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연구로 및 시험시설 안전성 향상 기술 개발

문서에서 원자력 안전연구 기술수목 보고서 (페이지 195-200)

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.

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.

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.

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.

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

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

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

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.

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.

나. 세부기술 내용

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