목차

[표제지 등]=0,1,2

제출문=1,3,1

최종연구보고서 초록=2,4,1

요약문=3,5,7

목차=10,12,9

그림목차=19,21,6

표목차=25,27,2

제1장 연구개발과제의 개요=27,29,1

제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황=28,30,3

제3장 연구개발 수행 내용 및 결과=31,33,1

제1절 트리튬의 특성 및 취급기술 개요=31,33,1

1. 트리튬의 특성 및 생성=31,33,1

가. 트리튬의 특성=31,33,1

(1) 트리튬의 핵적 특성=31,33,1

(2) 트리튬의 물리화학적 특성=31,33,2

(3) 트리튬의 생물학적 특성=32,34,1

나. 트리튬의 생성=32,34,1

(1) 천연계에서의 트리튬 생성=32,34,1

(2) 원전에서의 트리튬 생성=32,34,2

2. 트리튬 처리 기술=33,35,1

가. 세계의 트리튬 분리현황=33,35,1

(1) 프랑스 Grenoble 공장=33,35,1

(2) 캐나다 Darlington 공장=33,35,2

(3) 기타=34,36,1

나. 트리튬 분리기술=34,36,1

(1) 트리튬 분리공정개요=34,36,1

(2) 트리튬 이동을 위한 촉매공정=35,37,1

(3) 트리튬 농축을 위한 초저온 증류 공정=35,37,2

다. 트리튬 저장, 용기 품질보증 및 처분=36,38,1

(1) 품질보증=36,38,1

(2) 트리튬 용기 관리 및 최종 처분=36,38,1

제2절 트리튬 저장용기 시제품 제작, 성능 및 안전성=37,39,1

1. 트리튬 저장용기 시제품 설계요건=37,39,1

가. 저장용기 개요=37,39,1

나. 저장용기의 설계조건=37,39,1

(1) 설계조건=37,39,1

(2) 재질조건=37,39,1

다. 저장용기의 상세설계=38,40,1

(1) 저장용기의 개요=38,40,1

(2) 부품 사양=38,40,1

2. 트리튬 저장용기 시제품의 제작검사 및 품질보증=38,40,1

가. 용기의 제작요건=38,40,2

나. 용기의 품질보증=39,41,2

3. 트리튬 저장용기 시제품의 저장 및 탈장 특성 실증실험=41,43,1

가. 트리튬 저장체 활성화 저장실험 장치=41,43,2

나, 저장재의 수소동위원소 저장특성시험=43,45,1

(1) 저장재 특성시험용 반응기=43,45,2

(2) 티타늄 스펀지의 활성화 실험=44,46,6

(3) 티타늄 스펀지의 수소 흡장 특성실험=49,51,1

(가) 저장재의 종류=49,51,2

(나) 진공도 변화=51,53,2

(다) 입자크기=53,55,1

(라) 초기압력변화=53,55,4

(마) 수소 및 중수소의 흡장특성 비교=56,58,2

(바) 헬륨 함량=58,60,2

(사) 초기 수소 저장량의 변화=60,62,2

(아) 수소의 탈장특성실험=62,64,1

(자) 티타늄 스펀지의 미분진 생성=62,64,3

다. 저장용기의 회분식 흡장성능 확인 실증실험=64,66,1

(1) 시험용 저장용기의 수소저장실험=64,66,1

(가) 시험용 저장용기의 활성화=64,66,2

(나) 시험용 저장용기의 회분식 수소저장 반응실험=65,67,4

(다) 11회이후의 회분식 수소저장실험=68,70,5

(2) 저장용기 시제품의 수소저장실험=73,75,1

(가) 저장용기 시제품의 회분식 수소저장 특성=73,75,2

(나) 저장용기 시제품의 수소저장용량 확인 실험=75,77,3

4. 저장 용기의 재료 평가, 수소화물의 발화 안전성 및 붕괴열 실험=77,79,1

가. 저장 용기의 재료 평가=77,79,1

(1) 내화학성 시험=77,79,4

(2) 기계적 강도=80,82,2

(3) 내 충격성 시험(Sharpy impact test)=82,84,3

