핵연료집합체

핵연료집합체[Fuel Assembly]

핵연료 집합체는 연료봉지지 및 위치를 고정하여 적절한 공간이 유지되도록 함으로써 어떠한 조건하에서도 노심냉각이 가능하도록 기하학적 형상을 유지시키고, 제어봉 삽입 및 인출시의 과도한 접촉 마모를 방지하여 노내 중성자속 감시설비와 중성자원을 지지하기 위해 사용된다.

• 연료봉(Fuel Rod)

연료봉은 지르칼로이-4 재질의 피복재내에 저농축 이산화우라늄의 원통형 세라믹 펠렛, 스테인레스강 압축스프링 및 연료봉 상하단의 알루미나 스페이서를 삽입한 후 헬륨기체를 가압하여 제작된다. 치수는 외경 0.382″, 내경 0.332″, 길이 161.318″이고, 유효길이는 150″이다.

지르코늄는 인화성이 매우 높아, 2,200℉이상에서는 지르코늄과 물의 반응이 발생되어 피복재 성능이 나빠지므로 지르칼로이-4 취급시에는 특별한 주의가 필요하다. 상부의 공동부는 펠렛의 축방향 열팽창 공간을 제공하고 압축 스프링을 수용하며 연료봉 내압을 적절히 유지하도록 설계되었고 펠렛을 이탈하는 분열성 기체를 수용할 수 있어야 하므로 내압유지가 주요한 설계요소이다. 피복재내외 차압으로 인한 응력을 줄여 설계수명중 피복재 손상을 배제하고, 헬륨으로 연료봉을 가압하는 이유는 펠렛과 피복재간의 열전도도를 향상시키기 위해 초기에 다른 기체에 비해 열전도율이 높기 때문이디. 이 초기 가압은 노심수명 말기에 설계 첨두 국부출력밀도로 운전시, 내압 최고치가 외측으로 피복재 크리이프(Creep)를 유발하지 않고, 정상운전 압력을 초과하지 않도록 약 380Psig로 가압한다.

• 독물질봉

노심수명 초기에 감속재 온도계수의 정(+)반응도정도를 줄이고, 제어봉 인출시 안내봉내로 냉각재 유입으로 인한 국부적 출력증가를 발생시키는 현상(Water Hole Peaking)을 감소시키기 위해 가연성 중성자 흡수봉들이 일부 연료집합체에 내장되며, 이들은 연료봉과 흡사하여 연료봉과 대체되어 위치한다. 독물질봉은 4w/o 농축 Gd2O3와 천연우라늄(UO2)의 혼합물로서 봉길이는 136″이다.

• 연료집합체 (Fuel Assembly)

연료집합체는 236개의 연료봉 및 독물질봉이 16×16 배열로 위치하며, 5개의 안내관, 11개의 연료봉 스페이서 그리드, 상하부 엔드피팅(End Fitting), 누름장치(Hold down Device)등으로 구성되고, 외측 안내관 4개, 스페이서 그리드 및 상하부 피팅으로서 연료집합체의 골격을 형성한다. 연료집합체의 그리드는 10개의 지르칼로이-4 스페이서 그리드, 최하단의 인코넬-625 스페이서 그리드와 5개의 지르칼로이-4 안내관, 2개의 스테인레스강 상하부 엔드피팅 및 4개의 인코넬 코일스프링으로 이루어져있다.