초록 ▼

최종목표
□ 핵변환검증로 설계개발
핵변환검증로 설계 개발
핵변환검증로 모형 제작 및 원형 성능검증
사용후핵연료 중저준위화 성능 향상 및 처리 전략 수립
□ 미래 원전 원천기술 선도 인력양성
미래원전개발 선도인력 육성
석사급 인력양성: 11명
박사급 인력양성: 9명
SCI급 논문 편수: 32편
사업내용 및 결과
사용후 핵연료는 10000년 이상 100만년 이상 안전관리가 되어야 하므로 국민적 수용성에서 어려움이 컸다. 하지만, 사용후핵연료 중저준위화 성능 향상 및 처리 전략

최종목표
□ 핵변환검증로 설계개발
핵변환검증로 설계 개발
핵변환검증로 모형 제작 및 원형 성능검증
사용후핵연료 중저준위화 성능 향상 및 처리 전략 수립
□ 미래 원전 원천기술 선도 인력양성
미래원전개발 선도인력 육성
석사급 인력양성: 11명
박사급 인력양성: 9명
SCI급 논문 편수: 32편
사업내용 및 결과
사용후 핵연료는 10000년 이상 100만년 이상 안전관리가 되어야 하므로 국민적 수용성에서 어려움이 컸다. 하지만, 사용후핵연료 중저준위화 성능 향상 및 처리 전략 수립을 통해 관리기관을 100년~500년에 불과하도록 하여 국민적 수용성 증진은 물론 사용후핵연료에 대한 처리 방안을 제시하였다.
또한, 건식공정으로 인한 사용후핵연료 처리 전략과 함께 납비스무스 냉각타입 핵변환 고속로 설계 개발을 통해서 핵확산저항성을 가지면서 안전하게 운전이 가능함은 물론, 전력생산, 해수담수화, 수소생산, 지역난방 등 다목적으로 필요한 에너지를 자체적으로 생산하는 미래지향적 4세대 원자로에 대한 비전을 제시하였다.
이에 선행하여, 기초연구측면에서 납비스무스 냉각재의 가동성 및 안전성을 실증하기 위해서 HELIOS시설을 설계 제작 하였으며, OECD/NEA 주도하에 국제 공동연구가 수행됨은 물론, 납비스무스 냉각재 환경하에 성능이 좋은 알루미늄합금을 개발하였다.
배경
원자력발전(원전)은 현재 국내 총 전력생산량의 약 40% 정도까지 담당하고 있으며, 지구온난화 유발기체(특히 CO2)의 방출량을 극소화할 수 있는 효과적인 전력 원으로서 지속적으로 확대 이용될 전망이다.
그러나 고준위방사성폐기물 처분기술에 대한 불확실성으로 원전의 지속적 이용에 대한 국민적 합의가 도출되지 못하고 이에 따라 장기적 원전 이용계획 및 정책의 추진에 어려움이 있다. 특히 고준위폐기물로 분류되는 사용후핵연료는 반감기가 수만 년에서 수백만년이나 되는 초우라늄 원소들 및 장수명 핵분열생성물들을 포함하고 있어 직접 처분할 경우 수천 년 이상 안전하게 관리되어야 한다.
따라서 사용후연료에 포함된 에너지 자원을 효율적으로 활용하기 위하여 핵확산저항성이 있으며, 안전하고 경제적인 미래형 원전기술로서 모든 고준위폐기물을 핵변환하여 전량 중저준위폐기물로 변환하는 혁신기술의 개발이 필요하다.
핵심기술의 의의
사용후핵연료 중저준위화 전략 및 납-비스무스 냉각 핵변환고속로 설계 개발을 통해 환경 친화적 에너지원으로서 지속성 및 경제성 향상 및 인력 양성을 통한 국가 경제 인력 공급에 이바지하고, 특허출원으로 기술 자립성 향상을 도모했다.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 4
• 주요 연구성과 ... 10
• 목 차 ... 22
• 표 목차 ... 25
• 그림 목차 ... 31
• 제1장 연구목표 및 내용 ... 47
• 제1절 연구목표 ... 47
• 1. 고준위폐기물로서의 사용후핵연료 현안 ... 47
• 2. 사용후핵연료의 중저준위화 기술 개발 ... 50
• 3. 세계 미래원자력 선도인력양성 ... 56
• 제2절 연구센터현황 ... 58
• 1. 설립목적 ... 58
• 2. 주요연혁 ... 60
• 3. 주요특징 ... 62
• 4. 제 1단계 사업기간중의 주요 실적 ... 63
• 5. 연구센터의 구성 및 운영계획 ... 65
• 제3절 기술 현황 분석 ... 67
• 1. 세계 사용후핵연료 관리 정책 동향 ... 67
• 2. 사용후핵연료 직접처분 기술 및 현황 ... 73
• 3. 사용후핵연료 재활용 상용화 및 핵확산 대책 현황-LWR MOX ... 106
• 4. 사용후핵연료 재활용 신기술 개발 동향 ... 107
• 5. 세계 방사성폐기물 법적기준 비교분석 ... 112
• 참고문헌 ... 136
• 제2장 중저준위화 기술 연구 ... 137
• 제1절 사용후핵연료 관리 및 중저준위화 비전 ... 137
• 1. 사용후핵연료 중저준위화 전략 ... 137
• 제2절 폐기물 중저준위화 건식기술 전략 ... 143
• 1. 열중성자로 및 고속중성자로 피복관-구조재료 방사화 및 재활용 전략 ... 143