(4) 내화내열성 시험=84,86,3

나. 수소화물의 발화 안전성 실험=86,88,1

(1) 수소화물 Ti의 발화점 안전성 실험=86,88,3

(가) 수소화물의 발화 실험(600~650℃ 기준)=88,90,2

(나) 미분진 수소화물의 발화온도 실험 및 공기중 자연 발화성=90,92,1

다. 트리튬 붕괴열에 따르는 온도 구배 확인(17W, 62℃기준)=90,92,1

(1) 트리튬 붕괴열 계산[2.4.2]=91,93,2

(2) 실험 장치=92,94,2

(3) 실험 결과=94,96,2

5. 저장용기 벽 확산 평가 및 수소화물의 수중 안전성=96,98,1

가. 저장용기 벽의 트리튬 확산평가=96,98,1

(1) 용기재료 내 수소동위원소 및 헬륨의 확산거동=96,98,1

(2) 트리튬 기체 폐기물 저장용기 개요=96,98,2

(3) 수소 동위원소 확산 방정식=97,99,1

(가) 기본 유한 차분식 유도=97,99,4

(나) 헬륨거동=100,102,1

(다) 저장용기 내 트리튬 인벤토리 및 헬륨 발생=100,102,2

(라) 저장용기 외부로의 트리튬 유출=101,103,1

(4) 티타늄-수소 평형=102,104,2

(5) 저장용기 재료 내 수소동위원소 및 헬륨 거동=103,105,1

(가) 수소동위원소 및 헬륨의 상온 장기 확산거동=103,105,3

(나) 트리튬 인벤토리 예측=106,108,1

(다) 고온 화재조건에서 트리튬 확산 평가=106,108,5

(6) 저장용기의 헬륨 유출 건전성=111,113,1

(가) 용기재료에서의 혤륨거동[2.5.13]=111,113,2

(나) 저장용기 재료 건전성에 미치는 헬륨의 영향[2.5.6]=112,114,2

나. 트리튬 저장재의 수중 안전성 시험=114,116,1

(1) 티타늄 트리타이드의 수중 안정성=114,116,1

(2) 티타늄 중수소화물의 수중 안정성 시험=115,117,3

6. 월성원전 TRF 연계 및 저장용기 수요량 예측=118,120,1

가. 월성원전 TRF 연계자료 분석=118,120,1

(1) 월성원전 TRF 개요[2.6.1]=118,120,3

(2) 삼중수소 취급 및 저장계통에 대한 분석=120,122,1

(가) 개요=120,122,1

(나) 기능=120,122,1

(다) 구성기기=120,122,2

(라) 전공배기=121,123,1

(마) 운전=121,123,1

(바) 수소동위원소 분석=121,123,2

(사) 삼중수소 저장용기=123,125,1

(아) 예비 활성화 단계=123,125,1

(자) 우라늄 세정용기=123,125,2

(3) 윌성원전 TRF 설계요건=124,126,1

(가) 설계 기준=124,126,2

(나) 코드, 표준 및 규제요건=125,127,3

나. 삼중수소 저장용기 수요량 예측=128,130,1

(1) 월성원전 TRF 운전에 따른 삼중수소 농도변화 모델링=128,130,1

(가) 가정=128,130,1

(나) 월성원전 TRF 가동 후 계통내 삼중수소 농도=128,130,4

(다) 운전방식 l=132,134,2

(라) 운전방식 II=133,135,3

(2) 삼중수소 농도 지배 방정식=136,138,2

(3) 월성원전 TRF 운전 시나리오=137,139,5

(4) 삼중수소 농도, 제거량 및 저장용기 수요량 계산=142,144,1

(가) 모델식=142,144,1

(나) 전산모사 가정=142,144,2

(5) 삼중수소 농도, 제거량 및 저장용기 수요량 예측=143,145,1

(가) 삼중수소 농도 변화=143,145,3

(나) 윌간 삼중수소 제거량=145,147,3

(다) 연간 삼중수소 제거량=147,149,1

(라) 삼중수소 저장용기 수요량=147,149,23

