部環境と隔離されており、内部格納容器１と外部タービンとの間には、加熱された蒸気が原子炉の外部の蒸気タービンを稼働させ、冷却した蒸気は再び内部格納容器に流入する閉鎖型冷却水循環構造をなしている。
【０００４】
前記従来の内部格納容器１の下部には燃料棒６が配置されており、外部環境の急激な変化あるいは事故が発生して原子炉の安定装置がすべて誤作動して制御不能になると、原子炉内部の温度が急激に上昇することがある。この場合、燃料棒６が溶融して原子炉格納容器の外部に溶融した燃料棒が放出され、このような溶融した燃料棒が原子炉の下部のコンクリート構造物および地盤を溶融させて、周辺の土壌および節理を通して流れる地下水を汚染させる状況をもたらすことがある。
【０００５】
したがって、このような燃料棒６の溶融物を抑えて冷却させる装置およびその方法が研究されている。従来、高温の燃料棒溶融物と冷却水を直接反応させる冷却装置が提案されているが、この方法は、密閉された空間で高温の溶融物と冷却水が直接反応することにより、急激な蒸気生成をもたらして蒸気爆発が発生し得る問題があり、冷却させる量に限界があり、蒸気の拡散現象によって二次的な問題も発生することがある。
【０００６】
したがって、前記のような問題を防止可能な、溶融した燃料棒の安全な処理が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、事故および原子炉の異常な稼働などによって原子炉の炉心冷却機能が失われ、原子炉の燃料棒が溶融した後、内部格納容器が破損して、溶融した核燃料が外部に放出される重大事故が発生した場合、動力や人員の作動なく自動的に内部に設けられた骨材やコンクリートなどを溶融した燃料棒と反応させてエネルギーを低減させることにより、格納建物内で長期間にわたって溶融した燃料棒を徐々に冷却させ、放射能漏れを遮断または最小化する装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、原子炉の内部格納容器の外部に位置する溶融対象物質積載箱と、前記溶融対象物質積載箱から溶融対象物質を前記内部格納容器の下部に投入可能な溶融対象物質投入管とを含む、溶融した原子炉燃料棒を処理する装置を提供する。
【０００９】
本発明では、前記溶融対象物質投入管の前記内部格納容器の下部側端部は、支持部材で密閉されていてもよい。
【００１０】
本発明では、前記支持部材を外部から除去可能な装置を含んでいてもよい。
【００１１】
本発明では、外部からコンクリートを前記内部格納容器の下部に流入させることができるコンクリート打設用管をさらに含んでいてもよい。
【００１２】
本発明では、前記原子炉の内部格納容器の下部に位置する節理あるいはジョイントをグラウティングして地下水の流れを遮断する装置をさらに含んでいてもよい。
【００１３】
本発明では、前記原子炉の内部格納容器周辺の地下水の流れを遮断する、前記原子炉の内部格納容器を取り囲む遮水壁をさらに含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、事故および原子炉の異常な稼働などによって原子炉の炉心冷却機能が失われ、原子炉の燃料棒が溶融した後、内部格納容器が破損して、溶融した核燃料が外部に放出される重大事故が発生した場合、動力や人員の作動なく自動的に内部に設けられた骨材やコンクリートなどを溶融した燃料棒と反応させてエネルギーを低減させることにより、格納建物内で長期間にわたって溶融した燃料棒を徐々に冷却させる効果を発揮することができる。
【００１５】
また、本発明は、内部格納容器の周辺に連結されたコンクリート打設用管にコンクリートを注入させて内部にコンクリートを打設することにより、外部と完全に隔離して周辺に放射線が放出されるのを防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、節理とジョイントをグラウティングし、地下遮水壁を設けることにより、地下水が放射能に汚染するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の原子力発電所の原子炉およびこれを外部と隔離させる格納容器の断面図である。
【図２】本発明の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置の断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置の作動方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に説明するために、本発明の最も好ましい実施形態を、添付した図面を参照して説明する。
【００１９】
図２は、本発明の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置の全体的な構造を示す。図２に示されるように、本発明の装置では、内部格納容器１の外周には、一次隔壁２と、二次隔壁４が設けられた格納建物３が形成されており、一次隔壁２は、基礎スラブ８によって支持される。
【００２０】
一次隔壁２の下面には開口部が形成されており、一次隔壁２の下側には、溶融した燃料棒を埋め込むための空洞７が形成されており、好ましくは、格納容器の外部、より具体的には、一次隔壁２の周辺には溶融対象物質積載箱１００が設けられている。溶融対象物質積載箱１００から骨材のような溶融対象物質１０１を前記内部格納容器１の下部の空洞７に投入可能な溶融対象物質投入管１０３が備えられている。
【００２１】
