열을 발생하는 용융물에 대한 냉각전략의 비교연구

Abstract

본 연구는 APR1400 원자력발전소 중대사고 발생 시 열을 지속적으로 발생하는 노심용융물의 냉각전략에 대해서 비교연구를 수행한 것이다. 현재 채택하고 있는 냉각전략은 외벽냉각 냉각전략 또는 사전충수 냉각전략인데 이로 인하여 증기폭발 및 노심용융물의 퍼짐성 저하와 같은 부정적 효과가 발생할 수 있다. 노심용융물은 사전충수된 원자로공동에 낙하될 때 파편화되어 노심파편층을 형성한다. 따라서 사전충수 냉각전략의 타당성을 평가하기 위해 열을 발생하는 다공성층에 대한 임계열유속 해석모델 및 노심파편층 냉각과정 중의 콘크리트 열분해 해석방법을 신규 개발하였다. 그 후 APR1400 원자력발전소 중대사고 시 생성이 예상되는 노심파편층에 대한 일반적인 냉각성을 평가하였고 노심파편물 퍼짐성에 따른 노심파편층 냉각과정에서의 격납건물의 건전성 유지 여부를 평가하였다. 분석결과 노심파편물이 고르게 퍼진다면 노심파편층의 냉각성이 좋아 격납건물 압력이 일정 값 이상이면 냉각과정 중 격납건물의 건전성이 유지되는 것으로 평가되었으나, 만약 노심파편물이 좁은 공간에만 분포된다면 노심파편물의 냉각과정에서 격납건물의 건전성은 훼손되는 것으로 평가되었다. 따라서 사전충수 냉각전략의 유효성을 검증하기 위해서는 노심파편물의 퍼짐성에 대한 추가 연구가 필요하다. 또한 본 연구에서는 사후충수 냉각전략을 신규 전략으로 제안하고 이의 타당성을 검토하였다. 이를 위해 두 단계로 연구를 수행하였다. 첫 번째 단계로 삼차원 전산유체역학(CFD) 방법론을 사용하여 APR1400 원전 중대사고 발생 시 건식 원자로공동에서의 노심용융물 퍼짐 계산을 수행하였다. 두 번째 단계에서는 OECD/MCCI Project의 결과를 보수적으로 사용하여 원자로공동 충수 시점에 따른 희생 콘크리트 열분해 깊이를 분석하였다. CFD 계산결과 노심용융물은 건식 원자로공동에서 잘 퍼져서 약 35 cm의 두께로 원자로공동에 균일하게 적층 됨을 알 수 있다. 만약 원자로용기 파손 이후 7.4시간 이내에 원자로공동에 냉각수를 공급하면 노심용융물 냉각과정 중 강재 라이너의 건전성을 유지하여 격납건물의 건전성이 유지되는 것으로 평가되었다. 따라서 APR1400 원전 중대사고 시 노심용융물 냉각전략으로 사후충수 냉각전략을 고려해야 한다.