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요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 33
제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황 37
제1절 중대사고 완화설계 평가방법 37
제2절 가동중 원전의 중대사고 관리전략 평가기술 38
제3절 중대사고 진단기술 40
제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 43
제1절 원전별 중대사고 완화설계 평가방법 구축 43
1.1. 노심용융물-콘크리트 상호작용 및 격납건물 장기건전성 평가 43
1.2. 핵연료-냉각재 상호작용 및 원자로공동 건전성 평가 93
1.3. OECD 주관 수소 ISP(국제표준문제) 분석 114
1.4. 피동촉매형 수소재결합기에 의한 APR1400의 수소제어능력 평가 136
제2절 가동중 원전의 중대사고 관리전략 평가방법 구축 155
2.1. 울진1,2호기 원전분석모형 (MELCOR 코드입력) 개발 155
2.2. 울진1,2호기 중대사고 관리전략 평가 217
2.3. 고리1호기 수소제어 및 격납건물 과압완화방안 평가 271
제3절 방사능방재대책을 위한 중대사고 진단모델 개발 290
3.1. ATLAS를 이용한 MELCOR 분석결과 가시화 290
3.2. 원전의 실시간 입력을 이용한 중대사고 진단기술 시안개발 303
제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 311
제5장 연구개발결과의 활용계획 315
표 1.1. 원자력연구개발 중ㆍ장기 계획사업의 "원전별 중대사고 대처능력 평가 기술 개발" 과제제안 요구서 35
표 1.1-1. SSWICS 실험 종류 50
표 1.1-2. MELCOR 민감도 변수값 54
표 1.1-3. 고리1호기 발전소 정전사고를 위한 정상상태 초기조건 67
표 1.1-4. 고리1호기 사고전개과정 (Sequences of Events) 67
표 1.3-1. 실험장치 제원 115
표 1.3-2. 초기조건 및 실험조건 116
표 1.3-3. 실험장치 격실 데이터 121
표 1.3-4. 실험장치 유로 데이터 122
표 1.3-5. 노드 입력 123
표 1.3-6. Heat Structure 입력 124
표 1.3-7. 유로 입력 127
표 1.4-1. 주요사건의 시점 (초) 141
표 1.4-2. 실험장치명 및 실험조건 151
표 2.1-1. 울진 1&2 호기 FSAR의 열수력 관련자료 요약 162
표 2.1-2. 울진 1&2 호기 RCP 펌프 유량 163
표 2.1-3. Design Pressure 175
표 2.1-4. System Pressure Drop 175
표 2.1-5. 정상상태의 주요변수 비교 176
표 2.1-6. 2-인치 SBLOCA의 입력 요약 187
표 2.1-7. 2-인치 SBLOCA시 사고진행 시간의 비교 187
표 2.1-8. LBLOCA의 입력 요약 188
표 2.1-9. LBLOCA(GD=0.8)시 사고진행 시간의 비교 188
표 2.1-10. TLOFW의 입력 요약 189
표 2.1-11. TLOFW시 사고진행 시간의 비교 189
표 2.1-12. SGTR의 입력 요약 190
표 2.1-13. SGTR시 사고진행 시간의 비교 190
표 2.1-14. SBO의 입력 요약 210
표 2.1-15. SBO의 주요 사고진행 시간 210
표 2.2-1. 중대사고현상의 물리적 요소에 대한 자연대류현상의 영향 229
표 2.2-2. 노심내 자연순환 현상에 대한 PIRT 229
표 2.2-3. 고온관에서의 자연순환현상에 대한 PIRT 230