7. 저장 시스템 안전 및 가상사고시 환경영향분석=170,172,1

가. 삼중수소 저장용기의 안전관련 제한요건 분석=170,172,1

(1) 저장용기의 안전성 관련 기본 고려 항목=170,172,1

(2) Ti 저장재의 안전관련 특성=170,172,2

(3) U 저장재의 안전관련 특성=171,173,1

(4) 저장용기 관련 국내외 규정=171,173,1

(가) 국내 관련 규정=171,173,4

(나) 외국기관의 관련규정=174,176,3

나. 방사선 및 열 해석코드를 이용한 삼중수소 저장용기의 해석결과 도출=176,178,1

(1) 방사선 차폐 해석=176,178,1

(가) 방사선 차폐 해석 결과=177,179,4

(2) 열 해석=181,183,1

(가) HEATING 7 코드=181,183,2

(나) 삼중수소 저장용기 적용 결과=182,184,9

다. 삼중수소 저장 시스템 관련사고 시나리오 분석=191,193,1

(1) 서론=191,193,1

(2) 방사선 원=191,193,2

(3) 방사선 방호 설계 형태=192,194,1

(가) 구역설정=193,195,1

(나) 환기=193,195,2

(다) 공기세정계통=194,196,1

(4) 선량평가=194,196,2

(5) 방사선 감시=195,197,1

(6) 가상사고 시나리오 분석=195,197,1

(가) 가상사고 안전성 분석 목표=195,197,2

(나) 안전성분석 방법론=196,198,2

(다) 위험의 확인=197,199,6

(라) 계산 방법=203,205,2

(마) 가상사고시 시나리오에 따른 선원 및 방출항 (지하층 저장용기 제외)=204,206,4

(바) 가상사고시 시나리오에 따른 선원 및 방출항 (지하층 저장용기 포함)=207,209,2

라. 삼중수소 저장시스템 가상사고시 환경영향분석=209,211,1

(1) 가상사고(지하층 저장용기 제외)에 따른 개인 선량 추정치=209,211,2

(2) 가상사고에 따른 환경영향평가 (지하층 저장용기 제외)=210,212,2

(3) 가상사고(지하층 저장용기 포함)에 따른 개인 선량 추정치=211,213,4

(4) 가상사고에 따른 환경영향평가 (지하층 저장용기 포함)=214,216,4

제3절 특정기술주제보고서 작성=218,220,1

1. 트리튬 운반용기 안전성 분석보고서=218,220,1

가. 운반용기의 개요=218,220,1

(1) 운반용기의 개요 및 제원=218,220,3

(2) 운반용기의 운영에 관한 개요=220,222,2

(3) 방사성내용물의 개요=221,223,3

나. 법적 적용기준=224,226,2

다. 구조평가=226,228,1

(1) 검토 및 결과=226,228,1

(2) 구조설계=226,228,11

(3) 중량 및 무게중심=237,239,1

(4) 재료의 기계적 특성 및 화학적 특성=237,239,4

(5) 운반용기의 일반요건=240,242,11

(6) 하중 및 외압 적용요건=250,252,4

(7) 정상운반조건에 대한 구조평가=253,255,4

(8) 운반사고조건에 대한 구조평가=257,259,7

라. 열 평가=264,266,1

(1) 검토 및 결과=264,266,1

(2) 재료의 열적 특성=265,267,2

(3) 부품의 기술사양=266,268,2

(4) 정상운반조건에 대한 열 평가=267,269,9

(5)/(4) 운반사고조건에 대한 열 평가=275,277,2

마. 격납평가=276,278,1

(1) 검토 및 결과=276,278,2

(2) 격납경계=277,279,3

(3) 정상운반 조건(Normal Condition)에 대한 격납평가=279,281,4

(4) 운반사고 조건에 대한 격납평가=282,284,2

바. 방사선차폐평가=283,285,1

