[논문]영광원전에서 가상 사고시 대기확산 평가

나만균; 심영록; 정철기; 이경진; 김승평; 정성태

문제 정의

본 연구에서는 사고시 대기확산 코드를 개발하므로써, 영광원전에서 정상운전 뿐만 아니라 사고 시 대기확산에 의한 피폭을 평가하기 위한 대기확산 코드 시스템을 갖추는 것을 목표로 하였다. 사고 시 대기확산을 평가하기 위해서 USNRC Reg.

가설 설정

풍속의빈도 분포를 나타내는 결합빈도분포 (Joint Frequency Distributions)를 사용하여 제한구역경계와 저인구지대 경계에서 방향 및 시간대별로 상대적 방사능 농도인 X/Q 값을 계산한다. X/Q 값은 대기로 방출되는 방사능 물질이 방사능 운의중심선을 따라 정규분포를 이루며, 방출점과 X/Q 값이 계산되는 모든 지점들 사이에서 방사능 운이직선으로 이동하는 것으로 가정하여 계산된다.
31 까지의 5년간 자료)를 사용하였으며, 프로그램내에서 10m 높이의 기상자료로 변환되어 이용된다. 보수성을 위해 지표면 방출로 가정하였으며, 각 방향별 50% 누적빈도에 상응하는 X/Q을 계산하였다. 또한 사고 후 중간시간대(2~8시간 8~24시간, 1~4일 4- 30일)의 대기확산을 평가하기 위하여 XOQ_DW 코드 출력이 인터페이스를 통하여 이용되는데, 이의 바람장 모델을 위해 부지 주변 80 km 내외의 지방 기상대의 기상자료 (1995.

제안 방법

16 방향으로 나뉜 각 풍향에 대하여 두 지점 (보통 제한구역 경계와 저인구지대 경계)에서 풍속과 대기안정도의 각 조합에 따른 X/Q 값을 계산하고, 이를 각 방향별 크기 순으로 나열하여 누적빈도 분포를 계산한다. 이 값으로부터 총시간에 대하여 0.
PAVAN 코드에 기초하여 사고시 대기확산을 평가하는 XOQAR 코드를 개발하였다. 정상운전중 대기확산 코드인 XOQ-DW 코드와 인터페이스가 가능하도록 하여, 일부 입력 자료 및 출력자료가 이용되었다.
145에 언급된 최대 섹터 (Maximum Sector) X/Q 값으로 사용된다. 또한 같은 방법으로 모든 풍향에 대하여 풍속과 대기안정도의 각 조합에 따른 X/Q 값을 계산하고, 이를 크기 순으로 나열하여 누적빈도분포를 계산한다. 총 시간에 대하여 5%의 누적빈도에서 X/Q 값이 선정되고, 이 값이 전체부지 (Overall Site) X/Q 값으로 불린다.
5% 혹은 5% (방향 독립) 누적빈도에서 X/Q 값만 계산하는데 비하여, XOQAR 코드에서는 각 방향별 50% 누적빈도에서 X/Q 값을 계산하는 기능이 추가되었다. 원자력시설의 사고로 인해 주변 주민 및 환경에 미치는 방사선 영향을 좀더 현실적으로 평가하기 위해, 각 방향별 50% 누적빈도에서 X/Q 값은 계산 가능하도록 하였다.
침적에 대한 개선이 이루어졌다. 즉, 현실적인 유효 고도 보정 및 산악 침투 모델을 통해서산악 지형에 대한 고려를 하였고, 복잡한 지형에의한 Plume에의 영향을 고려하기 위하여 바람장모델을 도입하여 바람 발생 확률 빈도를 보정하여직선 궤도 모델을 보완하였다. 정상운영시 XIQ 값은 XOQ-DW 코드에서 지표면 방출에 대하여는 식 (7), 고도 방출에 대하여는 식 (8)과 같이계산된다:
침적에 대한 개선이 이루어졌다. 즉, 현실적인 유효 고도 보정 및 산악 침투 모델을 통해서산악 지형에 대한 고려를 하였고, 복잡한 지형에의한 Plume에의 영향을 고려하기 위하여 바람장모델을 도입하여 바람 발생 확률 빈도를 보정하여직선 궤도 모델을 보완하였다. 정상운영시 XIQ 값은 XOQ-DW 코드에서 지표면 방출에 대하여는 식 (7), 고도 방출에 대하여는 식 (8)과 같이계산된다:
대기안정도와 풍향. 풍속의빈도 분포를 나타내는 결합빈도분포 (Joint Frequency Distributions)를 사용하여 제한구역경계와 저인구지대 경계에서 방향 및 시간대별로 상대적 방사능 농도인 X/Q 값을 계산한다. X/Q 값은 대기로 방출되는 방사능 물질이 방사능 운의중심선을 따라 정규분포를 이루며, 방출점과 X/Q 값이 계산되는 모든 지점들 사이에서 방사능 운이직선으로 이동하는 것으로 가정하여 계산된다.
현재 영광원전에서 정상운전시 피폭평가를 위해이용되는 대기확산 코드는 XOQ_DW 코드이며, XOQDOQ 코드에 근거하여 발전소 주변 지역에서의 바람 방향의 영향, 산악 지형에 대한 모델, 습식 침적에 대한 개선이 이루어졌다. 즉, 현실적인 유효 고도 보정 및 산악 침투 모델을 통해서산악 지형에 대한 고려를 하였고, 복잡한 지형에의한 Plume에의 영향을 고려하기 위하여 바람장모델을 도입하여 바람 발생 확률 빈도를 보정하여직선 궤도 모델을 보완하였다.