표 2.2-4. CFD 해석에 사용한 제한/가정사항 231
표 2.2-5. CFD 해석에 사용한 경계조건 232
표 2.2-6. CFD 해석의 주요 계산결과 232
표 2.2-7. 1/7th scale CFD 해석의 민감도분석 결과 233
표 2.2-8. 기존모델의 제어체적 245
표 2.2-9. 기존모델의 유로 247
표 2.2-10. 상세모델의 제에체적 250
표 2.2-11. 상세모델의 유로 254
표 2.2-12. 울진 1,2호기 1단계 확률론적안전성평가 결과 259
표 2.2-12. 발전소정전사고 시나리오의 주요 사고 진행 비교 260
표 3.2-1. WOG Core Damage Assessment Guideline 305
표 4-1. 당해단계 연구목표 및 달성도 313
그림 1.1-1. SSWICS 실험장치 개략도 49
그림 1.1-2. MELCOR Nodalization 51
그림 1.1-3. SSWICS-1 실험과 계산 비교 결과 (MELCOR1.8.5) 54
그림 1.1-4. SSWICS-2 실험과 계산 비교 결과 (MELCOR1.8.5) 55
그림 1.1-5. SSWICS-3 실험과 계산 비교 결과 (MELCOR1.8.5) 55
그림 1.1-6. SSWICS-2 실험과 계산 비교 결과 (MELCOR 1.8.5 및 1.8.6) 57
그림 1.1-7. SSWICS-3 실험과 계산 비교 결과 (MELCOR1.8.5 및 1.8.6) 58
그림 1.1-8. 고리1호기 MELCOR Nodalization (RCS) 64
그림 1.1-9. 고리1호기 MELCOR Nodalization (Containment) 65
그림 1.1-10. 고리1호기 RELAP5 Nodalization (RCS) 66
그림 1.1-11. 가압기 및 증기발생기 압력 비교 68
그림 1.1-12. 일차계통 Mass Flowrate 비교 68
그림 1.1-13. 가압기 PORV 유량 비교 69
그림 1.1-14. 노심수위 비교 69
그림 1.1-15. 핵연료 피복재 온도 비교 70
그림 1.1-16. 가압기 압력 (MELCOR1.8.5) 73
그림 1.1-17. 격납건물 압력 (MELCOR1.8.5) 73
그림 1.1-18. Cavity 내의 기체 몰 분율 (MELCOR1.8.5) 74
그림 1.1-19. 원자로공동내의 노심용융물 온도 (MELCOR1.8.5) 74
그림 1.1-20. 원자로공동내의 냉각수 온도 (MELCOR1.8.5) 75
그림 1.1-21. 가압기 압력 (MELCOR1.8.6) 75
그림 1.1-22. 격납건물 압력 (MELCOR1.8.6) 76
그림 1.1-23. 원자로공동 내의 기체 몰 분율 (MELCOR1.8.6) 76
그림 1.1-24. 원자로공동내의 노심용융물 온도 (MELCOR1.8.6) 77
그림 A.1. 노심용융물 냉각을 위한 EPR 대처설계 (단면도) 86
그림 A.2. 노심용융물 냉각을 위한 EPR 대처설계 (평면도) 87
그림 A.3. 노심용융물 냉각을 위한 EPR 대처설계 (상세도) 88
그림 A.4. 격납건물 열제거 계통 작동시 격납건물내 수위 91
그림 1.2-1. L-28 실험장치 99
그림 1.2-2. IFCI 입력 제에체적 99
그림 1.2-3. 노심용융물의 전단면 위치 100
그림 1.2-4. FCI에 따른 실험용기내의 압력 100
그림 1.2-5. KROTOS 실험장치 101
그림 1.2-6. IFCI 입력 제어체적 101
그림 1.2-7. 축방향 위치에서의 압력변화 102
그림 1.2-8. IFCI 계산압력과 측정압력의 비교 103
그림 1.2-9. TROI 실험장치 104
그림 1.2-10. IFCI 입력 제어체적 104
그림 1.2-11. TROI-13 압력측정값과 계산값의 비교 105
