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84.01 - 원자로, 방사선을 조사(照射)하지 않은 원자로용 연료 요소(카트리지)와 동위원소 분리용 기기
[호해설] (Ⅰ) 원자로
원자로(nuclear reactor)란 일반적으로 생물보호용 방사선 차폐물(shield) 그 자체(해당사항이 있는 경우)와 그 차폐물에 의하여 차단된 구역 내의 모든 장치와 기기를 포함한다. 또한 차폐물(shield)의 내측에 포함되어 있는 장치와 기기와 일체를 이루고 있는 것이면 차폐된 구역 밖에 있는 다른 장치와 기기도 포함한다.
원자로는 일반적으로 다음 물품으로 구성된다. (A) 노심부(爐心部 : core)(다음의 부분으로 이루어진다) : (1) 핵연료(핵분열성이나 핵연료성의 것). 감속재(moderator) 중에 용해나 분산되어 있거나(균질형 원자로) 연료 요소[카트리지(cartridge)] 중에 농축되어 있다(비균질형 원자로). (2) 감속재(moderator)와 해당사항이 있는 경우 중성자 반사체[예: 베릴륨(beryllium)·흑연·물·중수(heavy water)·디페닐(diphenyl)이나 터페닐(terphenyl)과 같은 특정의 탄화수소] (3) 냉각체(coolant). 이것은 원자로에서 발생되는 열을 제거하는 역할을 한다[이산화탄소·헬륨·중수(heavy water)·용융(鎔融 : molten)나트륨이나 용융(鎔融)비스무트·용융(鎔融)한 나트륨과 칼륨의 혼합물·용융(鎔融)염·특정의 탄화수소 등이 흔히 이 목적으로 사용한다]. 그러나 감속재(moderator)가 흔히 냉각체로도 작용된다. (4) 제어봉(制御棒 : control rods) : 중성자(neutron)를 흡수하는 능력을 두드러지게 갖고 있는 물질의 것(예: 붕소·카드뮴·하프늄)이나 이러한 물질의 합금으로 만든 것이나 화합물로 만든 것이 있다. (B) 기계적 구조물[예: 원자로 용기; 핵연료 요소(카트리지) 로딩용 격자; 냉각체의 이송용 배관; 밸브; 제어봉의 조작기구 등] (C) 측정용·검사용이나 자동 제어용의 기기[예: 중성자원(中性子源 : neutron source)·전리함·열전대(thermocouples)·망원사진기·압력계나 유량계] (D) 열 차폐물(shields)이나 생물학적인 차폐물[강(鋼)·콘크리트나 납으로 만든 것 등]
어떤 경우에는 다른 종류의 장치와 기기가 또한 원자로 설비에 사용하기도 하며, 생물보호용 방사선 차폐물(shield)에 의하여 차단되는 구역 내에 설치되는 경우도 있다. 이러한 것은 원자로의 부분품으로서 본질적인 특성을 갖는 것으로 간주하지 않으므로 각 해당하는 호로 분류해야 한다(아래 제외규정 (c)에서 (ij)까지를 참조할 것).
다만, 원자로의 구성 부분품의 성질·특징과 조립 방식은 상당한 차이가 있을 수 있다. 즉, 원자로의 다양한 형태는 일반적으로 다음의 관점에 의하여 구별된다. (1) 연쇄반응(chain reaction)을 증식시키는 중성자의 에너지[예: 열(저속)로·중속로와 고속로] (2) 원자로의 노심부(爐心部 : core) 안에서 핵분열성(fissile) 물질의 배분(예: 균질형 원자로와 비균질형 원자로) (3) 사용목적[예: 연구용 로·동위원소생산용 로·재료시험용 로·핵분열연료 물질을 핵분열성 물질로 전환하는 노(爐)(전환로와 증식로)·추진용 로·열에너지나 전기에너지의 발생로 등] (4) 사용재료의 종류와 작동의 원리[예: 천연우라늄·농축우라늄·우라늄-토륨·나트륨-흑연·기체흑연·가압수·가압중수·비등수(boiling water)·스위밍 풀(swimming pool)·유기감속기 형식의 노(爐)]
일반적으로 원자로의 크기는 최소한 "임계(臨界 : critical)"현상이 되도록 설계되어 있으므로, 중성자의 외부손실로 인하여 연쇄반응이 중단되는 일은 결코 없다. 그러나 연구목적으로는 중성자원의 추가를 요하는 "아임계(亞臨界) 원자로(subcritical reactors)"가 가끔 사용하기도 한다. 이들 노(爐)도 또한 이 호에 포함한다.
원자로의 부분품이 분리하여 제시하는 경우에는 일반적으로 제16부의 주 제2호의 규정에 따라 분류한다.
제어봉(control rods)과 제어봉 작동기구로의 핵분열반응을 촉발시키기 위하여 부착한 중성자원·용기·핵연료 요소(카트리지)의 삽입용 격자(grid)와 가압 경수로(輕水爐 : water reactor)의 가압기(pressurisers)는 원자로의 부분품으로서 이 호에 분류한다.
