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요약문

SUMMARY

Contents

목차

제1장 연구개발과제의 개요 26

제1절 연구 배경 및 필요성 26

1. 연구 배경 26

2. 연구의 필요성 27

제2절 연구개발의 목적 29

제2장 국내외 기술개발 현황 34

제1절 국외 현황 34

제2절 국내 현황 36

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 40

제1절 전원완전상실사고 모의 열수력 종합효과실험 40

1. 전원완전상실사고 모의실험 40

2. 전원완전상실사고 시 터빈구동 보조급수 냉각성능 모의실험 44

3. 전원완전상실사고 시 터빈구동 보조급수 비대칭 냉각성능 모의실험 46

4. 전원완전상실사고 시 RCP실 파손 복합사고 모의실험 49

제2절 원자로용기 CEDM 관통부 안전성 평가 모의실험 53

제3절 다중복합사고 모의 열수력 종합효과실험 57

1. 전원완전상실사고 기인 원자로냉각재 상실사고 모의실험 58

2. 전원완전상실사고 기인 다중복합사고 모의실험 63

제4절 고온고압 시 자연순환 유동맵 규명 특성 모의실험 69

제5절 주급수완전상실사고 모의 열수력 종합효과실험 72

1. 주급수안전상실사고 시 일차측 감압에 의한 충수 운전 모의실험 73

2. 주급수안전상실사고 시 이차측 감압에 의한 충수 운전 모의실험 76

제6절 천이파단 냉각재상실사고 모의실험 80

1. 4.5" 저온관 상향 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험 81

2. 4.0" 저온관 상향 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험 83

3. 3.5" 저온관 상향 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험 86

제7절 정지저출력운전 중 정지냉각계통상실사고 모의실험 88

제8절 국내외 협력 프로그램 추진 94

1. 제 3차 및 제 4차 ATLAS 국내표준문제 추 진 94

2. OECD-ATLAS 국제공동연구(국내 컨소시엄 운영) 주관 99

3. OECD-PKL3 국제공동프로젝트 참여 104

4. OECD-PKL4 국제공동프로젝트 참여 107

5. SILENCE 국제협력네트워크 참여 107

6. 한-헝 공동연구실 국제공동연구 추진 109

제9절 OECD/NEA ATLAS 국제공동연구 모의실험 112

1. A1.1 실험 112

2. A1.2 실험 112

3. A2.1 실험 113

4. A2.2 실험 117

5. A3.1 실험 120

6. A4.1 실험 125

7. A5.1 실험 129

8. A5.2 실험 135

제10절 ISO 9001 인증 취득 현황 및 품질 보증 138

제11절 위탁과제추진 결과 141

1. TRACE 코드의 ATLAS 1D 정상상태 입력 개발 141

2. TRACE 코드의 ATLAS 3D 정상상태 입력 개발 142

3. TRACE 코드 1D 입력의 SBO 사고해석 결과 분석 142

4. TRACE 코드 3D 입력의 SBO 사고해석 결과 분석 147

5. MARS-KS와 RELAP5를 이용한 ATLAS 실험장치의 DVI/CL SBLOCA 사고해석 151

6. MARS-KS와 RELAP5를 이용한 ATLAS SBLOCA 사고 시 Loop Seal Clearing현상 분석 157

7. TRACE를 이용한 피동보조급수계통 성능 평가 158

8. TRACE 코드의 OECD-ATLAS 실험 전/후 해석을 수행 160

제12절 ATLAS 장치 개선 165

1. 증기발생기 업그레이드 165

2. 프로파일 열전대 업그레이드 165

3. 파단유량 측정을 위한 대형 응축탱크 보완 167

4. ATLAS 스마트 DB 구축 168

5. 비디오 프루브(Video Probe) 설치 171

6. ATLAS 원자로용기 제작 및 RCS-원자로건물 통합모의 시설 구매 발주 172

제13절 연구개발 내용 및 결과 요약 173

2012년도 연구개발 실적 요약 173

2013년도 연구개발 실적 요약 174

2014년도 연구개발 실적 요약 175

2015년도 연구개발 실적 요약 176

2016년도 연구개발 실적 요약 177

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 190

제1절 대형 종합효과 실험장치 운영기술 고도화 190

제2절 열수력 종합효과 실험 DB 구축 190

제3절 국내외 협력 프로그램 주관 198

1. 참여현황 198

2. 목표 달성도 및 기여도 198

제5장 연구개발결과의 활용계획 204

제1절 원자력 열수력 종합효과실험 안전연구 고도화 204

제2절 경수로 설계기준초과사고 열수력 종합효과실험 DB 205

제3절 국내외 협력프로그램 주관 206

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 210

제7장 연구개발성과의 보안등급 214

제8장 연구장비의 구축 및 활용 결과 218

제9장 연구개발과제수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 222

제10장 참고문헌 226

서지정보양식(BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET) 228

표목차

표 2.1-1. 세계의 주요 열수력 종합효과실험시설 35

표 3.1-1. ATLAS 전원완전상실사고 모의실험의 초기 조건 41

표 3.3-1. ATLAS 전원완전상실사고 기인 증기발생기 세관파단사고 모의실험의 초기 조건 64

표 3.4-1. ATLAS 자연순환 유동 맵 규명 특성 모의 실험 조건 69

표 3.5-1. ATLAS 주급수완전상실사고 모의실험의 초기 조건 73

표 3.6-1. 4.5" 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험의 초기 조건 81

표 3.6-2. 4.0" 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험의 초기 조건 83

표 3.6-3. 3.5" 파단 시 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험의 초기 조건 86

