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기술의 정의
○ 연구로 운전 안전성 향상 기술
- 원자로 운전 중 인적오류에 의한 원자로 불시 정지 및 사고가 다수 발생함. 이에 따라 이용성 향상 및 사고율 저감을 위해 자동화 로직이 원자로를 대신 운전하고 인간 운전원은 사고감시에 더욱 집중케 하는 기술
- 연구로 계측기의 열화 및 노화에 따른 건전성을 진단하여 적절한 시기에 유지 보 수하여 정확한 계측신호에 의해 연구로 안전운전을 향상하는 기술
- 인적 수행도를 향상시켜 원자로 운전원의 오류를 저감시킬 수 있는 HSI (Human System Interface) 기술
- 원자로의 안전 운영을 위해서는 정확한 제어봉가 측정은 필수임. 동적 제어봉가 측 정 기술은 기존의 방법에 비해 실험시간과 정확성을 많이 향상시킬 수 있는 기술
○ 연구로 이용/시험 시설 안전성 향상 기술
- 전기 생산이 주목적인 발전로와 달리 연구로는 의료 및 산업용 동위원소 생산과 중성자 빔 이용 연구 등을 위해 많은 이용 및 운영설비와 실험장치를 함께 설치
항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술
Ÿ 판형 핵연료 열수력 설계 검증실험
Ÿ 판형핵연료 열수력 설계 검증 실험설비 구축 및 기초실험
Ÿ 임계열속, 유동불안정성, ONB, OSV 등 열전달 실험 및 설계 DB 구축
Ÿ 다중채널 효과를 고려한 열수력실험 및 실험자료 획득
Ÿ 판형핵연료 열수력 실험 정치 설계/제작 기술
Ÿ 운전 및 과도 조건 노심 안전성 향상 검증실험
Ÿ 연구로 부압배관 파손 실험 개념설계 및 실험장치 구축
Ÿ 연구로 부압배관 파손실험 계획 및 검증 실험
Ÿ 연구로 부압배관 파손 검증 실험장치 제작, 실험 및 해석 기술
Ÿ 사고 조건 노심 안전성 향상 검증실험
Ÿ 판형핵연료의 공기 중 부분 노출 시 자연대류냉각 실험장치 구축 및 자연대류 냉각 실험
Ÿ 판형핵연료 수조 낙하 시 사고조건 모사 실험시설 구축 및 낙하 상황별 자연대류 냉각 실험
Ÿ 연구로 사고조건 실험장치 제작, 실험 및 해석기술
함. 연구로 이용/시험시설 사고는 시설 운영요원과 연구자들의 안전과 직결되기 때문에 안전성 향상은 반드시 필요한 기술임.
- 이를 위해서는 동위원소 및 핵물질 취급 시 발생할 수 있는 인적오류와 같은 안 전성 문제를 최소화하면서 편의성을 증대할 수 있는 설비 개발이 필요함.
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국내 기술개발 수준 및 현황
○ 발전로를 대상으로 자동기동 운전 기술에 대한 연구가 일부 수행되고 있으 나 연구로/발전로 공히 실제 적용한 사례가 없음.
○ 연구로의 계측기 상태진단 연구개발은 전무한 상태임. 발전로에서도 계측기 상태진단 기술이 충분히 확보되어 있다고 볼 수 없음.
○ 연구로의 인적 수행도 관련 HSI 기술 적용 및 검증은 JRTR 사업을 통하여 매우 제한적으로 개발 및 적용된 바 있음. 발전로의 경우도 터치스크린 등 기본적인 HSI 기술이 적용된 사례는 있으나, 현장에서 검증 및 적용된 사례 는 전무함.
○ 연구로의 경우, 정적 제어봉가 측정법을 기반으로 초과반응도와 제어봉가를 측정하고 있음. 발전로는 적합한 동적 제어봉가 측정법을 개발하여 설계 신 뢰도를 확보하기 위한 실험을 수행하고 있음.
