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원전 중대사고 연계 소외결말해석 전산체계에 대한 고찰
Study on the Code System for the Off-Site Consequences Assessment of Severe Nuclear Accident 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.14 no.4, 2016년, pp.423 - 434  

김소라 (한국원자력연구원) ,  민병일 (한국원자력연구원) ,  박기현 (한국원자력연구원) ,  양병모 (한국원자력연구원) ,  서경석 (한국원자력연구원)

초록
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인접 국가인 일본의 후쿠시마 원전에서 극한 자연재해로 인한 중대사고가 발생하면서, 국내에서 중대사고 및 확률론적 안전성 평가 (PSA, Probabilistic Safety Assessment)에 대한 중요성이 재인식되었다. 국내에서는 원전의 소외결말을 평가하는 3단계 PSA에 대한 연구개발이 최근까지 거의 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 국외 3단계 PSA 전산코드 중, 미국의 MACCS2 (MELCORE Accident Consequence Code System 2), 유럽의 COSYMA (COde SYstem from Maria) 그리고 일본의 OSCAAR (Off-Site Consequence Analysis code for Atmospheric Releases in reactor accidents)에 대한 간략한 분석과 미국의 MACCS2에 대한 단점 및 한계점 분석을 수행하였다. 국내 외 전문가들에 의해 공통적으로 지적되어 온 MACCS2의 한계점은 다수호기사고와 사용후핵연료 저장조로부터의 방출 모사의 불가능, 그리고 대기확산모델을 단순 가우시안 플륨모델을 기본으로 한다는 것이며, 이중 일부는 MACCS2업데이트 버전을 통해 개선되어 왔다. Food chain 모델의 모사의 제한, 해양 및 수계 확산모델의 부재, 제한된 범위의 경제영향평가 등 또한 개선되어야 할 사항이다. 기술보고의 결과는 국내 3단계 PSA 관련 기술 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The importance of severe nuclear accidents and probabilistic safety assessment (PSA) were brought to international attention with the occurrence of severe nuclear accidents caused by the extreme natural disaster at Fukushima Daiichi nuclear power plant in Japan. In Korea, studies on level 3 PSA had ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 국내·외 전문가들은 MACCS2에서 다수호기사고와 사용후핵연료 저장조로부터의 방출모사의 불가능, 가우시안 플륨모델을 기본으로 한 대기확산모델 등을 공통적으로 지적해왔다. MACCS2는 이러한 지적 사항들 중 일부를 반영하여 업데이트 버전을 통해 개선하여 왔으며, 이에 대한 내용도 본 논문에 기술하였다. Food chain 모델의 모사의 제한, 해양 및 수계 확산모델의 부재, 제한된 범위의 경제영향평가 등 또한 개선되어야 할 사항이다.
  • 3 단계 PSA 기술은 환경·사회적 특성이 다른 각국이 개발한 기술을 도입하여 적용하기 보다는 우리나라 고유의 환경·사회적 특성을 반영하여 기술개발을 하는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 3단계 확률론적 안전성 평가 코드에 대한 국외 현황에 대해 검토하고, 전 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 3단계 PSA 코드인 미국의 MACCS2의 단점 및 한국 적용의 한계점에 대해 분석하였다.
  • 본 논문에서는 국외의 3단계 PSA 전산코드들에 대한 간략한 분석과 미국의 MACCS2에 대한 단점 분석을 수행하였다. 국내·외 전문가들은 MACCS2에서 다수호기사고와 사용후핵연료 저장조로부터의 방출모사의 불가능, 가우시안 플륨모델을 기본으로 한 대기확산모델 등을 공통적으로 지적해왔다.