前記溶融対象物質投入管１０３には、開閉を制御可能な開閉バルブ１０４が設けられており、前記溶融対象物質投入管１０３の下部には支持部材１０５で密閉されている。したがって、正常な作動状態では、溶融対象物質投入管１０３は、開閉バルブ１０４および支持部材１０５によって密閉されている。
【００２２】
本発明の第１実施形態では、支持部材１０５は、前記図２に示されるように、それぞれの溶融対象物質投入管１０３の下部を塞ぐ部材である。
【００２３】
あるいは、本発明の第２実施形態では、支持部材は、２つあるいは複数の溶融対象物質投入管１０３の間に配置されかつ、それぞれの溶融対象物質投入管の下端部を塞ぐ部材である。このような第２実施形態の構造において、溶融した原子炉燃料棒が落下する場合、前記支持部材が溶融または破壊されながら、溶融対象物質投入管の下端部が開かれるようになる。
【００２４】
また、開閉バルブ１０４と支持部材１０５は鋼線によって外部に連結されていて、装置の誤作動によって開閉バルブ１０４と支持部材１０５が自動的に除去されない場合、手動的に外部から鋼線を引っ張ることで、開閉バルブ１０４と支持部材１０５を溶融対象物質投入管１０３から除去することもできる。
【００２５】
前記構成により、重大事故の発生時、内部格納容器１から燃料棒６が溶融して落下する場合、前記支持部材１０５が除去され、前記溶融対象物質投入管１０３の開閉バルブ１０４が開かれて、溶融対象物質１０１が内部格納容器１の下部の空洞７に投入される。以後、前記空洞７内部の溶融対象物質が溶融した燃料棒６と反応して反応熱を下げることにより、徐々に冷却する。
【００２６】
内部格納容器１の周辺にはコンクリート打設用管３０が連結されており、コンクリート打設用管３０は、外部のポンプ３１によって、空洞７にコンクリートを打設することができる。また、より好ましくは、一次隔壁２と二次隔壁４との間の空間にもコンクリート打設用管３０が連結されていて、前記空間にもコンクリートが打設できるようにする。
【００２７】
このようなコンクリート打設用管３０は、図示の形態以外の多様な形態に必要に応じて変更可能である。
【００２８】
図３（ａ）〜 図３（ｃ）は、本発明の溶融した原子炉燃料棒を処理する装置の作動方法を示す。図３（ａ）〜 図３（ｃ）は、本発明によって溶融した燃料棒６が内部格納容器１から落下し、積載箱から排出された溶融対象物質が反応して燃料棒６の熱を吸収し、以後、外部からコンクリートが注入される過程を示す。
【００２９】
図３（ａ）は、溶融した燃料棒６が内部格納容器１から分離される状況が発生した時、溶融対象物質が積載箱から内部格納容器１の下部の空洞７に投入される段階である。
【００３０】
以後、図３（ｂ）に示されるように、溶融した燃料棒６が内部格納容器の下部の空洞７に落下して溶融対象物質と反応する。以後、溶融した燃料棒６の反応熱は溶融対象物質を溶融させるのに消耗し、徐々に冷却する。
【００３１】
以後、図３（ｃ）に示されるように、内部格納容器の周辺に連結されたコンクリート打設用管にコンクリートを注入させて内部にコンクリートを打設することにより、外部と完全に隔離して周辺に放射線が放出されるのを防止することができる。
【００３２】
また、追加的に、一次隔壁２と二次隔壁４との間の空間にも、コンクリート打設用管によってコンクリートを注入させて打設することにより、周辺に放射線が放出されるのをより確実に防止することができる。
【００３３】
より好ましくは、前記空洞７周辺の節理あるいはジョイントをグラウティングして地下水の流れを遮断する装置をさらに含むことにより、放射能が前記岩盤の節理やジョイントに沿って流れる地下水が汚染するのを防止することができる。これは、図２の空洞の下部に位置する波形状の節理あるいはジョイントをグラウティングする円形形状のドット２００で示されている。
【００３４】
より好ましくは、前記垂直空洞周辺の地下水の流れを遮断する、前記空洞７を取り囲む遮水壁をさらに含むことにより、前記のような効果をより確実に発揮することができる。これは、図２の原子炉燃料棒を処理する装置の両側面に下側に延びた壁として示されている。
【００３５】
このような構成により、本発明の溶融した原子炉燃料棒を処理する既存の原子炉の改造方法は、事故および原子炉の異常な稼働などによって原子炉の炉心冷却機能が失われ、原子炉の燃料棒が溶融した後、内部格納容器が破損して、溶融した核燃料が外部に放出される重大事故が発生した場合、動力や人員の作動なく自動的に内部に設けられた骨材やコンクリートなどを溶融した燃料棒と反応させてエネルギーを低減させることにより、格納建物内で長期間にわたって溶融した燃料棒を徐々に冷却させる効果を発揮することができる。
【００３６】
特に、本発明は、内部格納容器の周辺に連結されたコンクリート打設用管にコンクリートを注入させて内部にコンクリートを打設することにより、外部と完全に隔離して周辺に放射線が放出されるのを防止することができる。
【００３７】
また、本発明は、節理とジョイントをグラウティングし、地下遮水壁が設けられることにより、地下水が放射能に汚染するのを防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の技術的思想が上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範疇で多様な構成で実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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