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사고대응 무인조치 시스템 개발

문서에서 원자력 안전연구 기술수목 보고서 (페이지 131-135)

기술의 정의

사고대응 무인조치를 위하여 사고 현장 구조물의 손상 상태를 3차원으로 측 정하는 기술

사고 완화를 위해 원전의 중요 밸브를 현장에서 조작하는 기술

신속 사고 완화를 위하여 원전 냉각재 누설 부위를 무인으로 차단하는 기술

작업자 접근이 어려운 환경에서 외부에서 원전 전원을 무인으로 긴급 복구 할 수 있는 기술

중대사고 시에 원자로 및 사용후연료저장조에 냉각재를 공급하기 위한 무 인 냉각재 공급 기술

항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술

Ÿ 광섬유기반 중대사고 진행 모니터링

Ÿ 광섬유 센서 및 신호전송기는 고방사선 환경 (2MGy)에서 생존 Ÿ 우수한 고온 내성으로 장거리

신호전송능력 확보

Ÿ 기존 온도 및 압력 등의 대체 Ÿ 중대사고 현상을 직접적으로 탐지

Ÿ 광섬유 내방사선/내환경 능력

Ÿ 검출 출력 회로 설계 기술 확보

Ÿ 광기반 신호 전송 선로 개발

Ÿ 온도/방사선 계측이용 중대사고 노심냉각 계측

Ÿ 현 원자로 내 설치 계측기로는 중대 사고 시 노심냉각여부/용융/원자로 파손 현상을 계측 못하므로 대체 계측기기 개발

Ÿ 외벽온도 분포, 외부 방사선 분포 측정 기술을 개발하여 노심냉각수 상태, 용융상태, 원자로파손 등 원자로 건전성 상태 실시간 제공 기술개발

Ÿ 계측 핵심 소자 개발 Ÿ 외벽 온도 분포 측정 기술 Ÿ 방사선 이용 원자로 상태

감시 기술

Ÿ 수소농도 3차원분포측정

Ÿ 핵연료 피복재의 산화과정에서 다량의 수소가스가 발생하는데 원자로건물 내부 전체의 수소가스의 분포와 농도를 신속히 측정

Ÿ 레이저 라만 라이다 등을 사용할 경우 원거리에서 실시간 측정

Ÿ 수소가스 원격측정을 위한 소형 이동형 라만라이다 기술개발

Ÿ 이동로봇 탑재형 소형 라만라이다 장치개발 및 성능실험실증

Ÿ 수소가스 농도의 원거리 3차원 분포 측정

국내 기술개발 수준 및 현황

한국도로공사에서는 레이저스캐닝과 영상매핑을 이용하여 구조물의 이상이 나 변형을 측정하여 안전성평가에 활용하고 있음.

밸브 비상조작 기술은 원연사 과제로 “원자력사고 초기 신속대응 로봇시 스템 개발”과제에서 기초연구가 진행되고 있음.

현재 냉각계통 기기 및 배관의 균열/파단 시에 작업자가 직접 조치해야 하 는 상황임.

발전소에 비상전원을 제공할 수 있는 이동형 전원 차를 확보하고 있으나, 사고 시에 방사능이 누출 또는 누출될 수 있는 환경에서 작업자가 비상전원 을 연결해야 하는 상황임.

국내에서는 후쿠시마 원전사고 후속 조치로 냉각계통 작동 불능을 대비하 여, 소방차 등을 이용한 냉각수 보충방안을 마련하고 연결부위를 설치하였 음. 위험현장에 접근하여 작업자가 직접 냉각 호스를 연결해야 하는 상황임.

국외 기술개발 수준 및 현황

일본 JAEA에서는 후쿠시마원전에서 3차원 센서를 장착한 이동로봇을 투입 하여 건물내부를 탐사하여 3차원 지도를 작성하고 VR로 구축함. 이를 바탕 으로 사용후연료 잔해제거 및 구조물 해체를 위한 계획을 수립함.

후쿠시마 원자력 사고 이후에 재난대응 로봇 경진대회인 DARPA 로보틱스 챌린지가 개최되었고, 사고 시에 로봇 적용 방안에 관한 연구들이 진행되고 있지만, 실제 현장에 적용하기에는 한계가 있음.

냉각재 누설부를 무인으로 차단하는 기술 관련 연구는 없음.

후쿠시마 원전에서는 콘크리트 펌프카를 개조한 원격조정 로봇을 이용하여 사용후연료저장조에 냉각수를 공급한 바 있음.

미래동향 예측

동북아시아 원전 고 밀집화로 인접국 사고 시에 국내 피해 확산방지를 위해 사고대응 기술이 필요할 것으로 예상함.

자연재해로부터 예측하지 못한 원전사고에 대하여 작업자의 안전 확보와 사고 피해 축소를 위하여 무인 대응 기술이 요구될 것으로 예상함.

기술개발 수행체계

사고 발생 시에 사고 현장의 피해 정도를 신속하게 판단할 수 있는 구조물 3차원 측정 기술과 사고 현장에서 자유롭게 움직일 수 있는 이동 플랫폼 기 술이 필요함.

발생된 사고에 따른 신속 사고 완화를 위해 중요 밸브 비상 조작 기술, 냉각 재 누설부 무인 차단 기술, 전원부 무인 긴급 복구 기술과 냉각재 무인 공급 기술들이 동시 계발이 필요함.

개발되는 기술들은 현장 적용성 검토가 필요함.