그림 1.2-12. 노외증기폭발 가상상황 106
그림 1.2-13. IFCI 분석모델 106
그림 1.2-14. 원자로공동 중심부의 축방향 압력 107
그림 1.2-15. 중심부의 축방향 매질 분포도 107
그림 1.2-16. 원자로공동 벽에서의 압력분포 108
그림 1.2-17. 일반적인 경우와 IVR 전략시의 원자로공동 충수 108
그림 1.2-18. 원자로공동 충수상태에 따른 증기폭발 압력 109
그림 1.2-19. 원자로공동에서의 증기폭발 압력 및 위치 110
그림 1.3-1. 실험장치 조감도 115
그림 1.3-2. 격납건물내 살수노즐 위치 116
그림 1.3-3. 헬륨 유입 유량 117
그림 1.3-4. 증기 유입 유량 117
그림 1.3-5. 살수 유입 유량 117
그림 1.3-6. 격납건물 돔 압력 118
그림 1.3-7. 격납건물 대기온도 119
그림 1.3-8. 격납건물 헬륨농도 119
그림 1.3-9. 격납건물 격실 및 유로 120
그림 1.3-10. 1번 격실 노드(1, 51, 52) 121
그림 1.3-11. 격납건물 헬륨 농도 131
그림 1.3-12. 격납건물 압력 132
그림 1.3-13. 격납건물 온도 134
그림 1.4-1. 신형경수로 1400의 원자로냉각재계통 모형 137
그림 1.4-2. 33개 제어체적의 dead-end 구조 138
그림 1.4-3. 격납건물 모형 140
그림 1.4-4. IRWST 18개 제어체적 모형 141
그림 1.4-5. 원자로용기 내ㆍ외부 수소 생성량 142
그림 1.4-6(가). IRWST 스파져를 통한 수증기 방출률 142
그림 1.4-6(나). IRWST 스파져를 통한 수소 방출률 143
그림 1.4-7. IRWST 내부 PAR에 의한 수소의 총제거량 143
그림 1.4-8. IRWST 대기의 기체 조성 144
그림 1.4-9. IRWST 중심영역 대기의 연소영역 145
그림 1.4-10. IRWST 내 스파져 부근 대기의 DDT 기준 145
그림 1.4-11. 화염가속 메카니즘 147
그림 1.4-12. ZND 폭발파 모델 147
그림 1.4-13. 온도 및 증기농도가 셀 크기에 미치는 영향 148
그림 1.4-14. RUT 실험장치 개략도 149
그림 1.4-15. L/7λ>1 판정기준의 근거 자료 150
그림 1.4-16. 증기/공기/수소 혼합대기 자료 151
그림 2.1-1. 울진 1&2 호기 1차계통 제어체적 164
그림 2.1-2. 격납건물 Section A-B의 제어체적 위치도 165
그림 2.1-3. 격납건물 Section C-C의 제어체적 위치도 166
그림 2.1-4. 격납건물 20.0 m 높이의 제어체적 위치도 167
그림 2.1-5. 격납건물 15.0 m 높이의 제어체적 위치도 167
그림 2.1-6. 격납건물 8.0 m 높이의 제어체적 위치도 168
그림 2.1-7. 격납건물 5.0 m 높이의 제어체적 위치 168
그림 2.1-8. 격납건물 0.0 m 높이의 제어체적 위치도 169
그림 2.1-9. 격납건물 -3.4 m 높이의 제어체적 위치도 169
그림 2.1-10. RCP 펌프의 특성 곡선 170
그림 2.1-11. 울진 1&2 호기의 ECCS 모의 171
그림 2.1-12. 울진 1&2 호기의 AFWS 모의 172
그림 2.1-13. 압력용기 내 각 제어체적내의 압력 (정상상태) 177
그림 2.1-14. Loop 내 각 제어체적내의 압력 (정상상태) 177
그림 2.1-15. 가압기와 고온과 내의 압력 (정상상태) 178
그림 2.1-16. 가압기 내의 온도 (정상상태) 178
그림 2.1-17. 증기발생기 2차측의 압력 (정상상태) 179
그림 2.1-18. 증기발생기 2차측의 수위 (정상상태) 179
