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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국원자력안전기술원 Korea Institute of Nuclear Safety |
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연구책임자 | 이주석 |
참여연구자 | 김효찬 , 김태완 , 이유호 , 심석구 , 이정익 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2023-04 |
과제시작연도 | 2022 |
주관부처 | 원자력안전위원회 Nuclear Safety and Security Commission |
연구관리전문기관 | 한국원자력안전재단 KOREA FOUNDATION OF NUCLEAR SAFETY |
등록번호 | TRKO202300029022 |
과제고유번호 | 1075001361 |
사업명 | 원자력안전연구개발 |
DB 구축일자 | 2023-12-26 |
키워드 | 통합전산코드.설계기준사고.고연소도.신안전기준.노심냉각성능.Integrated Computer Code.Design basis accidents.High fuel burnup.New safety criteria.Core coolability. |
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
연소도 효과를 고려한 통합전산코드의 검증, 평가모델 및 방법론 개발/개선 등을 통한 설계기준사고 규제검증기술의 고도화
◼ 전체 내용
ㅇ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발
ㅇ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제기술 개발
ㅇ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선
ㅇ 고연소 핵연료 신안전기준 개발
ㅇ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발
◼ 1단계(‘18-’20)
❏ 목표
ㅇ 핵연
□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
연소도 효과를 고려한 통합전산코드의 검증, 평가모델 및 방법론 개발/개선 등을 통한 설계기준사고 규제검증기술의 고도화
◼ 전체 내용
ㅇ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발
ㅇ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제기술 개발
ㅇ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선
ㅇ 고연소 핵연료 신안전기준 개발
ㅇ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발
◼ 1단계(‘18-’20)
❏ 목표
ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 검증과 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개발
ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발
❏ 내용
1. 1차년도(2018)
- 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 기반기술 개발
- 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 현상 규명
- 통합코드 적용을 위한 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출
- 고연소도 핵연료 신안전기준 개발항목 도출 및 비대칭사고 핵심현상 도출
2. 2차년도(2019)
- 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개발
- 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 개발
- 통합코드를 활용한 LBLOCA 최적평가방법론 개발
- 전노심 핵연료 연소이력 생산 및 연소성능 분석
- 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 개발
3. 3차년도(2020)
- 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 평가
- 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 적용성 평가
- 통합코드 LBLOCA 최적평가방법론의 발전소 적용성 평가
- LOCA시 핵연료 형상변형 분석을 위한 원전 모델링
- 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 정립
◼ 2단계(‘21-’22)
❏ 목표
ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 및 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개선/검증
ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발
❏ 내용
1. 4차년도(2021)
- 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개선
- 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 수력학 모델 개선
- 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가
- 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 초안 개발
- LOCA시 연소도별 핵연료 형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가
- 비대칭사고 안전여유도 평가
2. 5차년도(2022)
- 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 검증
- 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열전달 모델 개선 및 평가
- 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가
- 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 최종안 개발
- LOCA시 핵연료 형상변경을 고려한 노심냉각성능 평가
- 비대칭사고 현안별 규제입장 정립
□ 연구개발성과
⦁ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발
FRAPTRAN과 MARS-KS 안전해석 코드를 통합하여 FAMILY 전산코드를 개발 및 검증하였음. FAMILY 코드 검증을 위해 ① 신연료 및 고연소 핵연료 LOCA 실험 자료를 활용한 FAMILY 코드 예측성능 검증과 ② Halden 및 SCIP IV 국제공동연구 가입을 통한 검증 DB 구축을 수행하였음. FAMILY 코드의 핵연료 모델 개발을 위해 ① QT 핵연료재배치 모델 검증 및 개선, 재배치 핵연료 출력모델 개선을 수행. ② 냉각재 환경을 고려한 크러드 열저항 모델 개발 및 안전해석 영향평가를 수행. 추가적으로 분산 핵연료의 잠재적 안전현안 규제검증방법론 개발과 재임계 안전성 규제검증 예시 계산을 수행하였음.