표 3.7-1. 정지저출력운전 중 정지냉각계통상실사고 모의실험 주요 조건 89

표 3.8-1. 아틀라스 국내표준문제 해석 소그룹 운영 체계 95

표 3.8-2. PMK2 실험 매트릭스 110

표 3.9-1. OECD/NEA ATLAS A2.1 실험의 초기 조건 115

표 3.9-2. A2.2 실험 과도상태 진행 결과 118

표 3.9-3. OECD/NEA ATLAS A3.1 급수완전상실사고 모의실험 시나리오 125

표 3.9-4. OECD/NEA ATLAS A3.1 급수완전상실사고 모의실험의 초기 조건 125

표 3.9-5. A4.1 실험 과도상태 진행 결과 127

표 3.9-6. A5.1 실험의 초기 및 경계조건 132

표 3.9-7. A5.1 실험 사고 진행 시나리오 133

표 3.9-8. A5.2 실험 시 과도상태 결과 136

표 3.11-1. TRACE 코드 1D 입력 SBO 사고해석 시나리오(Sequence of Events) 144

표 3.11-2. TRACE 코드 3D 입력 SBO 사고해석 시나리오(Sequence of Events) 148

표 3.11-3. DVI/CL SBLOCA Nodalizatio 151

표 3.11-4. DVI/CL SBLOCA 사고해석 초기 및 경계조건 152

표 3.11-5. DVI/CL SBLOCA 파단 위치 및 안전주입계통 위치 비교 152

표 3.11-6. DVI/CL SBLOCA 사고해석 시나리오(실험 vs. MARS-KS vs. RELAP5) 153

표 3.11-7. ATLAS DVI/CL SBLOCA Loop Seal Clearing 비교 157

표 3.11-8. A1.1 실험에 대한 TRACE 코드 과도상태 모의 결과 161

표 3.11-9. A1.2 실험에 대한 TRACE 코드 과도상태 모의 결과 163

표 4.2-1. 주증기관 파단 모의 보완실험 Databas 191

표 4.2-2. 전원완전상실사고 모의 실험 Database 192

표 4.2-3. 특이사고 모의실험 Database 193

표 4.2-4. 가압기 서지라인 파단 MBLOCA 실험 Database 193

표 4.2-5. OECD-ATLAS 종합효과실험 Database 194

표 4.2-6. 주급수완전상실사고 모의실험 Database 195

표 4.2-7. 대형냉각재상실사고 모의실험 Database 195

표 4.2-8. 두산중공업 실험 Database 196

표 4.2-9. 저온관 상부파단 장기냉각실험 Database 196

표 4.2-10. 정지냉각계통상실사고 Database 197

그림목차

그림 3.1-1. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 42

그림 3.1-2. 계통 수위의 변화 43

그림 3.1-3. 계통 유량의 변화 43

그림 3.1-4. 증기발생기 튜브 내 수위와 계통 유체온도의 변화 44

그림 3.1-5. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 45

그림 3.1-6. 계통 수위의 변화 45

그림 3.1-7. 보조급수 유량 및 누적유량의 변화 46

그림 3.1-8. 계통 유량의 변화 46

그림 3.1-9. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 47

그림 3.1-10. 계통 수위의 변화 47

그림 3.1-11. 계통 유량의 변화 48

그림 3.1-12. 저온관과 강수부 유체온도의 변화 48

그림 3.1-13. 증기발생기 튜브 내 수위와 계통 유체온도의 변화 49

그림 3.1-14. RCP 실 파손 모의 위치 49

그림 3.1-15. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 50

그림 3.1-16. 계통 수위의 변화 51

그림 3.1-17. 증기발생기 튜브 내 수위와 계통 유체온도의 변화 51

그림 3.1-18. 보조급수 유량 및 누적유량의 변화 51

그림 3.1-19. 저온관과 강수부 유체온도의 변화 52

그림 3.1-20. RCP 실 누설유량의 누적질량 변화 52

