표제지
제출문
최종연구보고서 초록
요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 31
제1절 연구개발의 목적 33
제2절 연구개발의 필요성 34
제3절 연구개발의 범위 35
제2장 국내·외 기술개발 현황 37
제1절 국내·외 기술개발 현황 39
제2절 연구결과가 국내·외 기술개발 현황에서 차지하는 위치 43
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 47
제1절 중수로 안전성 검증평가체제 및 통합 검증평가체제 개발 49
1. 중수로 노심 검증평가체제 개발 49
2. 중수로 방사선원 및 환경방사능 평가코드 개발 106
3. 수평배관 열수력 모델 개선을 위한 실험설비 구축 및 모델 개발 119
4. 중수로 핵연료채널 실모형 전산해석모델 개발 144
제2절 가동중 중수로 안전성 평가방법론/지침 개발 184
제3절 중수로 배수조 스크린 막힘사고에 대한 안전성 평가 231
제4절 중수로 설비개선 관련 규제요건 및 지침개발 248
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 313
제1절 연구목표 달성도 315
제2절 관련 분야에의 기여도 319
제5장 연구개발결과의 활용계획 321
제1절 연구개발결과 활용계획 323
제2절 연구개발결과 파급효과 325
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 327
제1절 중수로 안전성 검증평가체제 및 통합 검증평가체제 개발 329
제2절 가동중 중수로 안전성 평가방법론/지침개발 332
제3절 중수로 주요 안전현안 평가/대처방안 수립 333
제4절 중수로 규제현안 규제기술개발(월성 1호기 설비개선 필요 규제요건 개발) 334
참고문헌 335
부록 347
부록 1. 중수로관련 규제요건 개정(안) 349
부록 2. 검사요건 및 상세 검사지침 375
표 2-1. 선진국과의 기술수준 비교 46
표 3-1. 통합노달해법의 기저 함수 56
표 3-2. MASTER_DLL의 연계 변수 64
표 3-3. MASTER_DLL 서브루틴의 함수 인자 65
표 3-4. 정지계통 작동을 위한 로그출력증가율 논리회로의 매개변수 값 73
표 3-5. 초기노심의 영역별 반응단면적 77
표 3-6. 지발 중성자군 상수 77
표 3-7. 정상상태 초기 노심의 영역 출력 비교 81
표 3-8. 정상상태 노심의 상세 출력 비교 82
표 3-9. 과도상태 노심 상대출력 변화표 84
표 3-10. 과도상태 영역 출력 변화 85
표 3-11. Ion Chamber의 위치 89
표 3-12. 지발 중성자군 자료 93
표 3-13. 해석시간 간격에 따른 트립 시간의 예측 민감도 분석 96
표 3-14. 사고 유형별 예측 트립 시간 97
표 3-15. 40% RIH 파단에 의한 출력 변화 - 유한차분해법 100
표 3-16. 40% RIH 파단에 의한 출력 변화 - 노달전개법 101
표 3-17. 100% ROH 파단에 의한 출력 변화 - 유한차분해법 102
표 3-18. 100% ROH 파단에 의한 출력 변화 - 노달전개법 103
표 3-19. 50% PS 파단에 의한 출력 변화 - 유한차분해법 104
표 3-20. 50% PS 파단에 의한 출력 변화 - 노달전개법 105
표 3-21. 냉각재 비방사능 비교 118
표 3-22. 공기 압축기의 제원 125
표 3-23. 초고속 카메라의 제원 130
표 3-24. 관찰 영역의 완전발달유동 입구 길이 132
표 3-25. 실험조건 요약 134
표 3-26. 노심 내 대표채널에 대한 채널 출력 154
표 3-27. RELAP/CANDU 입력에 반영 가능한 각 부위별 경년열화 인자 202
표 3-28. 초기 고장 기간 205
표 3-29. 우발 고장 기간 206
표 3-30. 마모 고장 기간 206
표 3-31. RELAP_CANDU에 반영된 열화모델 식의 가정 210
표 3-32. RELAP/CANDU에 입력 값으로 적용된 경년열화 변수값 214
표 3-33. 최적 조합으로 선정된 경년열화 부위 및 경년열화 변수 (가동연수 40년) 222
표 3-34. RELAP/CANDU 코드 계산에 사용한 주요 트립 신호 238
표 3-35. 계통모델에 대한 초기조건 (원자로출력 103%) 239
표 3-36. 핵연료채널 입구모관 35% 파단사고 진행 과정 240
표 3-37. 운영변경허가(설비교체)관련 관계법령 251
표 3-38. 검사지침서 항목별 내용 및 적용범위 307
표 4-1. 연구내용 및 연구범위 315
표 4-2. 주요 연구개발 실적 318
그림 3-1. Two-node kernel configuration 53