○ 1990년대 건조한 연구로인 HANARO를 기반으로 한 일부 이용/시험시설의 설계/이용 기술을 보유함. HANARO의 안전성 향상을 위해 기 설치된 시험 설비의 안전성 강화 및 연구로 수출을 위해 HANARO 미설치 시험설비의 개 발이 필요함.
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국외 기술개발 수준 및 현황
○ 연구로에서 자동운전의 정도와 기술이 적용된 결과는 공개되지 않음.
○ IAEA NP-T-1.2 보고서에서 온라인 계측기 진단기술이 제시되고 있으나, 현 실적인 적용성 측면에서 확인되었다고 볼 수 없음.
○ 연구로의 경우 인적 수행도 관련 HSI 기술 적용 및 검증한 사례를 찾아보기 어려운 현황임.
○ 프랑스는 재가동이 승인된 CABRI 연구로의 영출력 노물리 실험에서 자체 개발한 동적제어봉가 측정법을 적용하였음. 미국은 발전로에서 동적 제어봉 가 측정법의 정확도를 확보하기 위한 실험 자료를 구축하고 있음.
○ 연구로 선진국들은 각자 자국의 연구로에 사용되는 이용/시험시설에 대해 안전성과 이용편의성이 향상된 설계 기술을 확보하고 또한 지속적 개선을
통해 기술을 개발하고 있음.
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미래동향 예측
○ 연구로의 고성능 추세에 따라 안전성이 향상된 연구로 개발을 위해 자동 기 동/운전 기술의 개발, 평가, 인허가 및 실제적용을 위한 연구 수행이 필요함.
건설규모와 규제요건 등을 고려, 연구로에 우선 적용 검토가 필요함.
○ TMI 및 체르노빌 사고, 그리고 후쿠시마 사고는 부적절한 HSI 설계와 인적 오류가 야기한 사고로 평가되고 있음. 이에 따라 인적수행도를 향상시켜 운 전원의 오류를 저감시킬 수 있는 HSI 기술의 개발 및 검증 요구가 점차 증 대되고 있음.
○ 연구로는 운전중 작업자가 원자로 건물에 수시로 출입하므로 정확한 신호 를 제공하는 핵계측기가 설치되어 연구로 운전 및 작업자의 안전을 향상시 켜야 함.
○ 국내외적으로 연구로에 대한 안전규제 강화로 이용/시험시설 사고에 대해서 도 연구로 사고해석과 관련된 초기사건으로 분류하여 강력히 규제하는 추 세임. 연구로에서 이용/시험시설 사고는 시설 운영요원과 연구자들의 안전 과 직결되기 때문에 시험시설의 안전성 향상 설계/이용 기술개발은 연구로 를 운영하는 한 계속될 것임.
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기술개발 수행체계
○ 핵심기술의 개념 개발 및 검증실험은 연구계에서 제작은 산업체가 수행함.