산⦁학⦁연 공동연구체계

- 1단계(5년) : 사고대응 무인 조치 기술 개발

- 2단계(3년) : 시제품 생산 및 현장 적용성 평가

세부기술의 구성 및 주요 내용

항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술

Ÿ 구조물 3차원손상 측정

Ÿ 원전 사고 현장의 구조물의 3차원 형상 측정 기술 개발

Ÿ 구조물 3차원 현상 측정을 위한 이동 플랫폼 개발

Ÿ 구조물 3차원 손상 부위 측정과 이동형 플랫폼 통합 및 시험

Ÿ 구조물 3차원 형상 측정 기술

Ÿ 밸브 비상조작 Ÿ 원전 내 밸브 비상 조작용 로봇

시스템 및 원격 조작 기술 개발 Ÿ 비상 조작용 로봇 시스템

1.4.3 중대사고 현상규명 및 평가기술 가. 기술 개요

이슈 및 문제점

2015년 IAEA의 비엔나 선언을 이행하기 위해 중대사고 관리 및 대처능력 향상을 위한 노력을 기울이고 있음. 특히 다수기 부지가 인구 밀집지역에 가까이 있는 국내 원전 특성을 고려하면, 중대사고 시 대량 방사성 물질 방 출을 배제하는 수준의 중대사고 관리 및 대처 능력을 확보하는 것이 원자력 안전의 최우선 과제가 되었음.

2016년 원자력안전법의 개정으로 「사고관리 범위 및 사고관리능력 평가의 세부기준에 관한 규정(원자력안전위원회 고시 제2017-34호, 2017.12.26.)」

에 따라 중대사고 완화능력 평가(제7조)를 통해 중대사고 시 방사성물질의 대량방출을 방지하기 위한 원자로격납건물의 건전성을 확인하도록 법제화 함. 또한 동 고시 제9조를 통해 부지 인근 주민의 발전용원자로시설 사고로 인한 초기사망 위험도 및 암사망 위험도가 각각의 전체 위험도의 0.1% 이하 이거나 또는 그에 상응하는 성능목표치를 만족하며, 방사성핵종 Cs-137의

Ÿ 원격 조작 기술

Ÿ 냉각재누설부 무인차단

Ÿ 원전 냉각재 누설 차단을 위한 무인 조작시스템 개발

Ÿ 원전 냉각재 누설 차단을 위한 무인 조작시스템 통합 및 실증시험

Ÿ 원전 냉각재 누설차단을 위한 무인 조작시스템 보완 및 적용

Ÿ 냉각재 누설 차단 무인 조작시스템

Ÿ 전원부 무인 긴급복구

Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 전원 무인공급 핵심기술개발 무인공급 핵심기술개발

Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 전원 무인공급 시스템 개발 및 성능평가 Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 전원

무인공급 시스템 적용성 시험

Ÿ 전원부 무인공급 시스템

Ÿ 냉각재 무인 비상공급

Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 냉각 무인공급 핵심기술개발

Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 냉각 무인공급 시스템 개발 및 성능평가 Ÿ 중대사고 비상복구를 위한 냉각

무인공급 시스템 적용성 시험

Ÿ 냉각재 무인 비상공급 시스템

방출량이 100TBq을 초과하는 사고 발생 빈도의 합이 1.0×10-6/년 미만이 되 도록 중대사고 예방 및 완화능력을 확보할 것을 사업자에게 요구함.

이에 따라 한수원은 전 원전을 대상으로 「사고관리계획서 작성방법에 관 한 규정(원자력안전위원회 고시 제2017-35호, 2017.12.26.)」에 의거하여 극 한재해 완화지침서(제11조), 중대사고 관리지침서(제12조)를 포함하는 사고 관리계획서를 작성 중에 있음.

후쿠시마 원전 사고에 대한 진행과정과 방사성물질 방출거동을 평가하기 위 해 세계 각국이 공동으로 OECD/NEA 주관으로 BASF (Benchmark Study of the Accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station) 프로그램을 진행한 바 있음. 2단계로 나누어 2012년부터 2017년까지 6년 동안 수행한 BSAF 국제공동연구에서 각국은 MELCOR, MAAP, SAMSON 등 중대사고 종 합해석 코드를 이용하여 후쿠시마 원전사고에 대한 해석을 수행하였음. 하 지만 각 코드마다 결과의 차이를 보였으며, 특히 노심용융물과 콘크리트의 반응 현상, 방사성물질의 거동에 관한 불확실성은 여전히 큰 것으로 나타남.

따라서 중대사고 현상규명 및 평가기술에 관한 지속적인 개선이 필요함.

기술개발 필요성

중대사고 시 대량 방사성 물질 방출을 배제하는 수준의 중대사고 관리 및 대처 능력을 확보하기 위해서는 불확실한 중대사고 현상을 규명하고, 이를 평가하기 위한 코드를 개발해야 함.

특히 후기 노심용융 거동 및 원자로용기, RCS 경계파손 평가 기술, 노외 노 심용융물 거동 및 콘크리트 반응 특성 기술, 원자로건물 내 가연성 기체 거 동 및 제어 기술, 방사성 물질의 소외 방출량 평가를 위한 핵분열생성물 거 동 모델 및 원자로건물 누설 등과 같은 기술은 여전히 불확실한 부분으로 남아있음.

위와 같은 중대사고 현상규명을 위한 실험을 바탕으로 한 중대사고 종합평 가 전산코드의 개선은 중대사고 시 원자로건물 내 방사성물질의 양을 평가 하기 위해 필수적으로 수행해야 함.

나. 세부기술 내용

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