(1) 검토 및 결과=283,285,1

(2) 선원사양=283,285,2

(3) 계산모델=284,286,2

(4) 방사선차폐평가=285,287,2

사. 핵임계평가=286,288,1

아. 운반용기의 조작 및 운영절차=286,288,1

(1) 트리튬 1차 저장용기 인수 및 검사=286,288,3

(2) 트리튬 1차 저장용기의 포장 및 밀봉=288,290,3

(3) 트리튬 운반용기의 운송절차=290,292,2

(4) 트리튬 1차 저장용기의 개봉절차=292,294,1

자. 운반용기의 유지ㆍ보수 절차 및 성능검사절차=293,295,1

2. 트리튬 운반용기 제작 보고서=294,296,1

가. 운반용기 제작 시방서=294,296,5

나. 운반용기 제작도면=299,301,8

다. 운반용기 조립 절차서=307,309,7

라. 2차용기 수압시험 절차서=314,316,2

라. 운반용기 제작공정 사진(KT500A)=316,318,5

3. 트리튬 운반용기 성능시험 계획서=321,323,1

가. 시험방법=321,323,1

(1) 기술기준=321,323,1

(2) 운반사고조건 시험방법=321,323,3

나. 시험기준=323,325,1

(1) 관련법규=323,325,1

(2) 시험기준=323,325,2

(3) 평가기준=324,326,4

다. 시험물 사양 및 시험물 제작=327,329,1

(1) 시험물 사양=327,329,2

(2) 시험물 제작=329,331,1

라. 시험시설 및 시험기기=329,331,1

(1) 시험시설=329,331,1

(2) 시험항목 및 장비=330,332,1

마. 시험자료 평가방법=330,332,1

(1) 낙하시험 I=330,332,1

(2) 낙하시험 II=330,332,1

(3) 열 시험=331,333,1

바. 시험물 제작계획=331,333,1

사. 시험일정=331,333,1

아. 절차서=331,333,1

(1) 가스누출시험 절차서(OP-03-N15)=331,333,3

(2) 낙하시험 I 절차서(OP-03-A01)=333,335,2

(3) 낙하시험 II 절차서(OP-03-A02)=334,336,2

(4) 열시험 절차서(OP-03-A03)=335,337,3

자. 첨부 양식=337,339,5

4. 성능시험 결과보고서=342,344,1

가. KT500B 성능시험=342,344,1

(1) 시험 전 누설평가=342,344,1

(2) 1차 9m 수직 낙하시험=343,345,1

(3) 2차 9m 수평 낙하시험=344,346,1

(4) 3차 1m 수평 봉위 낙하시험=345,347,1

(5) 시험 후 누설평가=346,348,1

나. KT500A 성능시험=347,349,1

(1) 시험 전 누설평가=347,349,1

(2) 1차 9m 경사 낙하시험=348,350,1

(3) 2차 1m 수평 봉위 낙하시험=349,351,1

(4) 3차 800도 열시험=350,352,2

(5) 시험 후 누설평가=352,354,1

다. 성능시험 결과=353,355,1

라. 성능시험 관련 사진=354,356,6

5. 트리튬 운반용기 유지 및 보수=360,362,1

가. 목적=360,362,1

나. 적용범위=360,362,1

다. 참조 문서=360,362,1

라. 책임 및 업무절차=360,362,1

(1) 책임사항=360,362,1

(2) 업무절차=361,363,3

마. 품질보증기록=364,366,1

바. 첨부 양식=364,366,3

제4절 트리튬 취급시스템 기술=367,369,1

1. 트리튬 취급시스템=367,369,1

가. 트리튬 취급시스템의 설계 및 제작=367,369,1

나. 트리튬 취급 rig=368,370,2

다. Glove box의 건전성 시험=370,372,1

라. Ar 정화장치=371,373,1