• 2. 주요 장수명 방사성 핵종 처분장 유출거동과 사용후핵연료 중저준위화 요구 제염 계수 도출 ... 157
• 3. 건식 공정별 제염 기술 성능 분석 ... 168
• 4. 핵변환 노심 성능 평가 지수 개발 및 평가 ... 210
• 5. 건식공정 최종 폐기물 처분장 안전성평가 ... 232
• 참고문헌 ... 250
• 제3장 핵변환 검증로 개념설계 개발 ... 254
• 제1절 핵설계 ... 254
• 1. 핵연료 시스템 설계 ... 254
• 2. 캡슐형 소형고속로 금속핵연료 노심설계 (PASCAR-35: Metal Fuel) ... 258
• 3. 캡슐형 소형고속로 산화물핵연료 노심설계 (PASCAR-100: Oxide Fuel) ... 266
• 4. 핵연료 실증 시험로 설계 (P-DEMO-35: Metal Fuel) ... 271
• 5. 제어시스템 및 제어봉 설계 ... 279
• 제2절 열유체 계통 설계 ... 289
• 1. 열유체 시스템 설계 ... 289
• 2. 캡슐형 소형고속로 금속핵연료 계통설계 (PASCAR-35: Metal Fuel) ... 308
• 3. 캡슐형 소형고속로 산화물핵연료 계통설계 (PASCAR-100: Oxide Fuel) ... 315
• 4. 핵연료 실증 시험로 설계 (P-DEMO-35: Metal Fuel) ... 322
• 5. 동역학 코드 FREK 개발 ... 330
• 6. 계통 해석 코드 및 방법론 개발 ... 341
• 제3절 열유체 계통 설계코드 벤치마크 ... 389
• 1. 납-비스무스 냉각재 실증 루프 ... 389
• 2. 실증 루프 열 수력 실험 ... 416
• 3. 모델링 및 예측 검증 ... 440
• 4. OECD/NEA LACANES 벤치마크 ... 456
• 제4절 열유체 계통 안전 해석 ... 476
• 1. 안전설계 및 가상사고 분류 ... 476
• 2. PASCAR 가상 사고 안전 해석 결과 ... 479
• 3. P-DEMO 가상 사고 안전 해석 결과 ... 483
• 제5절 구조재료설계 ... 499
• 1. 내진해석 및 면진 설계 ... 499
• 2. 재료 부식 시험 및 성능 평가 ... 522
• 3. Po-210 예측 및 안전성 분석 ... 543
• 4. 재료 부식 감시기술 ... 567
• 참고문헌 ... 569
• 제4장 핵변환 검증로 설계 Mockup ... 572
• 제1절 P-DEMO 설계실증용 PROMES 설계 ... 572
• 1. 납-비스무스 냉각 고속로 Design Mockup ... 572
• 2. PROMES 개념설계 ... 574
• 참고문헌 ... 597
• 제5장 사용후핵연료 재활용 및 중저준위화 전략 ... 599
• 제1절 PEACER ... 599
• 1. PEACER 중저준위화 전략 종합평가 ... 599
• 제2절 PASCAR 실용화 연계방안 ... 640
• 1. URANUS SMR ... 640
• 참고문헌 ... 672
• 제6장 인력양성 및 산업화 ... 674
• 제1절 인력양성 ... 674
• 1. 연구 착수시의 인력양성 수요예측 및 추진계획 ... 674
• 2. 인력 양성 수요변화 추이 ... 674
• 3. 인력 양성 수행 전략 ... 675
• 4. 인력 양성 정량적 실적 ... 678
• 제2절 핵심기술 산업화 ... 679
• 1. 등전위교번식직류전위차법의 시작품 제작 ... 679
• 2. 등전위교번식직류전위차법의 상용 원자로 시범 적용 ... 681
• 제3절 국내외 산학연 협력활동 ... 690
• 1. 국내 협력 ... 690
• 2. 국제 협력 ... 691
• 제7장 종합정리 및 결론 ... 692
• 제1절 종합정리 ... 692
• 1. 연구 개발 실적 ... 692
• 2. 인력양성 추진실적 ... 696
• 3. 핵심기술 산업화 ... 699
• 제2절 결론 ... 700
• 1. 센터 설립동기 및 사업 배경 ... 700
• 2. 센터 연혁 ... 701
• 3. 주요 결론 ... 702
• 부록 ... 707
• PEACER‐Park Conceptual Design Report ... 708
• Proliferation-resistant, Accident-tolerant, Self-supported, Capsular and Assured Reactor (PASCAR) ... 811
• Proliferation-resistant, Environment-friendly, Accident-tolerant, Continuable, and Economical Reactor (PEACER) ... 854
• 언론보도 자료 모음 ... 893
• 공동 협약서 체결 ... 904
• 센터주관 워크샵 ... 909
• 끝페이지 ... 922