요약본 발명의 핵비확산적 안전ㆍ보안식 자동제어 캡슐형 원자로(Proliferation- resistant Accident-tolerant Secure Capsular Autonomous Reactor, PASCAR)는 정격 열출력 1MW 이상 100MW 이하의 범위를 갖는 액체금속 냉각 소형 원자로이다. 본 발명의 원자로 냉각재는 기본적으로 납-비스무스 액체금속이고, 납 액체금속도 포함하며 냉각 방식은 능동 펌프를 사용하지 않는 자연순환 방식이며, 일차계통은 Capsule 모양의 단순한 구조를 가지고 있다. 본 발명의 원자로는 지진 발생 시 원자로에 가해지는 충격을 줄이기 위하여 2차원 또는 3차원 면진 시스템으로 지지되며 방사선 차폐, 항공기 추락에 대비한 물리적 방호를 위해 지하에 설치된다. 핵연료와 제어봉을 포함하는 일체형 노심은 초기 장전 후 20년간 가동이 가능하며, 사용후 노심은 납으로 차폐가 되는 별도의 용기에 저장된 후 재활용 시설로 수송되며, 새 노심이 삽입된다. 본 발명에 이용되는 노심(Reactor Core)은 핵연료 및 제어봉을 포함하는 일체형으로서 두 가지 모델 중 하나를 채택한다. 첫 번째 모델은 정사각형배열의 핵연료 집합체에 봉상의 금속핵연료(U-Zr)를 사용한다. 두 번째 모델은 정육각형배열의 핵연료 집합체에 봉상의 산화우라늄(UO2)를 연료로 사용한다. 본 발명의 원자로의 초기 노심에 사용되는 우라늄은 최고 20%의 U-235 농축도를 갖는다. 두 모델 모두가 고 속중성자 핵반응 특성을 이용하므로 원자로에 핵연료를 장전 후 20년 이상의 장기간 가동이 가능하므로 핵연료의 재장전에 따른 비용 및 핵 확산 위험을 혁신적으로 경감시키는 장점이 있다. 원자로 계통은 60년 이상의 설계 수명을 가지며, 재장전되는 노심은 핵비확산성 조성의 우라늄-초우라늄(U-TRU) 연료를 사용할 수 있다. 유사한 형태의 원자로가 러시아 및 일본[1,2]에서 개발하고 있으나, 이 경우 일차계통에서 펌프를 사용한다는 점에서 본 발명과 다르다. 또한 펌프를 사용하지 않는 설계를 미국[3]에서 개발하고 있으나 핵연료로서 질화물(Nitride fuel)을 사용한다는 점에서 본 발명과 차별된다. 본 발명을 통해 위에서 제시한 노심 구조의 실용성, 원자로 재료의 내부식성, 납-비스무스의 냉각재로서의 자연순환 냉각능력 등을 적용하여 아래와 같이 다양한 목적에 사용될 수 있다. ① 핵변환 검증 및 재료 조사시험 연구용 고속원자로 ② 증기 발생기 및 터빈 발전기를 적용한 소형 발전용 고속원자로 ③ 증기 발생기를 이용한 열의 이용으로 해수 담수화, 수소 생산 또는 지역난방용 고속원자로
대표 청구항원자로에 장전되는 일체형 노심에 핵연료 집합체로 정사각형 배열을 갖는 핵연료로서 금속 핵연료(U-Zr)봉을 사용하며, 상기 노심은 핵연료봉 중심선간 거리(Pitch)와 핵연료봉 직경(Fuel Rod Diameter)간의 비율은 1.05 이상이고, 냉각재로서 액체 납-비스무스 또는 액체-납을 사용하고, 상기 냉각재의 자연 순환에 의한 냉각법에 의해 펌프 없이 노심의 열을 열교환기로 전달하고, 상기 자연순환에 의한 냉각법은 노심에서 가열된 냉각재의 열교환기에서 냉각된 냉각재의 밀도 차에 의한 압력 차이를 추진력으로 하는, 원자로(PASCAR).