(1) Ar 정화장치의 운전 및 재생=371,373,2

(2) 정화장치의 성능 측정용 분석장치=373,375,2

2. 기체 크로마토그래피 분석에 의한 수소동위원소/헬륨 분석=375,377,1

가. 티타늄 수소화물의 수소동위원소 분석=375,377,1

나. 수소동위원소 분석시험 및 조성 평형=376,378,1

다. 헬륨(He), 수소(H₂) 및 중수소(D₂) 혼합시료 분리특성=377,379,3

라. 수소동위원소 크로마토그래피 분석시험 절차서=380,382,1

(1) 고정상 칼럼 준비 및 연결=380,382,1

(2) 수소동위원소 분석을 위한 표준곡선 마련=380,382,2

제5절 결론=382,384,2

제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도=384,386,1

제5장 연구개발결과의 활용 계획=385,387,1

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보(국내참고문헌 포함)=386,388,4

서지정보양식=390,392,2

표 1.1. 트리튬 생성 중성자 핵반응=31,33,1

표 1.2. 트리튬의 물성 비교=32,34,1

표 2.1.1. 저장용기 시제품의 주요 부품=39,41,1

표 2.2.1. 공정 적용을 위한 KEPlC QAP의 18개 항목=40,42,1

표 2.2.2. 저장용기 시제품의 시험 및 검사계획서=40,42,1

표 2.4.1. ASTM 기준치의 및 기계적 강도 시험 결과 비교=82,84,1

표 2.4.2. 저장용기 재질의 내 충격성 시험 결과=84,86,1

표 2.4.3. 저장용기 재질의 고온인장 시험 결과=86,88,1

표 2.4.4. 시간에 따른 트리튬 붕괴열 계산 결과=92,94,1

표 2.5.1. 스테인리스강에 대한 수소의 확산계수 및 용해도 관련 Arrhenius 상관식에 사용된 상수[2.5.4]=99,101,1

표 2.5.2. 티타늄 수소화물의 양론에 따른 수소 평형압력 상관식에 사용된 상수[2.5.3]=100,102,1

표 2.5.3. 저장용기 규격, 저장조건 및 물성치=104,106,1

표 2.5.4. 스테인리스강의 조성 및 단위 체적당 atom수=105,107,1

표 2.5.5. 헬륨 유무에 다른 스테인리스강의 975K에서 연성시험 결과[2.5.6]=113,115,1

표 2.6.1. 월성원전 TRF 계통 요약=119,121,1

표 2.6.2. 월성원전 TRF 관련 기준 및 표준=126,128,2

표 2.6.3. 월성원전 TRF 가동 여부에 따른 삼중수소 농도 지배방정식의 파라미터=136,138,1

표 2.6.4. 월성원전 관련인자의 정의와 값[2.6.4]=137,139,1

표 2.6.5. 운전방식 I인 경우의 월성원전 TRF 운전시나리오 A=140,142,1

표 2.6.6. 운전방식 I인 경우의 월성원전 TRF 운전시나리오 B=140,142,1

표 2.6.7. 운전방식 I인 경우의 월성원전 TRF 운전시나리오 C=141,143,1

표 2.6.8. 운전방식 I인 경우의 월성원전 TRF 운전시나리오 D=141,143,1

표 2.6.9. 월성원전 TRF 운전시나리오 A와 B의 연도별 삼중수소 제거량=167,169,1

표 2.6.10. 월성원전 TRF 운전시나리오 C와 D의 연도별 삼중수소 제거량=167,169,1

표 2.6.11. 월성원전 TRF 운전시나리오 A와 B의 연도별 삼중수소 저장용기 수요량=168,170,1

표 2.6.12. 월성원전 TRF 운전시나리오 C와 D의 연도별 삼중수소 저장용기 수요량=168,170,1

표 2.6.13. 월성원전 TRF 운전시나리오에 따른 처리량 및 운전방식 변환시점=169,171,1