다만, 다음의 물품은 원자로 부분품으로 간주하지 않는다. (a) 흑연(제3801호나 제6815호)·베릴륨(제8112호)이나 산화베릴륨(제6914호) 등의 블록(blocks) (b) 금속의 관(metal tubes and pipes)(특수 형태로 되어 있거나, 그 밖의 다른 방법으로 가공하지 않고 단지 성형만 한 것으로 조립되지 않은 상태로 제시한 것. 그러나 원자로의 건설용으로 인정될 수 있는 것인지에는 상관없다)(제15부) (c) 증기 보일러와 그 밖의 증기발생 보일러(제8402호) (d) 열교환기(제8404호나 제8419호) (e) 증기터빈과 그 밖의 증기터빈(제8406호) (f) 펌프(제8413호나 제8414호) (g) 송풍기(제8414호) (h) 물에서 광물성 물질을 추출하는 장치(일반적으로 제8419호나 제8421호) (ij) 연료 요소(fuel elements)의 위치변경이나 추출용의 취급기기와 운반크레인(일반적으로 제8426호) (k) 방사성물품의 기계식 원격조정기(제8428호) (Ⅱ) 방사성 동위원소분리용 기기
이들 그룹은 동위원소 중의 하나의 원소를 화학적 원소나 화합물로 농축하거나 혼합 구성된 동위원소를 완전 분리하는데 사용하도록 제작된 모든 기계적·열관계적·전기적 기기를 포함한다.
가장 중요한 것은 중수(산화중수소)의 생산용이나 우라늄을 U235로 농축하는데 사용하는 기기들이다.
천연의 물을 농축하여 중수를 생산하는 기기들에는 다음과 같은 것을 포함한다. (1) 특수한 분별 분류(fractional distillation) 장치와 정류(精溜) 기기 : 클러스터(clusters)모양과 캐스케이드(cascade)모양의 정돈된 수많은 판으로 구성되고 중수와 표준수 간의 끓는점에 관한 아주 적은 차이점을 이용하는 기기이다[이것은 중수를 연속적으로 더욱더 감소시키는 초기분획물(head fractions)과 연속적으로 더욱 더 농축시키는 최종분획물(tail fractions)을 얻기 위한 것이다]. (2) 액체수소의 저온 분류(分溜 : fractional distillation)에 의하여 중수소를 별도 분리하고 중수를 얻기 위하여 연소시킬 수 있는 기기 (3) 동위원소 교환원리를 이용한(때로는 촉매제 존재 하에서) 중수나 중수소 화합물의 생산용 기기 : 예를 들면, 이중온도 방법에 의한 것이나 서로 다른 액체 상태나 가스 상태 수소의 접촉에 의한 것을 들 수 있다. (4) 물의 전기분해에 의하여 중수를 만들어 내는데 사용하는 전해전지와 생성된 수소와 생성되는 물 그 자체 사이의 동위원소교환과 함께 전기분해를 연결하는 기기 U235로 우라늄을 농축하는 데는 다음 기기가 주로 자주 사용한다. (1) "가스(gas)"(6플루오르화 우라늄)원심분리기라 부르는 특수 원심분리기 : 이것은 플라스틱으로 만든 것이나 철강으로 만든 원통형의 로터(rotor)("사발(bowl)")를 가지고 있으며 매우 빠른 속도로 회전한다.
이들 원심분리기는 안쪽에 6플루오르화 우라늄에 의한 부식을 막도록 처리되어 있다. 실제에 있어서는, 수많은 유닛(unit)을 사용하며 캐스케이드(cascade) 모양으로 배열되어 있고 하강이나 역류 작동하는데 사용한다. (2) 우라늄 동위원소 분리기(기체확산형) : 이러한 장치 속에서 기체 상태의 6플루오르화 우라늄은 확산연소실[관(管) 모양이 될 수도 있다] 안쪽에 있는 다공질(porous) 멤브레인(membrane)["베리어(barrier)"]을 통한 확산에 의하여 시동 가스에 비교되는 우라늄 235의 함량이 약간 다른 두 개의 분획물(fractions)로 분리된다. 이와 같은 수많은 반복 작용에 의하여 순수한 6플루오르화 우라늄235가 얻어질 수 있다. (3) 가스(6플루오르화 우라늄과 헬륨이나 수소)의 분류를 고도로 만곡(incurve)된 노즐 속에 고속으로 주입시키는 기구인 "노즐(nozzle)" 장치(Becker process) : "페어링튜브(paring tube)"라는 출구에서 6플루오르화 우라늄의 농축된 분획물(fractions)을 분리한다.
전자적 질량 분리식 방식의 동위원소 분리장치도 또한 이 호에 분류한다.
