[논문]시스템엔지니어링 방법을 적용한 노심용융방지 초소형 모듈원자로 국내 개발타당성 검토

한기인

doi:10.14248/jkosse.2019.15.2.039

시스템엔지니어링 방법을 적용한 노심용융방지 초소형 모듈원자로 국내 개발타당성 검토
A Study on the Feasibility of Domestic Development of a Melt-down Proof Modular Micro Reactor (MDP-MMR) applying Systems Engineering Method 원문보기

시스템엔지니어링학술지 = Journal of the Korean Society of Systems Engineering, v.15 no.2, 2019년, pp.39 - 46

한기인 (한양대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this paper is to present the results of the study, applying Systems Engineering(SE) method, on the feasibility of developing a Melt-down Proof Modular Micro Reactor(MDP-MMR) for its future deployment in Korea. The reactor is being developed by NCSU (North Carolina State University) due to its advantage of melt-down proof nature of the reactor core. For this paper, the characteristics of the MDP-MMR has been studied in terms of fuel characteristics, inherent safety features and passive safety system. The NCSU's development process has been reviewed applying the SE method, and further research is recommended for the feasibility study on deploying such a modular micro reactor in Korea.

주제어

표/그림 (13)

그림 [Figure 1] MDP-MMR Reactor Core Axial Direction Structure and Radial Direction Fuel Block Arrangement
그림 [Figure 2] MDP-MMR Reactor Core Fuel Elements (Fuel Kernel, TRISO Fuel Particle, Fuel Pellet, Fuel Pellet Stack, Graphite Fuel Block)
그림 [Figure 3] MDP-MMR Passive and Inherent Safety Decay Heat Removal System
그림 [Figure 4] MDP-MMR RCCS (Reactor Cavity Cooling System) Schematic Drawing
그림 [Figure 5] MDP-MMR Reactor System Requirements and Architecture Definition Process
그림 [Figure 6] SMDP-MMR Reactor Core Functional Tree
그림 [Figure 7] MDP-MMR Reactor Core Physical Tree
그림 [Figure 8] MDP-MMR Reactor and Passive Safety System Physical Architecture
표 Reactor System Function/ Component Matrix
그림 [Figure 9] MDP-MMR Reactor Core Analysis Model
그림 [Figure 10] MDP-MMR Reactor Core Power & Temperature Variation and Fuel Performance Analysis Logics
그림 [Figure 11] Fuel and Reflector Temperature Transient during LOCA without Scram
그림 [Figure 12] A Recommended Korean Type MDP-MMR Reactor System Development Strategy

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 시스템엔지니어링(SE: System Eng-ineering) 기법을 적용하여 MDP-MMR 원자로 개발과정과 국내 건설타당성을 원전의 안전성/경제성 향상측면과 전기 생산 이외에 고온에너지의 산업적 활용측면에서 검토하였 으며, 끝으로 향후 초소형 모듈원자로의 국내 연구개발 방향을 제시하였다.

제안 방법

미국의 NCSU(North Carolina State Univ.)에서 기술연구과제로 수행하고 있는 “노심용융방지 초소형 모듈원자로(Melt-down Proof Modular Micro Reactor : MDP-MMR) 개발 및 건설타당성 평가” 결과에 대하여 그 내용을 기술적인 관점에서 검토해보고 MDP-MMR 원자로 특성(핵연료, 본질적으로 안전한 노심 구조 및 피동형 안전계통) 및 안전성에 대하여 평가하였으며 동일 노형의 원자로 국내 개발 타당성에 대하여 검토하였다[1].

대상 데이터

핵연료는 TRISO 핵연료를 냉각재로는 He 가스를, 감속재/구조물로는 그라파이트를 선택했으며 2중의 제어봉도 안전성 제고를 위하여 고려하였고 He 가스냉각재의 강제순환에 의한 열 제거의 가능성도 열어 놓았다.

이론/모형

∙ 국내에서 추진할 연구과제 개발을 위하여 SEMP (Systems Engineering Management Plan)를적용하고 MBSE(Model Based Systems Eng-ineering) 기법을 사용함.

성능/효과

경수로와 달리 가스냉각로에서는 그라파이트 감속재블록에서의 열전도와 원자로용기 외곽 표면에서의 복사열전달이 냉각재상실사고 발생시 원자로의 잔열(붕괴열)을 제거함으로써 사고결과를 크게 완화시킨다. TRISO 연료가 온도 2000K까지 건전하고 기존 핵연료 설계제한치가1620K(1350C)인 것을 감안한다면 MDP-MMR 설계는 안전성을 만족시키는 것으로 평가된다. 즉, 원자로 운전 중 이상상태가 발생하고 설령 원자로 정지가 이루어지지 않더라도 원자로는 핵연료에서의 도플러효과에 의한 음의 반응도 삽입으로 자동정지상태로 전환되며 핵연료의 최고온도도 제한치를 초과하지 않는 것으로 평가되었다.
이상과 같이 MDP-MMR 원자로는 원자로심 자체가 보유한 고유안전성으로 인해 안전성이 확보되고 기존 경수로에서와 같은 안전 설비의 추가적인 확충이 불필요하므로 안전성 제고에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 예상되는바 경수로에 적용했던 규모의 경제가 적용되지 않아 소형 원자로의 발전단가를 크게 낮출 수 있을 것으로 예상된다.

후속연구

향후 연구방향으로는 국내에서도 MDP-MMR 원자로와 같은 노심용융방지 초소형 가스냉각로를 개발하는 것이 필요할 것이라 사료되며 다음과 같은 연구 추진방향을 제안한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	TRISO 입자연료는 무엇으로 구성되어 있는가?	TRISO 입자연료는 우라늄, 탄소, 산소 합성연료커널(Kernel)과 이를 피복하고 있는 3개 층의 세라믹 재료로 구성되어 있어 핵분열생성물의 누출을 효과적으로 억제할 수 있다. 이들 입자는 매우 작고(약1mm) 단단하며 원주형의 펠릿 그리고 펠릿 스택(Stack)으로 만들어져서 그라파이트 핵연료블록 안에 들어간다.
	MDP-MMR 원자로의 개발목적은 무엇인가?	MDP-MMR 원자로의 개발목적은 원전에서 가장 심각한 사고 중 하나인 냉각재상실사고가 발생하고 동시에 원자로가 정지되지 않는 상황이 발생할 때에도 핵연료의 용융이 발생하지 않는 초소형 원자로를 개발하는데 있다.

참고문헌 (5)

Ayman Hawari, Development and Deployment of a A Melt-down Proof Modular Micro Reactor (MDP-MMR), NCSU Project No. 14-6782, April 2, 2018.
J.D. Hales, R.L. Williamson, S.R. Novascone, D.M. Perez, B.W. Spencer, G. Pastore, Multidimensional Multiphysics Simulation of TRISO Particle Fuel, Journal of Nuclear Materials, Vol. 443, Issues 1-3, Nov. 20130.
MIL-STD-499B Military Standard - Systems Engineering - Draft, Wash. D.C. U. S. Department of Defense, 1994.
M.W. Choi, K.W. Kim, K.I.Han, Systems Engineering Approach to Reengineering of YGN 3&4 Safety Depressurization System Retrofit Design, Journal of the KOSSE Vol. 11, No. 1, June 2015.
J. Kinsey, Proceeding of the IAEA Technical Meeting of the Safety of HTGRs in Light of Fukushima Daiichi Accident 2014.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증