그림 3.2-1. 파단 노즐 및 파단 개략도 54

그림 3.2-2. 계통 압력의 변화 54

그림 3.2-3. 계통수위 및 노심벽면 최고 온도의 변화 55

그림 3.2-4. 중간관 및 증기발생기 튜브 내 수위의 변화 55

그림 3.2-5. 강수부 우회배관의 차압 및 계통 유체 온도의 변화 55

그림 3.2-6. 안전주입수 유량 및 누적 질량의 변화 56

그림 3.2-7. 배관 유체 온도 및 원자로용기 상부 헤드 수위의 변화 57

그림 3.2-8. 노심과 원자로용기 상부 헤드 수위의 변화 57

그림 3.2-9. 파단 유량과 누적 질량의 변화 57

그림 3.3-1. RCP 실 파손 모의 개념도(SBO-05 실험) 59

그림 3.3-2. 계통 압력의 변화 59

그림 3.3-3. 노심 최대 온도의 변화 60

그림 3.3-4. 계통 수위의 변화(SBO-05 실험) 60

그림 3.3-5. 계통 수위의 변화(SBO-06 실험) 61

그림 3.3-6. 증기발생기 튜브 내 수위의 변화 61

그림 3.3-7. 중간관 내 수위의 변화 62

그림 3.3-8. RCP 실 누설유량의 누적질량 변화 62

그림 3.3-9. 증기발생기 세관파단사고 모의실험 방법 및 파단 노즐의 개념도 64

그림 3.3-10. 계통 압력의 변화 65

그림 3.3-11. 계통 수위의 변화 65

그림 3.3-12. PCT의 변화 65

그림 3.3-13. 증기발생기 수위의 변화 66

그림 3.3-14. 저온관 내 유체 유량의 변화 66

그림 3.3-15. 증기발생기 튜브 내 수위의 변화 67

그림 3.3-16. 저온관 내 유체 온도의 변화 67

그림 3.3-17. 파단 유량의 변화 68

그림 3.4-1. 냉각재 잔여량 변화(NC-01R) 70

그림 3.4-2. 냉각재 노심입구 유량 변화(NC-01R) 70

그림 3.4-3. ATLAS 및 국외 열수력 종합효과실험 장치의 자연 순환 맵 71

그림 3.5-1. 급수완전상실사고 시 Feed & Bleed... 73

그림 3.5-2. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 74

그림 3.5-3. 계통 수위의 변화 75

그림 3.5-4. 계통 유량의 변화 75

그림 3.5-5. 증기발생기 튜브 내 수위와 계통 유체온도의 변화 76

그림 3.5-6. 안전주입수 유량 및 노심 수위 변화 76

그림 3.5-7. 계통 압력 및 노심 최대온도의 변화 78

그림 3.5-8. 계통 수위의 변화 78

그림 3.5-9. 계통 유량의 변화 78

그림 3.5-10. 증기발생기 튜브 내 수위와 계통 유체온도의 변화 79

그림 3.5-11. 안전주입수 유량 및 노심 수위 변화 79

그림 3.6-1. 저온관 상향 파단 장기냉각 루프실 재형성 거동 규명 실험... 80

그림 3.6-2. 중간관 흡입부 수위의 변화 82

그림 3.6-3. 압력용기 수위의 변화 82

그림 3.6-4. 계통 압력의 변화 82

그림 3.6-5. 노심 온도의 변화 82

그림 3.6-6. 중간관 흡입부 수위의 변화 85

그림 3.6-7. 중간관 흡입부 수위의 변화 85

그림 3.6-8. 압력용기 수위의 변화 85

그림 3.6-9. 압력용기 수위의 변화 85

그림 3.6-10. 계통 압력의 변화 85

그림 3.6-11. 계통 압력의 변화 85

그림 3.6-12. 노심 온도의 변화 85

그림 3.6-13. 노심 온도의 변화 85

그림 3.6-14. 중간관 흡입부 수위의 변화 87

그림 3.6-15. 압력용기 수위의 변화 87

그림 3.6-16. 계통 압력의 변화 87

그림 3.6-17. 노심 온도 변화 87

그림 3.7-1. 정지저출력운전 중 정지냉각계통상실사고 모의 개념도 88

그림 3.7-2. ML-01 실험 노심 수위 변화 89

그림 3.7-3. ML-01 실험 노심 온도 89

그림 3.7-4. ML-01 실험 1차계통과 2차계통의 압력 90

그림 3.7-5. ML-01 실험 증기발생기 온도 90

그림 3.7-6. ML-01 실험 가압기 및 증기발생기 수위 90

그림 3.7-7. ML-02 실험 노심 수위 변화 91

그림 3.7-8. ML-02 실험 노심 온도 91