부분품의 분류에 관한 일반 규정에 의하여(제16부 총설 참조), 이 그룹의 기기 부분품도 역시 이 호에 포함한다. (Ⅲ) 방사선을 조사(照射 : irradiate)하지 않은 원자로용 연료 요소[카트리지(cartridge)]
방사선을 조사(照射 : irradiate)하지 않은 원자료용 연료 요소[카트리지(catridge)]는 일반적으로 비금속(卑金屬 : base metal)으로 만든(예: 지르코늄·알루미늄·마그네슘·스테인리스강으로 만든 것) 쉬이드(sheath) 안에 포함된 핵분열성(fissile)이나 핵연료성(fertile) 물질로 되어 있으며, 취급상 특수 부착물을 부착해 놓은 것이다.
핵분열성 연료 요소(fissile fuel element)는 금속이나 화합물(산화물·탄화물·질화물 등)형태의 천연우라늄, 금속상태나 화합물로서의 우라늄-235, 우라늄-233이나 플루토늄으로 농축된 우라늄, 플루토늄으로 농축된 토륨을 함유한다. 연료핵친원소(예: 토륨이나 감손 우라늄)를 중성자가 반사되도록 노(爐 : furnace) 주위에 갖다 놓으면 중성자가 약간 흡수된 후 핵분열성 물질이 된다.
원자로용 연료 요소는 여러 가지 형태가 있는데 예를 들면, 다음과 같다. (1) 가연성(可燃性)의 금속이나 합금으로서 비금속(卑金屬 : base metal)으로 피복된(被覆 : sheathed) 봉(bars)이나 관(管 : tubes) 형태의 것. 이러한 금속으로 만든 피복관에는 열 교환이 용이하도록 플랜지(flange)가 붙어 있으며, 핵연료요소는 원자로에 삽입이나 인출이 편리하도록 지지물과 헤드(head)가 갖추어져 있을 수도 있다. (2) 흑연으로 쌓은 봉·판이나 구(球) 모양의 흑연으로 만든 핵분열연료 분산제나 분산제와 서멧(cermet)의 그 밖의 형태로 구성되는 핵분열연료 분산제. 이들은 위의 (1)에 설명된 핵연료요소[카트리지(cartridge)]와 똑같은 방법으로 플랜지(flange)를 붙였거나 부착물을 붙였다. (3) 조립품으로서 다음의 것이 있다. (ⅰ) 불활성(inert)의 금속으로 외측이 피복(被覆 : coated)된 핵분열성이나 연료핵친원소[금속이나 세라믹콤파운드(ceramic compound)]로 구성되는 일종의 샌드위치판 (ⅱ) 우라늄의 이산화물이나 탄화물의 펠릿(pellet)을 충전한 불활성 금속으로 만든 관(tubes)
또는 (ⅲ) 불활성(inert)금속으로 피복(被覆 : sheathed)된 농축한 핵분열성 금속 관(tubes) 이들 모든 모양의 핵연료 요소[카트리지(cartridge)]는 적당한 위치로 간격을 띄어서 맞게 하는 지지물이 고정되어 있다.; 이러한 것은 때때로 외부 케이싱을 갖고 있다. 이와 같은 핵 연료 요소를 구성하는 모든 보조 요소(sub-elements)는 동일 베이스에 장착되어 있거나 동일 헤드에 부착되어 있다.
이들 보조 요소(sub-elements)[예: 핵연료로 충전되었거나 봉함된 스테인리스 스틸 쉬이드(stainless steel sheaths)]가 따로 분리되어 제시될 경우 이들은 핵연료 요소[카트리지(cartridge)]의 부분품으로 분류한다.
구(球) 모양이나 프리즘 모양(角柱狀 : prismatic)의 핵연료요소에 사용할 목적으로 탄소나 탄화규소의 층으로 피복된 핵연료 마이크로스피어(microspheres)와 이미 사용한[방사선을 조사(照射)한] 핵연료 요소[카트리지(cartridge)]는 제2844호에 분류한다.
이 호에는 또한 다음의 것도 제외한다.(a) 고온야금법(pyrometallurgical processes)에 의하여 방사선을 조사(照射 : irradiate)한 핵연료의 분리용 노(爐 : furnace)(경우에 따라서 제8417호나 제8514호) (b) 분별증류(fractional distillation)장치에 의하여 작동되는 방사선을 조사(照射 : irradiate)한 핵연료용이나 폐수처리용의 분리기(중수생산용의 것은 제외한다)(제8419호) (c) 방사성 먼지를 제거하도록 특수 제작된 에어필터(air filters)(물리형이나 정전기형); 방사성 옥소(iodine) 보호용의 활성탄 청정기; 방사성 원소 분리용의 이온교환장치(전기투석에 의하여 작동되는 기기를 포함한다); 방사선을 조사(照射 : irradiate)한 핵연료용이나 폐수처리용의 분리기(이온교환작용의 것이나 화학적 작용의 것인지에 상관없다)(제8421호)
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