표 2.7.1. 특성에 따른 각 코드의 분류=178,180,1

표 2.7.2. MCNP 계산에 사용된 여러 가지 변수=178,180,1

표 2.7.3. 사용된 여러 가지 변수 값=185,187,1

표 2.7.4. 초기 조건 450℃시의 온도 변화 결과=185,187,1

표 2.7.5. 초기 조건 550℃시의 온도 변화 결과=186,188,1

표 2.7.6. 초기 조건 800℃시의 온도 변화 결과=187,189,1

표 2.7.7. 사고등급별 개인선량한도 및 사건빈도=198,200,1

표 2.7.8. 월성TRF 내의 삼중수소 방사선 내재량=200,202,1

표 2.7.9. 월성TRF 중수소 기체 내재량=201,203,1

표 2.7.10. 보수적 한계사건에 대한 대기확산 및 선량 결과치의 찬고 문헌과 코드결과 값의 비교=209,211,1

표 2.7.11. 가상사고(지하층 저장용기 포함)에 미치는 인자 및 그 입력 값=213,215,1

표 2.7.12. 각각의 가상사고에 영향을 미치는 인자 및 방출량과 선량값=214,216,1

표 3.1. TiH1.009 의 양론을 가진 트리타이드의 온도에 따른 기체 평형 압력 (1차저장용기)및 온도에 따른 2차 저장용기 내압(이미지 참조)=222,224,1

표 3.2. 트리튬 운반용기의 주요 부품에 대한 중량 및 무게 중심=237,239,1

표 3.3. 티타늄 수소화물의 양론에 따른 수소 평형압력=278,280,1

표 3.4. 스테인리스강에 대한 수소의 확산계수 및 용해도 상관식=279,281,1

표 3.5. 온도에 따른 트리튬(T₂) 발생량 및 방사선량=280,282,2

표 3.6. MCNP 계산에 사용된 여러 가지 변수=285,287,1

표 3.6.2. 온도에 따른 트리튬(T₂) 발생량 및 방사선량=325,327,1

표 3.7. KT500B 사전 누설시험 결과=342,344,1

표 3.8. KT500B 9m 수직 낙하시험 결과=343,345,1

표 3.9. KT500B 9m 수평 낙하시험 결과=344,346,1

표 3.10. KT500B 9m 수평 봉위 낙하시험 결과=345,347,1

표 3.11. KT500B 시험후 누설시험 결과=346,348,1

표 3.12. KT500B 사전 누설시험 결과=347,349,1

표 3.13. KT500A 9m 경사 낙하시험 결과=348,350,1

표 3.14. KT500A 1m 수평 봉위 낙하시험 결과=349,351,1

표 3.15. KT500B 열시험 결과=350,352,1

표 3.16. KT500B 시험 후 누설시험 결과=352,354,1

표 3.17. 트리튬 운반용기 성능시험 누설평가결과=353,355,1

표 4.2.1. He-H₂-D₂ 혼합물 시료와 이들의 크로마토그래피 분리결과=378,380,1

영문목차

[title page etc.]=0,1,7

Summary=6,8,3

Contents=9,11,18

1. Introduction=27,29,1

2. State of the Arts=28,30,3

3. Theoretical and Experimental=31,33,1

3-1. Characteristics of Tritium=31,33,6

3-2. Storage of Hydrogen Isotopes=37,39,181

3-3. Topical Report and Safety Analysis=218,220,149

3-4. Handling of Hydrogen Isotopes=367,369,15

3-5. Conclusion=382,384,2

4. Achievements and Industrial Contribution=384,386,1

5. Proposal for Application=385,387,1

6. References=386,388,6