NET 논문 소개
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● 제목 : Integral effect tests for intermediate and small break loss-of-coolant accidents with passive emergency core cooling system
● 저자 : 배병언, 조석, 이재봉, 박유선, 김종록, 강경호 (한국원자력연구원)
● 원문 : NET Volume 55, pp. 2438-2446, 2023
- □ 피동안전계통(Passive safety system)은 사고 시 전원의 공급 없이 자연력을 이용하여 원자력 발전소를 냉각시키고 노심의 안전성을 유지할 수 있는 설비를 말합니다.
- □ 여러 피동안전계통 중 피동비상노심냉각계통(Passive Emergency Core Cooling System)은 고압안전주입탱크 (High-pressure Safety Injection Tank) 및 자동감압밸브(Automatic depressurization valve) 등의 기기를 통해 사고 시 원자로냉각재계통의 냉각재를 보충하고 노심을 냉각할 수 있도록 설계되었습니다.
- □ 피동비상노심냉각계통의 설계를 검증하기 위해서 냉각재상실사고(Loss-of-Coolant Accident) 발생 시 원자로냉각재계통 내 냉각재의 분포 및 노심의 피복재 첨두온도에 대한 거동을 평가하는 것이 중요하며, 실제 발전소의 조건을 모의할 수 있는 열수력 종합효과 실험 데이터베이스가 필수적입니다.
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□ 한국원자력연구원이 운영중인 ATLAS 열수력 종합효과 실험장치를 활용하여 중형 및 소형 냉각재상실사고 발생 시
피동비상노심냉각계통의 성능을 평가하고 주요 열수력 거동을 관측하고자 하였습니다. (그림 1 참조)
- □ 본 연구에서 수행된 ATLAS 종합효과실험은 저온관에서 발생한 중형 및 소형 냉각재상실사고를 원전과 동일한 압력과 온도 조건에서 모의하였으며, 이는 발전소 기준 10.7인치 및 2인치 파단이 발생한 조건에 각각 해당합니다. 현재 11개국 19개 기관이 참여하고 있는 OECD-ATLAS 국제공동연구를 통해 실험 조건이 결정되고 결과를 분석하였습니다.
- □ 중형 냉각재상실사고에 대한 모의실험을 수행한 결과, 피동비상노심냉각계통이 고압안전주입탱크 및 자동감압밸브의 작동에 의해 노심에 냉각수를 공급하고 핵연료의 과열을 방지할 수 있음을 확인하였습니다. (그림 2 참조) 또한 안전주입탱크 내 질소 주입 조건의 대조군 실험을 통해, 원자로냉각재계통으로 유입되는 질소가 냉각 성능에 미치는 효과를 비교 분석하였습니다.
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□ 소형 냉각재상실사고를 모의한 경우에는 파단유량이 작아서 1차계통과 2차계통의 압력이 평형을 이루는 구간이 중형 냉각재상실사고보다
더 길게 나타났으며 피동비상노심냉각계통의 냉각 성능 및 원자로냉각재계통 내의 냉각재 분포는 중형 냉각재상실사고의 실험 결과와 유사한 거동을 나타내었습니다.
- □ 열수력 종합효과 실험장치인 ATLAS를 활용하여 중형 및 소형 냉각재상실사고 발생 시 원자로냉각재계통의 주요 거동 및 피동비상노심냉각계통의 성능을 평가하기 위한 실험을 성공적으로 수행하였습니다.
- □ 종합효과 실험 결과를 분석하여 피동비상노심냉각계통의 핵심 기기인 고압안전주입탱크 및 자동감압밸브의 순차적 작동을 통해 펌프의 작동 없이 원자로에 안전주입수를 공급하고 노심을 냉각할 수 있음을 확인하였습니다.
- □ 본 연구에서 수행된 ATLAS 실험 결과는 OECD-ATLAS 국제공동연구의 데이터베이스로 제공되어 안전해석 코드의 계산 능력을 검증하는 데 활용될 예정입니다. 또한 향후 냉각재상실사고 시 피동안전계통의 냉각 성능을 정량적으로 분석하고 열수력 모델 검증을 통해 안전해석의 정확도를 향상시키는데 기여할 것으로 기대됩니다.