⦁ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제검증기술 개발
LOCA 시 노심 냉각유로 변형 관련 규제검증기술 개발을 위해 ① 냉각유로 변형의 열수력 영향평가 및 LOCA 시 핵연료거동 평가 방법론 개발, ② LOCA 시 노심 변형 심각도 평가 및 전(全) 노심 핵연료 파열율평가 방법론 개발을 수행. 통합전산코드의 최신화와 성능 확장을 위해 ① 산화층 및 크러드 열저항 모사가 가능한 핵연료 다층 열전달 모델 및 핵연료 다차원 열전달모델 개념 개발, 피복재 고온변형 모델 개발과
② 통합전산코드의 계통열수력코드 최신화 및 유로변형을 반영한 체적변화모델 개발 연구를 수행하였음.
⦁ 고연소도 핵연료 신안전기준 및 규제검증기술 개발
비상노심냉각계통(ECCS) 허용기준 법제화 분야에서는 ECCS 허용기준 개정을 위해 고시 제2017-23호 개정(안)과 2종의 규제지침서 개발 및 심사지침서 개선 연구를 수행하였음. 반응도사고에 대한 규제검증 분야에서는 ① 제어봉 이탈사고 규제지침 개발과 ② 최신 연구로 실험자료 평가 및 평가방법론 개발 연구를 수행하였음.
⦁ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선
냉각재상실사고 규제검증방법론(KINS-REM) 개선을 위해 최적평가 핵연료 불확실도 변수의 선정, 통합코드 활용 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출 및 연소도 효과를 고려한 최적평가지침서 개선 연구를 수행하였음. 노심 핵연료 연소이력 생산 및 연료봉 연소성능 분석, 통합코드 발전소 모델링 및 예시계산과 LOCA 시 연료봉 파손분율 평가 및 핵연료형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가 연구를 수행하였음.
⦁ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발
노심 비대칭 과도사고 평가방법론 개발을 위해 비냉각재상실사고 해석 기술 현황 분석, 노심 열수력 비대칭 사고 해석 기술 개발 및 적용성 평가, 부수로 해석코드를 이용한 전노심 DNBR 평가기술 및 온도/붕소/유량 비대칭 현안해결을 위한 규제기술 개선 연구를 수행하였음.
이상의 연구 수행으로,
- 전산 소프트웨어 등록 3건,
- 정책제안 6건(고시 1건, 규제지침 3건, 심사지침 1건, 인허가 예비해석 1건)
- 안전기술보고서(N-Star) 23건,
- 연구논문 게재/발표 89편 (SCI 13편, 국외학회 26편, 국내학회 50편),
- 기술보고서 등 38건,
- 핵연료 성능 DB 구축 3건,
- 규제검증방법론 4건(계획하지 않은 성과 1건 포함),
- 다수의 FAMILY 통합전산코드, MARS-KS, FRAPCON/FRPTRAN 입력자료 생산 등의 성과를 도출하였음
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
ㅇ 본 연구는 핵연료/열수력 통합전산코드의 개발 및 검증과 설계기준사고 시의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발을 목표로 수행하였음.
ㅇ 본 연구를 통해 개발한 정책제안과 FAMILY 전산코드, 검증방법론 등은 고연소 핵연료 특성을 반영한 비상노심냉각계통 및 제어봉이탈사고 국내 허용기준 재설정과 규제 검증방법론으로 적용이 가능함.
ㅇ 특히 ‘23년 특정기술주제보고서 및 ‘25년 운영변경허가 심사로 예정된 OPR1000 및 WH형 원전의 냉각재상실사고 및 비냉각재상실사고 신규 안전해석 인허가에 규제검증 계산 도구로서 직접 활용할 수 있음.
ㅇ 본 과제는 신규 허용기준에 대응하는 냉각재상실사고 및 반응도사고 등의 규제검증기술을 선도적으로 개발하여 적절한 규제방향을 정립하는데 기여하고, 비상노심냉각계통 허용기준 고시 개정(안)의 이행을 위한 산업체의 기술개발(전산코드, 방법론 개발 등)을 적극적으로 유도함으로써 국민들의 원전 수용성 제고에도 기여함.
(출처 : 요약문 2p)
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