그림 2.1-19. RCP의 냉각재 유량 (정상상태) 180
그림 2.1-20. 노심의 냉각재 유량 (정상상태) 180
그림 2.1-21. 증기발생기에서 터빈으로 방출되는 증기량 (정상상태) 181
그림 2.1-22. 가압기의 가열기로 공급되는 열량 (정상상태) 181
그림 2.1-23. DBA 사고해석에 사용된 붕괴열 191
그림 2.1-24. RCP 정지후 냉각수 유량의 변화 (Coast-down) 191
그림 2.1-25. 2-인치 사고시 시스템의 압력 (FSAR) 192
그림 2.1-26. 2-인치 사고시 노심 및 상부공간의 수위 (FSAR) 192
그림 2.1-27. 2-인치 사고시 피복관의 최고온도 (FSAR) 193
그림 2.1-28. 2-인치 사고시 노심 격납건물 내의 압력 (FSAR) 193
그림 2.1-29. 붕괴열과 HPSI 주입율에 따른 계통압력(평형) 194
그림 2.1-30. 붕괴열과 HPSI 주입율에따른 노심및 상부공간의 수위(평형) 194
그림 2.1-31. LBLOCA 시 격납건물 내의 압력 (FSAR) 195
그림 2.1-32. LBLOCA 시 피복관의 최고온도 (FSAR) 195
그림 2.1-33. LBLOCA 시 파손부위를 통한 냉각재 방출율 (FSAR) 196
그림 2.1-34. LBLOCA 시 Accumulator의 냉각수 주입율 (FSAR) 196
그림 2.1-35. LBLOCA 시 HPSI의 주입율 (FSAR) 197
그림 2.1-36. LBLOCA 시 LPSI의 주입율 (FSAR) 197
그림 2.1-37. LBLOCA 시 격납건물 내의 압력 (FSAR) 198
그림 2.1-38. LBLOCA 시 노심 및 상부공간의 수위 (FSAR) 198
그림 2.1-39. TLOFW 시 시스템의 압력 (FSAR) 199
그림 2.1-40. TLOFW 시 가압기 내의 냉각수 부피 (FSAR) 199
그림 2.1-41. TLOFW 시 증기발생기 2차측의 압력 (FSAR) 200
그림 2.1-42. TLOFW 시 증기발생기 2차측의 냉각수량 (FSAR) 200
그림 2.1-43. TLOFW 시 고온관의 온도 (FSAR) 201
그림 2.1-44. TLOFW 시 저온관의 온도 (FSAR) 201
그림 2.1-45. SGTR 시 시스템의 압력 (FSAR) 202
그림 2.1-46. SGTR 시 고온관과 저온관의 온도 (FSAR) 202
그림 2.1-47. SGTR 시 가압기 내의 냉각수 부피 (FSAR) 203
그림 2.1-48. 손상된 증기발생기에서 MSSV를 통해 방출되는 유량 (FSAR) 203
그림 2.1-49. 손상된 증기발생기에서 파손부위를 통해 방출되는 유량 (FSAR) 204
그림 2.1-50. SGTR 시 증기발생기 2차측의 냉각수량 (FSAR) 204
그림 2.1-51. SGTR 시 증기발생기 2차측의 온도 (FSAR) 205
그림 2.1-52. SGTR 시 격납건물 내의 압력 (FSAR) 205
그림 2.1-53. SBO 계산시간 211
그림 2.1-54. RCP 냉각재 유량 211
그림 2.1-55. SG 2차측 냉각수 수위 211
그림 2.1-56. SG 2차측 압력 211
그림 2.1-57. 가압기 압력 211
그림 2.1-58. SG POSRV 방출유량 211
그림 2.1-59. 압력용기내 수위 212
그림 2.1-60. 2번째 링 하부 핵연료온도 212
그림 2.1-61. 2번째 링 상부 핵연료온도 212
그림 2.1-62. 압력용기내 냉각수 온도 212
그림 2.1-63. 두 번째 링 홀수 노드의 핵연료 재배치 212
그림 2.1-64. 두 번째 링 짝수 노드의 핵연료 재배치 212
그림 2.1-65. 원자로 하부헤드 온도 213