대상 데이터

보수성을 위해 지표면 방출로 가정하였으며, 각 방향별 50% 누적빈도에 상응하는 X/Q을 계산하였다. 또한 사고 후 중간시간대(2~8시간 8~24시간, 1~4일 4- 30일)의 대기확산을 평가하기 위하여 XOQ_DW 코드 출력이 인터페이스를 통하여 이용되는데, 이의 바람장 모델을 위해 부지 주변 80 km 내외의 지방 기상대의 기상자료 (1995.1.1 ~ 1999.12.31 까지의 5년간 자료)가 이용되었다. 보통 운전허가와 관련된 최종환경영향평가를 수행하는데 최적 평가를 수행하게 되며, 그래서 방사능 붕괴및 플륨 감손효과를 고려한 경우를 다루기로 한다.
정상운영시 대기확산인자 평가와 마찬가지로 영광 원자력 발전소부지 내 기 상관측소에서 15분 (1999.5 월부터는 10분) 간격으로 58m 철탑에서 측정한 기상자료 (1995.1.1 ~ 1999.12.31 까지의 5년간 자료)를 사용하였으며, 프로그램내에서 10m 높이의 기상자료로 변환되어 이용된다. 보수성을 위해 지표면 방출로 가정하였으며, 각 방향별 50% 누적빈도에 상응하는 X/Q을 계산하였다.
XOQAR 코드를 개발하였다. 정상운전중 대기확산 코드인 XOQ-DW 코드와 인터페이스가 가능하도록 하여, 일부 입력 자료 및 출력자료가 이용되었다. 본 코드를 이용하여 영광원전에서 대기확산인 자를 계산하였으며 , 제한구역경계와 저 인구지대 경계에서 대기확산인자 값이 바다 방향을 제외한 최대값은 각각 #이었다.

이론/모형

이 코드는 USNRC Reg. Guide 1.145[4]에 기초하여 개발되었으며, 기본적으로 통계적인 Gaussian 모델에기초하며, 정상운전 중 평가에 비하여 보수성을갖도록 하였다. 물론 AZAP 코드는 정상운전 중대기확산인자가 계산 가능하며, 이는 기본적으로 XOQDOQ와 똑같이 USNRC Reg.
한다. 영광 3 ・ 4호기 FSAR에서 사고시 대기확산 계산에는 AZAP 코드[3]가 이용되었다. 이 코드는 USNRC Reg.
(사고후 2시간 이내의 대기확산인자 평가시는 고려하지 않았음). 이를 위해 XOQ.DW 코드에서는 개선된 습식침적, 산악침투에 의한 플륨 침적, 바람장 모델, Valley 모델을 통한 유효고도 보정 (지표면 방출로 인하여 실제 보정 안됨) 등이 이용되었다.