○ 연구로 자동운전 기술 개발
- 1단계(3년)목표: 연구로용 자동기동운전 기법 개발 및 검증시스템 구축 - 2단계(2년)목표: 개발 기술 검증 및 연구로 설계 적용
○ 계측기 상태진단 기술 개발
- 1단계(3년)목표: 대상 계측기 선정 및 적용 상태진단 기술 확인 프로토타입 구축 - 2단계(2년)목표: 계측기 상태진단 기술 적용성 확인
○ 인적수행도 향상 기술 개발
- 1단계(3년)목표: 연구로에 적용할 HSI 기술 개발 및 검증 환경 구축 - 2단계(2년)목표: 검증시험 수행 및 개선된 HSI 기술 확립
○ 동적 제어봉가 측정기술 개발
- 1단계(3년)목표: 동적 제어봉가 측정 방법론 및 3D 동특성 노심해석 전산코드 개발 - 2단계(2년)목표: 동적 제어봉가 측정시스템 구축 및 검증
○ 연구로 이용/시험시설 안전성 향상 요소기술 개발
- 1단계(3년)목표: 안전성이 향상된 동위원소 및 핵물질 등 취급 및 운영 설비 설계 - 2단계(2년)목표: 운영설비 시제작 및 성능 검증 시험
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세부기술의 구성 및 주요 내용
항목 주요 내용 개발대상 핵심 요소기술
Ÿ 연구로 자동운전 기술 개발
Ÿ 연구로용 자동 기동/운전 기법 개발 및 검증 시스템 구축
Ÿ 개발 기술 검증 및 연구로 설계 적용 방안 수립
Ÿ 인공지능에 기반한 최적 운전 파라미터 계산 기술
Ÿ 연구로 계측기 상태진단 기술 개발
Ÿ 대상 계측기 선정 및 적용 기술 조사 Ÿ 계측기 상태진단 기술 확인 프로토
타입 구축
Ÿ 계측기 상태진단 기술 적용성 검증
Ÿ 연구로 계측기 상태진단 기술
Ÿ 인적 수행도 향상 기술 개발
Ÿ 연구로에 적용할 대상 HSI 기술 개발 Ÿ 검증 환경 구축
Ÿ 검증 시험 수행 및 개선된 HSI 기술 체계 확립
Ÿ 연구로 인적수행도 기술 및 검증 기술
Ÿ 동적 제어봉가 측정기술 개발
Ÿ 연구로 동적 제어봉가 측정 방법론 개발
Ÿ 3D 동특성 노심해석 전산코드 개발
Ÿ 연구로에 적합한 3D 동특성 코드와 제어봉가 해석 모델
2.3 소듐냉각고속로 안전 기술 2.3.1 개요
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소듐냉각고속로 안전성 향상 프로그램은 다음과 같이 3개 분야의 3단계 기술로 구분
○ 금속연료 안전성 검증을 위한 핵연료 성능평가 기술, 노내시험 기술 및 혁신적인 금속연료 제조기술
○ 소듐유동 정밀해석, 안전해석, 중대사고 대응 및 운전성능 해석 기술 개발을 통한 소듐냉각고속로 안전성 및 성능향상 기술
○ 소듐 종합효과시험, 소듐-물 반응 배제 기술, 사고 대응 기술 및 소듐기기 원천 기술
2.3.2 금속연료 안전성 시험 및 검증 기술 가. 기술 개요
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이슈 및 문제점
○ 금속연료의 노내 연소거동을 정확히 분석 및 예측하기 위해서는 고정밀의 핵연료 성능분석 코드 개발이 필요함.
○ 금속연료의 조사시험 자료는 금속연료 거동 및 성능 모델링에 사용되는 핵 심 자료로서 핵연료 인허가를 위한 필수 자료임.
○ 금속연료 안전성 검증을 위해서는 노내 및 노외 과도 안전성 시험 필요함.
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기술개발 필요성
○ 금속연료 노내 연소과정 중에 발생하는 여러 물리적 현상을 종합적으로 고 려하여 핵연료 거동을 정확히 분석하기 위해서는 고정밀의 다물리/다차원
Ÿ 동적 제어봉가 측정시스템 구축 및 검증
Ÿ 연구로 이용/시험 시설 안전성 향상 요소기술 개발
Ÿ 동위원소 및 핵물질 등 안전성 및 이용성이 향상된 운영설비 개념 개발 Ÿ 운영설비 상세설계
Ÿ 설비의 시제작 및 성능 검증 시험
Ÿ 운영설비 설계 및 제작 최적화 기술
핵연료 성능분석 코드 개발이 필요함.
○ U-Zr 금속연료의 고연소도 조사시험 자료를 확보하고 TRU 함유 금속연료 의 소각성능과 노내 건전성을 검증할 수 있는 다양한 고속로 조사 시험이 필요함.
○ 고연소도 금속연료 및 TRU 함유 금속연료의 노내 및 노외 과도 안전성 시 험을 통하여 검증시험 DB의 확충이 필요함.