그림 2.1-66. 원자로 관통부 온도 213
그림 2.1-67. 하부헤드 파손부위를 통해 방출되는 냉각재 유량 213
그림 2.1-68. 하부헤드 파손부위를 통해 방출되는 노심물질 누적량 213
그림 2.1-69. 원자로공동의 침식두께 213
그림 2.1-70. 노심에서 발생한 수소의 누적량 213
그림 2.1-71. 원자로내 Zr, ZrO2 무게변화 214
그림 2.1-72. 격납건물 압력 214
그림 2.1-73. 격납건물 온도 214
그림 2.1-74. 격납건물내 냉각수량 214
그림 2.1-75. 핵분열 생성물 분포 214
그림 2.1-76. 핵분열생성물의 상태변화 214
그림 2.2-1. 중대사고시의 자연대류현상 234
그림 2.2-2. Surry 발전소의 코드계산에 사용한 Nodalization 234
그림 2.2-3. Surry 발전소의 코드계산에 사용한 노심 Nodalization 235
그림 2.2-4. CFD 분석에 사용한 Finite Mesh 235
그림 2.2-5. 고온관에서의 속도분포 236
그림 2.2-6. 입구 플레넘에서의 유동분포 236
그림 2.2-7. 증기발생기에서의 온도분포 237
그림 2.2-8. 울진 1,2호기 MELCOR 상세 Nodalization 261
그림 2.2-9. 기존의 울진 1,2호기 MELCOR Nodalization 263
그림 2.2-10. 상세모델에서의 고온관 증기유량 264
그림 2.2-11. 상세모델에서의 가압기 밀림관 증기유량 264
그림 2.2-12. 상세모델에서의 고온관 온도분포 265
그림 2.2-13. 상세모델에서의 증기발생기 온도분포 265
그림 2.2-14. 상세모델에서의 증기발생기 입구(CV330, 337, 338) 및 출구플레넘(CV340) 온도 266
그림 2.2-15. 상세모델에서의 증기발생기 입구플레넘(CV337) 으로의 유량 266
그림 2.2-16. 발전소정전사고시 노심 내 압력 변화 비교 267
그림 2.2-17. 발전소정전사고시 노심출구온도 변화 비교 267
그림 2.2-18. 상세모델에서의 노심출구온도 분포 268
그림 2.2-19. 상세모델에서의 노심온도분포(보라색 부분은 물로 채워진 노드임) 268
그림 2.3-1. 고리1호기 격납건물 팬냉각기 272
그림 2.3-2. 제어봉 구동장치 팬냉각기 273
그림 2.3-3. 팬냉각기-B 상세구조 275
그림 3.3-4. 팬냉각기-B의 MELCOR 모형 275
그림 2.3-5. 팬냉각기 덕트에서의 유량 283
그림 2.3-6. 팬 미기동시의 격납건물 압력 285
그림 2.3-7. 초기 팬 기동시의 격납건물 압력 286
그림 2.3-8. 후기 팬냉각기 작동 286
그림 2.3-9. 덕트 및 격납건물 증기분율 287
그림 2.3-10. 격납건물 수소농도 288
그림 2.3-11. DDT 판정 289
그림 3.1-1. ATLAS 실행시의 초기화면 294
그림 3.1-2. ATLAS 실행시의 두 번째 화면 295
그림 3.1-3. T=0초 때의 한국표준형원전 노심 297
그림 3.1-4. T=8,370초 때의 노심상태 297
그림 3.1-5. T=12,320초 때의 노심상태 298
그림 3.1-6. T=6,680초 때의 격납건물 수소분포 299
그림 3.1-7. T=7,268초 때의 격납건물 수소분포 300
그림 3.1-8. T=12,700초 때의 에어로졸 분포 301
그림 3.1-9. 증기발생기 A 격실의 ternary diagram 302
그림 3.2-1. 원자력연구소의 SARDB를 이용한 발전소 상태 진단 304
그림 3.2-2. 실시간 진단모델 시안 307
그림 3.2-3. 살수계통 제어도면 309
그림 3.2-4. 안전주입계통 제어도면 309