그림 3-2. SCAN_DLL/RELAP-CANDU 코드 간 자료 교환방식 63
그림 3-3. 노심 열수력 채널그룹 구조 (RELAP-CANDU) 67
그림 3-4. 다중 열수력 채널그룹 구조 (CATHENA) 67
그림 3-5. RELAP-CANDU 코드의 노심 열수력 노드 구조 68
그림 3-6. XY 평면상 표준 핵설계 노드 구조 68
그림 3-7. XZ 평면상 표준 핵설계 노드 구조 및 반응도 제어기구 분포 68
그림 3-8. 장 정지봉의 낙하 곡선 74
그림 3-9. 노심 영역의 정면도 76
그림 3-10. 노심 영역의 윗면도 76
그림 3-11. 반응도 제어기구의 삽입영역 윗면도 78
그림 3-12. 노심 분할 구조 정면도 79
그림 3-13. 노심 분할 구조 윗면도 80
그림 3-14. 핵연료 채널 구성 정면도 82
그림 3-15. 핵연료 다발 구성 윗면도 82
그림 3-16. 노심 상대출력 변화 (18×18×10 노드 분할구조) 83
그림 3-17. 격자 분할 구조에 따른 노심 상대출력 변화 86
그림 3-18. Θ값에 따른 노심 상대출력 변화 87
그림 3-19. 노심 외곽부의 수평 구조물 89
그림 3-20. IC_3C에서의 중성자속 변화 89
그림 3-21. IC_1D에서의 중성자속 변화 90
그림 3-22. IC_5G에서의 중성자속 변화 90
그림 3-23. 대형 냉각재상실사고 모사를 위한 파단 위치 91
그림 3-24. 제 1 정지계통의 구성 윗면도 95
그림 3-25. 40% RIH 파단에 대한 출력 변화 99
그림 3-26. 40% RIH 파단에 냉각재 밀도 변화 99
그림 3-27. 100% ROH 파단에 대한 출력 변화 99
그림 3-28. 100% ROH 파단에 냉각재 밀도 변화 99
그림 3-29. 50% PS 파단에 대한 출력 변화 99
그림 3-30. 50% PS 파단에 냉각재 밀도 변화 99
그림 3-31. 2개의 영역으로 구성된 시스템 다이어그램 114
그림 3-32. CANDU의 피더와 헤더의 배치도 119
그림 3-33. Barnea et al (1985) 이 제안한 경사각에 따른 유동영역지도 120
그림 3-34. CATHENA 코드에서 사용되는 유동영역지도 121
그림 3-35. 실험장치 전체 개념도 122
그림 3-36. 물 공급라인 123
그림 3-37. 마그네틱 유량계 124
그림 3-38. 공기 공급라인 124
그림 3-39. 공기 로터미터 126
그림 3-40. 허니콤부 126
그림 3-41. 물-공기 혼합부, (좌) T관, (우상) 노즐, (우하) 허니콤부 127
그림 3-42. 아크릴관 고정부 128
그림 3-43. 경사각도 조절 개념도 129
그림 3-44. 고정판에 아크릴을 고정한 모습 129
그림 3-45. 임피던스미터 (상) 축방향, (하좌) 전면, (하우) 측면 131
그림 3-46. 직관의 경계층 형성과 완전발달영역 132
그림 3-47. 임피던스미터의 위치 선정 133
그림 3-48. 실험 관찰포인트 134
그림 3-49. 실험에 사용한 Datasheet 135
그림 3-50. 수직상향유동 예비시험 관찰 포인트 136
그림 3-51. jg=0.02 m/s, jf=2.3 m/s 136
그림 3-52. jg=1.60 m/s, jf=2.3 m/s 136
그림 3-53. jg=0.02 m/s, jf=0.25 m/s 137
그림 3-54. jg=2.30 m/s, jf=0.25 m/s 137
그림 3-55. jg=0.02 m/s, jf=0.01 m/s 137
그림 3-56. jg=2.30 m/s, jf=0.01 m/s 137
그림 3-57. 수직관의 대표 유동양식 이미지 138
그림 3-58. 수직관 이상유동양식지도 138
그림 3-59. 수평관의 대표 유동양식 이미지 139
그림 3-60. 수평관 이상유동양식지도 139
그림 3-61. 0.2˚ 경사관 이상유동양식지도 140
그림 3-62. 2˚ 경사유동의 대표 유동양식 이미지 141
그림 3-63. 2˚ 경사관 이상유동양식지도 141
그림 3-64. 30˚ 경사유동의 대표 유동양식 이미지 142
그림 3-65. 30˚ 경사관 이상유동양식지도 142
그림 3-66. 핵연료채널 집합체 145
그림 3-67. 다양한 파단 LOCA 이후의 핵연료채널 거동 특성 147
그림 3-68. MW 채널의 다발 7에서 압력관 온도(임계파단) 148
그림 3-69. 대형 LOCA 시 핵연료채널의 시간 의존적인 온도거동 148
그림 3-70. 정상, 처짐, 부품 채널에 대한 반경방향 열전달 모델 149
그림 3-71. 압력관 부품 채널의 축방향 구조 149
그림 3-72. CATHENA 단일채널 노드 150