가설 설정

  • 각 퍼프 오염농도가 가우시안 분포를 이룬다는 통계적 가정을 채택하고, 지표면으로부터 반사되는 것으로 가정한다. 수평·수직방향으로의 분산형태를 결정짓는 대기확산계수는 퍼프가 이동한 거리와 대기 안정도에 대한 함수로 나타난다.
  • 평지를 기본으로 한 가우시안 모델은 산지, 협곡, 강 등의 복잡한 지형으로 인한 대기확산 특성을 예측하기 어려우며, 대부분의 원전은 해안에 위치하고 있지만, 가우시안 모델로는 해륙풍의 영향을 전혀 고려할 수 없다. 또한, 직선궤도 가우시안 플륨에 의해 정의되는 제한된 구역에만 방사성 물질이 영향을 미치는 것으로 가정된다. MACCS2의 ATMOS 모듈에서 계산되는 방사성 핵종의 농도는 플륨의 중심선에서의 값이다.
  • 중기단계에서는 비상단계 이후 1년 이내 기간에 대해서 평가되며, 지표에 침적된 물질으로부터의 외부피폭과 지표로부터 재부유된 물질의 흡입으로 인한 내부피폭만 고려된다. 선량완화조치로는 일시 이주가 고려되며, 일정 준위 이상의 피폭이 예상될 경우 주민들이 비오염 지역으로 중기단계 전체 기간 동안 이주한 것으로 가정한다. 장기단계는 중기단계 이후 전체 기간에 대해 평가되며, 중기단계에서 평가되는 피폭경로에 음식이나 물 섭취로 인한 내부피폭이 추가적으로 고려된다.
  • 비상단계에서 고려되는 선량완화 조치는 소개, 대피, 일시 이주가 있다. 소개나 대피의 경우 선량에 무관하게 특정지역(비상계획구역(EPZ, Emergency Planning Zone))에서 실시되며, 일시 이주의 경우 일정 준위의 선량 기준을 초과하여 피폭될 경우에 대해 실시되는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중대사고 및 확률론적 안전성 평가의 중요성이 커진 사건은 무엇인가? 2011년 3월 인접 국가인 일본의 후쿠시마 원전에서 극한 자연재해로 인한 중대사고가 발생하면서, 국내에서 중대사고 및 확률론적 안전성 평가(PSA, Probabilistic Safety Assessment)에 대한 중요성이 재인식되었다. 특히, 국내에서는 원전의 소외결말을 평가하는 3단계 PSA에 대한 연구개발이 최근까지 거의 이루어지지 않았으며, 미국의 MELCORE Accident Consequence Code System 2 (MACCS2)를 국내 특정 원전들을 대상으로 하여 시범적으로 적용한 단계에 머무르고 있다.
MACCS2의 계산을 시간의 측면에서 설명하시오. MACCS2의 계산은 기본적으로 시간과 공간의 측면으로 나누어진다. 시간의 관점에서 사고단계는 발생 시점부터 비상단계, 중간단계, 그리고 장기단계로 나누어지며, 이는 사고 발생 후 뒤따르는 사회적 반응 순서에 기반하여 구분(미국환경보호청(EPA, Environmental Protection Agency) (1992) [8]의 Protective Action에서의 정의에 따름) 된다. MACCS2의 모든 계산 결과는 극좌표 공간격자를 기본으로 저장된다.
3단계 PSA 수행을 위한 전산코드는 각 나라별로 무엇인가? 3단계 PSA 수행을 위한 전산코드는 미국의 MACCS2 이외에도, 유럽연합의 COSYMA, 일본의 OSCAAR, 영국의 CONDOR, 핀란드의 ARANO, 스웨덴의 LENA 등이 1970~1990년대에 각 국가의 특성을 반영하여 개발되었고, 현재까지 그 완성도를 높여오고 있다[4]. 3 단계 PSA 기술은 환경·사회적 특성이 다른 각국이 개발한 기술을 도입하여 적용하기 보다는 우리나라 고유의 환경·사회적 특성을 반영하여 기술개발을 하는 것이 필수적이다.
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참고문헌 (25)

  1. U.S. Nuclear Regulatory Commission, Reactor Safety Study: An Assessment of Accident Risks in U.S. Commercial Nuclear Power Plants, NUREG-75/014 (WASH-1400), U.S. NRC, Washington, DC (1975). 

  2. U.S. Nuclear Regulatory Commission, Severe Accident Risks: An Assessment for Five U.S. Nuclear Power Plants, NUREG-1150, U.S. NRC, Washington, DC (1990). 

  3. U.S. Nuclear Regulatory Commission, State-of-the-Art Reactor Consequence Analyses (SOARCA) Report, NUREG-1935, U.S. NRC, Washington, DC (2012). 

  4. European Commission, Probabilistic Accident Consequence Assessment Codes - Second International Comparision, EUR-15109, European Commission and OECD Nuclear Energy Agency, Luxembourg (1994). 

  5. D.I. Chanin and M.L. Young, Code Manual for MACCS2: Volume 1, User's Guide, NUREG/CR-6613, Vol.1, SAND97-0594, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM (1998). 

  6. D.I. Chanin and M.L. Young, Code Manual for MACCS2: Volume 2, Preprocessor Codes COMIDA2, FGRDCF, IDCF2, NUREG/CR-6613, Vol.2, SAND97-0594, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM (1998). 