그림 3.7-9. ML-02 실험 1차계통과 2차계통의 압력 91

그림 3.7-10. ML-02 실험 가압기 및 증기발생기 수위 91

그림 3.7-11. ML-02 실험 증기발생기 온도 91

그림 3.7-12. ML-03R 실험 노심 수위 변화 92

그림 3.7-13. ML-03R 실험 노심 온도 92

그림 3.7-14. ML-03R 실험 1차계통과 2차계통의 압력 92

그림 3.7-15. ML-03R 실험 가압기 및 증기발생기 수위 92

그림 3.7-16. ML-03R 실험 증기발생기 온도 93

그림 3.7-17. ML-03R 실험 후기 수직 중간관 수위 변화(루프씰관련)[원문불량;p.94] 93

그림 3.8-1. 3차 아틀라스 국내표준문제 2차 추진회의 96

그림 3.8-2. 3차 아틀라스 국내표준문제 3차 추진회의 96

그림 3.8-3. 3차 아틀라스 국내표준문제 4차 추진회의 96

그림 3.8-4. 아틀라스 국내표준문제 5차 최종 추진회 96

그림 3.8-5. 4차 ATLAS 국내표준문제 착수회의 98

그림 3.8-6. 4차 ATLAS 국내표준문제 1차 추진회의 98

그림 3.8-7. 4차 ATLAS 국내표준문제 2차 추진회의 98

그림 3.8-8. 4차 ATLAS 국내표준문제 3차 추진회의 98

그림 3.8-9. 4차 ATLAS 국내표준문제 4차 추진회의 98

그림 3.8-10. OECD 전문가회의 개최 101

그림 3.8-11. OECD-ATLAS 착수회의 101

그림 3.8-12. OECD-ATLAS 2차 PRG/MB 회의 101

그림 3.8-13. OECD-ATLAS 협약서 발췌본 101

그림 3.8-14. OECD-ATLAS 3차 PRG/MB 회의 102

그림 3.8-15. OECD-ATLAS 4차 PRG/MB 회의 102

그림 3.8-16. OECD-ATLAS 5차 PRG/MB 회의 102

그림 3.8-17. 4차 국제 IET 워크숍 102

그림 3.8-18. OECD-ATLAS 6차 PRG/MB 회의 102

그림 3.8-19. OECD-ATLAS 실험매트릭스 103

그림 3.8-20. OECD-ATLAS 국제공동연구 예산 투입계획 103

그림 3.8-21. OECD-ATLAS 국내컨소시엄 협약식 104

그림 3.8-22. OECD-ATLAS 국내컨소시엄 협약서 104

그림 3.8-23. PKL 장치를 활용한 연구 이력 105

그림 3.8-24. OECD-PKL-3 프로젝트 실험매트릭스 개요 106

그림 3.8-25. SILENCE 최종 협약서 109

그림 3.8-26. SWINTH-2016 워크숍 109

그림 3.8-27. 한-헝 공동연구실 개소식 109

그림 3.8-28. 한-헝 국제 워크숍 109

그림 3.8-29. 한-헝 공동연구실 연구수행 체계 111

그림 3.8-30. PMK2 실험결과와 코드해석결과와의 비교[원문불량;p.112] 111

그림 3.9-1. OECD-ATLAS A2.1 실험 개요도 115

그림 3.9-2. 계통 압력 거동 116

그림 3.9-3. 저온관 유량 116

그림 3.9-4. SG-1 U-tube 수위 거동 116

그림 3.9-5. SG-2 U-tube 수위 거동 116

그림 3.9-6. PAFS 순환 유량 116

그림 3.9-7. SG 이차측 수위 거동 116

그림 3.9-8. SGTR 세관 파손 모의 튜브 117

그림 3.9-9. A2.2 실험시 계통 압력 118

그림 3.9-10. A2.2 실험시 원자로용기 수위 118

그림 3.9-11. A2.2 실험 시 전열봉 표면 온도 119

그림 3.9-12. A2.2 실험 시 고온관 유량 119

그림 3.9-13. A2.2 실험 시 SGTR 파단 유량 119

그림 3.9-14. APR1400 취출 및 충수운전 개요 121

그림 3.9-15. 가압기 POSRV 50% 노즐 121

그림 3.9-16. 증기발생기 2차측 수위 및 압력 변화[원문불량;p.123] 122

그림 3.9-17. 가압기 수위 및 압력 변화[원문불량;p.123] 122

그림 3.9-18. 안전주입펌프 및 안전주입탱크 주입유량 변화[원문불량;p.124] 123