그림 3-73. 관 벽면 방위각 구분 151
그림 3-74. 벽면 열전도에 대한 반경방향 Nodalization 152
그림 3-75. 벽면 열전도에 대한 축방향 Nodalization 152
그림 3-76. 반경방향 열전도 모델링 156
그림 3-77. 반경 및 원주방향 열전도 모델링 158
그림 3-78. 반경방향 열전도모델에 대한 노드 분할 160
그림 3-79. 중심각 Θ와 기포분율 αg의 관계 165
그림 3-80. 열수력/열전달 패키지 연계 170
그림 3-81. 중수로 핵연료채널 모듈 170
그림 3-82. 중수로 핵연료채널 모듈과 RELAP/CANDU 연계 부분 171
그림 3-83. 액체 채널(균일 HTC)에 대한 RELAP/CANDU 과도상태 분석 173
그림 3-84. 수평 성층화 채널(불균일 HTC)에 대한 RELAP/CANDU 온도 과도상태 분석 173
그림 3-85. 수평 성층화 채널(불균일 HTC)에 대한 RELAP/CANDU 변형 과도상태 분석 173
그림 3-86. 구성체의 설계 수명에 영향을 미치는 잠재적 열화 메카니즘의 평가등급 체계 188
그림 3-87. 욕조모양 곡선 205
그림 3-88. 경년열화의 진행에 따른 입구 엔드 피팅의 거칠기 변화율 211
그림 3-89. 경년열화의 진행에 따른 Rated Flow 변화율(채널4) 212
그림 3-90. 경년열화의 진행에 따른 손실계수(Loss Coeffecient) 변화율 212
그림 3-91. 경년열화의 진행에 따른 노심 채널의 수력학적 직경 변화율 213
그림 3-92. 7개의 그룹으로 분화된 다차원 평균 채널 노드 그림(채널4) 215
그림 3-93. RELAP/CANDU 전체 노드 그림(월성 2호기) 216
그림 3-94. 가동연수 별 PCT (전변수 고려) 비교 218
그림 3-95. 각 부위별 민감도 분석 결과_가동연수 40년 219
그림 3-96. 각 경년열화 변수별 민감도분석 결과 (노심채널)_40년 220
그림 3-97. 각 경년열화 변수별 민감도분석 결과 (펌프)_40년 221
그림 3-98. 각 경년열화 변수별 민감도분석 결과 (증기발생기)_40년 221
그림 3-99. 최적 경년열화 변수 조합의 선정을 위한 민감도분석 (핵연료 채널, 펌프, 증기발생기) 222
그림 3-100. 최적 경년열화 변수 조합의 선정을 위한 민감도분석 (핵연료 채널 및 펌프) 223
그림 3-101. 경년열화를 고려한 RIH 35% 파단(IV등급 전원상실 동반)사고의 59회 반복계산 결과 226
그림 3-102. 경년열화를 고려한 경우의 PCT에 대한 PDF(RIH35% break) 227
그림 3-103. 경년열화를 고려한 2.5% 원자로입구모관 파단(안전계통 가용한 경우)사고의 59회 반복계산 결과 228
그림 3-104. 경년열화를 고려한 경우의 PCT에 대한 PDF (2.5% 원자로입구모관 파단) 229
그림 3-105. 경년열화에 따른 안전여유도 변화(LBLOCA) 230
그림 3-106. 경년열화에 따른 안전여유도 번화(SBLOCA) 230
그림 3-107. CANDU reactor system nodalization 237
그림 3-108. 피복관, 압력관 및 냉각재 온도 239
그림 3-109. 채널 내 열전달계수 239
그림 3-110. 채널 내 기포율 240
그림 3-111. 채널 내 압력 240
그림 3-112. 파단 방출 유량 242
그림 3-113. 입구 모관 압력 242
그림 3-114. 파단 및 비파단회로의 원자로 출력 242
그림 3-115. 가압기 서지/회로 경계에서의 유량 242
그림 3-116. 충수 및 배출계통에서의 유량 242
그림 3-117. 주증기안전밸브 방출 유량 242
그림 3-118. 증기발생기 dome 압력 243
그림 3-119. 파단회로 내 채널 유량 243
그림 3-120. 출구 모관 기포율 243
그림 3-121. Ch.4에서의 핵연료 피복관 온도 243
그림 3-122. Ch 4에서의 압력관 온도 243
그림 3-123. 터빈 유량 244
그림 3-124. 열수송펌프 속도 244
그림 3-125. 주급수펌프 및 보조급수펌프 속도 244
그림 3-126. 주급수펌프 및 보조급수펌프 토크 244
그림 3-127. 주급수펌프 및 보조급수펌프 토크 245
그림 3-128. 비상노심냉각수 주입 유량 246
그림 3-129. 파단 방출 유량 246
그림 3-130. 회로 냉각재 재고량 246
그림 3-131. 비파단회로에서의 핵연료 표면 온도 246
그림 3-132. 파단회로에서의 핵연료 표면 온도 247
그림 3-133. 파단회로에서의 압력관 내부 표면 온도 247
그림 3-134. 설비교체와 관련한 주요 고려사항 299