  7. U.S. Department of Energy, MACCS2 Computer Code Application Guidance for Documented Safety Analysis, DOE-EH-4.2.1.4-MACCS2-Code Guidance, U.S. DOE, Washington, DC (2004). 

  8. U.S. Environmental Protection Agency, Manual of Protective Action Guides and Protective Actions for Nuclear Incidents, EPA 400-R-92-001, PB92-164763, U.S. EPA, Washington, DC (1992). 

  9. F.A. Gifford, "Atmospheric Dispersion Models for Environmental Pollution Applications", in: Lectures on Air Pollution and Environmental Impact Analysis, D.A. Haugen, ed., American Meteorological Society, Boston, MA (1975). 

  10. American Meteorological Society, "Workshop on Stability Classification Schemes and Sigma Curves - Summary and Recommendations", Bulletin of the American Meteorological Society, 58 (1977). 

  11. G.A. Briggs, "Plume Rise Predictions", in: Lectures on Air Pollution and Environmental Impact Analysis, Workshop proceedings, American Meteorological Association, Boston, MA (1975). 

  12. F.T. Harper, S.C. Hora, M.L. Young, L.A. Miller, C.H. Lui, M.D. Mckay, J.C. Helton, L.H.J. Goossens, R.M. Cooke, J. Pasler-Sauer, B. Kraan, and J.A. Jones, Probabilistic Accident Consequence Uncertainty Analysis: Dispersion and Deposition Uncertainty Assessment, NUREG/CR-6244, EUR-15855EN, SAND94-1453, Vol.3, Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM (1994). 

  13. L.H.J. Goossens, J.A. Jones, J. Ehrhardt, B.C.P. Kraan, and R.M. Cooke, Probabilistic Accident Consequence Uncertainty Assessment: Countermeasures Uncertainty Assessment, EUR-18821, European Commission, Luxembourg (2001). 

  14. J. Ehrhardt and J. A. Jones, "An outline of COSYMA, a New Program Package for Accident Consequence Assessments", Nuclear Technology, 94(2), 196-203 (1991). 

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  16. T. Homma, K. Tomita, and S. Hato, "Uncertainty and Sensitivity Studies with the Probabilistic Accident Consequence Assessment Code OSCAAR", Nuclear Engineering and Technology, 37(3), 245-258 (2005). 

  17. T. Homma, J. Ishikawa, K. Tomita, and K. Muramatsu, Radiological Consequence Assessments of Degraded Core Accident Scenarios Derived from a Generic Level 2 PSA of a BWR, JAERI-Research 2000-060, Japan Atomic Energy Research Institute, Ibaraki (2000). 

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  19. N.E. Bixler, M. Humberstone, and J. Barr, "MACCS Overview and Status", Presented at the 6th International MACCS user group meeting, September 10-11 (2014). 

  20. J.T. Jeong, D.H. Yu, and S.H. Kim, Research on Improvement of Nuclear Safety: Development of Computing Code System for Level 3 PSA, KAERI/RR- 1758/96, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon (1996). 

  21. K. McFadden, N.E. Bixler, and L. Eubank, Win-MACCS, a MACCS2 Interface for Calculating Health and Economic Consequences from Accidental Release of Radioactive Materials into the Atmosphere: User's Guide and Reference Manual for WinMACCS Version 3*, Draft NUREG/CR, U.S. Nuclear Regulatory Commission, Washington, DC (2009). 

  22. S.R. Kim, B.I. Min, K.H. Park, B.M. Yang, and K.S. Suh, "Estimation of the Radiological Consequences of Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant Accident using MACCS2", Transactions of the Korean Nuclear Society Autumn Meeting, Gyeongju, Korea, October 29-30 (2015). 

  23. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, Sources, Effects and Risks of Ionizing Radiation. Volume I: Report to the General Assembly, with Scientific Annex A. UNSCEAR 2013 Report, UNSCEAR, 2013 United Nations sales publication E.14.IX.1. United Nations, New York (2014). 

  24. J. Ehrhardt, V. Shershakov, M. Zheleznyak, and A. Mikhalevich, RODOS: Decision Support System for Off-Site Emergency Management in Europe, EUR-16544EN, 1087-1096, European Commission, Luxembourg (1996). 

  25. M. Lampert, "Pilgrim Watch Comment Regarding SECY-12-110, Consideration of Economic Consequences within the NRC's Regulatory Framework", United States of America Nuclear Regulatory Commission before the Commission, September 6 (2012). 

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