그림 3.9-19. 노심 및 강수관 수위 변화[원문불량;p.124] 123

그림 3.9-20. 노심 냉각재 온도 및 PCT 변화[원문불량;p.125] 124

그림 3.9-21. IBLOCA 대응실험 파단 및 안전주입수 주입위치 126

그림 3.9-22. A4.1 실험 시 가압기 압력 128

그림 3.9-23. A4.1 실험 시 노심 수위 128

그림 3.9-24. A4.1 실험 시 전열봉 온도 128

그림 3.9-25. A4.1 실험 시 저온관 유량 128

그림 3.9-26. 일차계통 압력 변화 133

그림 3.9-27. 2차 계통 압력 변화 133

그림 3.9-28. 원자로 용기의 수위 변화 134

그림 3.9-29. 파단 유량 변화 134

그림 3.9-30. 감압률 계산 결과 134

그림 3.9-31. Loop seal 수위 거동 변화 134

그림 3.9-32. LSTF와 ATLAS의 설계 특성 비교 134

그림 3.9-33. A5.2 실험 시 가압기 압력 136

그림 3.9-34. A5.2 실험 시 노심 수위 136

그림 3.9-35. A5.2 실험 시 전열봉 온도 137

그림 3.9-36. A5.2 실험 시 저온관 유량 137

그림 3.10-1. ISO-9001: 2008 인증서 140

그림 3.11-1. TRACE 코드의 ATLAS 1D nodalization 141

그림 3.11-2. TRACE 코드의 3D RPV 정상상태 입력 Nodalization 142

그림 3.11-3. TRACE 코드 1D 입력 ATLAS SBO-01 실험 사고해석 결과 그래프 145

그림 3.11-4. TRACE 코드 1D 입력 ATLAS SBO-02 실험 사고해석 결과 그래프(1) 146

그림 3.11-5. TRACE 코드 3D 입력 ATLAS SBO-01R 실험 사고해석 결과 그래프 149

그림 3.11-6. TRACE 코드 3D 입력 ATLAS SBO-02 실험 사고해석 결과 그래프 150

그림 3.11-7. ATLAS DVI/CLI SBLOCA 사고해석 결과 그래프(1) 155

그림 3.11-8. ATLAS DVI/CLI SBLOCA 사고해석 결과 그래프(2) 156

그림 3.11-9. ATLAS-PAFS 장치에 대한 TRACE 인풋 작성 158

그림 3.11-10. TRACE 코드 3D 입력 ATLAS SBO-02 실험 사고해석 결과 그래프 159

그림 3.11-11. TRACE 해석을 위한 ATLAS nodalization 160

그림 3.11-12. A1.1 실험에 대한 TRACE 해석 결과(압력 및 수위) 161

그림 3.11-13. A1.1 실험에 대한 TRACE 해석 결과(원자로 용기 수위) 161

그림 3.11-14. A1.1 실험에 대한 TRACE 해석 결과(PCT) 162

그림 3.11-15. TRACE 코드의 PAFS nodalization 162

그림 3.11-16. A1.2 실험에 대한 TRACE 해석 결과(압력 및 수위) 163

그림 3.11-17. A1.2 실험에 대한 TRACE 해석 결과(고온관 유량) 163

그림 3.11-18. A1.2 실험에 대한 TRACE 해석 결과(PAFS 유량) 164

그림 3.12-1. 증기발생기 추가 열전대 배치 165

그림 3.12-2. 증기발생기 추가 열전대 인출 개념도 165

그림 3.12-3. 고온관 내 프로파일 열전대 설치 위치 166

그림 3.12-4. 저온관 내 프로파일 열전대 설치 위치 166

그림 3.12-5. 프로파일 열전대 설치 도면 167

그림 3.12-6. 응축탱크 및 스파저 노즐 도면 168

그림 3.12-7. ATLAS 스마트 DB 개발 절차 169

그림 3.12-8. 스마트 DB 모듈 구조와 키워드 검색 170

그림 3.12-9. 스마트 DB 프로그램의 메인 화면 170

그림 3.12-10. 데이터의 그래프 도식화 GUI 170

그림 3.12-11. 비디오 프루브(Video Probe) 171

그림 3.12-12. 노심부분막힘 모의 기구의 개념도 172

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