성능/효과

1) PAVAN 코드는 총 시간에 대하여 0.5% 혹은 5% (방향 독립) 누적빈도에서 X/Q 값만 계산하는데 비하여, XOQAR 코드에서는 각 방향별 50% 누적빈도에서 X/Q 값을 계산하는 기능이 추가되었다. 원자력시설의 사고로 인해 주변 주민 및 환경에 미치는 방사선 영향을 좀더 현실적으로 평가하기 위해, 각 방향별 50% 누적빈도에서 X/Q 값은 계산 가능하도록 하였다.
2) 사고후 중간시간대 (2~8시간, 8~24시간, 1~4일, 4~30일)의 X/Q 값을 계산하기 위해서는 정상운영시 (Annual Average) X/Q 값과 사고후 0~2 시간 X/Q 값을 대수적으로 내삽하여 결정한다. 따라서 정상운영시대기확산에서 이용되고 있는 XOQ_DW 코드로부터 정상운영시 X/Q 값을 입력받을수 있도록 코드 인터페이스를 위한 루틴이추가되었다.
3) 영광 부지에서와 같이 주변 지역이 평탄하지 않아 지형적 영향이 크기 때문에, 지형 고도를 입력할 수 있는 Data 개수를 증가시켰으며, 지형장 모델을 개발하여 코드 입력으로 제공하였다.
4) 16방향에 대한 2개의 계산지점 (제한구역경계, 저인구지대 경계) 외에, 추가로 22개의정해진 각 계산지점 (0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 15.0, 20.0, 27.5, 35.0, 42.5, 50.0, 57.5, 65.0, 72.5, 80.0 km)에서 X/Q 값을 계산하는 기능이추가되었다.
5) 소구역 (Segment) 평균의 단기 및 장기 X/Q 값을 계산하는 기능이 추가되었다. 각 방향에 대하여 10개 소구역 (1-2, 2-4, 4-6, 6-8, 8-10, 10-20, 20-35, 35-50, 50-65, 65-80 km)에 대한 소구역 평균 XIQ여는 다음과 같이 계산된다:
본 코드를 이용하여 영광원전에서 대기확산인 자를 계산하였으며 , 제한구역경계와 저 인구지대 경계에서 대기확산인자 값이 바다 방향을 제외한 최대값은 각각 #이었다. 그리고 총 시간에 대한 0.5% 누적빈도에 상응하는 X/Q 값을 본 코드와 기존 코드 (PAVAN)의 결과를 살펴보면, l-2km 구역에서는 거의 같으나, 10-20km 구역에서는 6.5%, 그리고 65-80km 구역에서는 12.6% 만큼 본 코드에 의하여 계산된 X/Q 값이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구를 통하여 영광원전에서 정상운전 및 사고시 방사성 기체방출물의 대기확산을 평가하는코드 체계를 갖추게 되었다. 본 코드는 지형장 입력의 변경을 통하여 쉽게 다른 부지의 사고시 대기확산을 평가할 수 있다.
5% 누적빈도에 상응하는 X/Q 값이 비교되어 있다. 이 표로부터 총 시간에 대한 0.5% 누적빈도에 상응하는 X/Q 값을 본 코드와 기존 코드 (PAVAN)의 결과를 살펴보면, l-2km 구역에서는 거의 같으나, 10-20km 구역에서는 6.5% [ =(X/Qxoqar~ X/Qpavan)/X/Qpavan\< 그리고 65-80km 구역에서는 12.6% 만큼 본 코드에 의하여 계산된 X/Q 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다.

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