표제지
제출문
원자력 안전성 향상 연구 과제 구성표
요약문
Summary
Contents
목차
제1장 서론 30
제2장 노내외 노심용융물 냉각 기술 개발 현황 38
제1절 노내 중대사고 경위 및 사고관리 방안 38
1. 고압 중대사고 경위 40
2. 저압 중대사고 경위 42
3. 노내 중대사고 관리 방안 43
제2절 노내 노심용융물 냉각 관련 연구현황 53
1. 개요 53
2. 노심손상 후기과정 연구 54
3. 노심용융물의 원자로용기 하반구로의 재배치 및 거동 연구 59
4. 원자로용기 하반구에서 노심용융물 냉각 연구 67
5. 원자로용기 외벽냉각에 의한 노심용융물 냉각 연구 78
제3절 노외 노심용융물 냉각 및 중대사고 현상 90
제3장 연구 개발 수행내용 및 결과 102
제1절 노내 노심용융물 자연냉각 실험(SONATA-IV) 연구 102
1. SONATA-IV 기본 현상 및 연구 체계 102
2. 용융물 냉각 및 간극 형성 실험(LAVA) 연구 109
3. 간극에서의 열전달 및 임계열유속 실험(CHFG) 연구 142
제2절 노외 중대사고 현상 개별효과 실험 연구 195
1. 노심용융물 고압분출 실험 연구 195
2. 국내 원전 콘크리트의 용융물과 반응 실험 연구 217
3. 용융물의 피막층 형성 및 열전달 특성 실험 연구 258
제3절 위탁 연구 요약 287
1. 중대사고시 하부압력용기 구조 해석 287
2. 간극에서의 임계열유속에 관한 실험적 연구 300
제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 320
제5장 연구 결과 및 앞으로의 계획 324
제6장 참고 문헌 330
서지정보양식(BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET) 345
표 3.1. 제트류에 의한 하부 반구 침식 계산에 사용한 용융물 및 하부 반구 물성치 123
표 3.2. 제트류에 의한 하부 반구 침식 계산 초기 조건 및 계산 결과 124
표 3.3. LAVA_PRE 실험 및 관련 실험에서의 파쇄화된 용융물 분율 136
표 3.4. 사각형 유로에서 역류유동시 CHF 실험 152
표 3.5. 풀비등시 간극에서의 CHF 실험 154
표 3.6. Chang & Yao의 실험 조건 154
표 3.7. CHF 값에 대한 압력의 영향을 서술하는 상관식 159
표 3.8. 압력이 0.1MPa 일 때 물과 주요 모의 유체의 물성치 160
표 3.9. SONATA-IV/CHFG 실험 Test Matrix 185
표 3.10. MEK2 실험용 반응시편의 열전대 설치위치 224
표 3.11. 영광 3, 4호기 원자로 공동구조물의 콘크리트 배합비 230
표 3.12. MEK2 실험용 콘크리트 시편의 양생기간별 압축강도 232
표 3.13. 원전용 콘크리트의 화학성분 234
표 3.14. 온도변화에 따른 콘크리트의 밀도변화 238
표 3.15. 콘크리트의 온도변화에 따른 열물성 242
표 3.16. 원전에서 사용되는 콘크리트의 열물성 비교 도표 253
표 3.17. MEK2 실험에서 발생가스의 성분별 분포 256
표 3.18. 용융물 모사체인 주석의 주요 물리적 물성치 269
표 3.19. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험을 위한 실험 인자 271
표 3.20. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험수행 Matrix 272
표 3.21. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험수행 결과 282
표 3.22. 수조에서 간극에 대한 임계열유속 실험 302
표 3.23. 물에 대한 간극에서의 임계열유속 데이터 303
표 3.24. 실험결과 315
그림 2.1. 노내 중대사고 진행과정과 사고완화 방안 39
그림 2.2. 노심 물질의 용융 온도 41
그림 2.3. 원자로용기 파손방지를 위한 안전 목적 수목 45
그림 2.4. PHEBUS FP 실험장치 개략도 56
그림 2.5. FARO 실험장치 개략도 61
그림 2.6. RASPLAV-AW-200-2 실험장치 개략도 66
그림 2.7. INEL 노심용융물 노내 냉각 실험장치 개략도 69
그림 2.8. JAERI 노심용융물 노내 냉각 실험장치 개략도 71
그림 2.9. FAI 제1단계 노심용융물노내 냉각 실험장치 개략도 74
그림 2.10. FAI 제2단계 노심용융물노내 냉각 실험장치 개략도 75
그림 2.11. Simens KWU 노심용융물 노내 냉각 실험장치 개략도 76
그림 2.12. CYBL 실험장치 개략도 80
그림 2.13. ULPU 실험장치 개략도 82
그림 2.14. UCLA 대학 실험장치 개략도 85
그림 2.15. SBLB 실험장치 개략도 87
그림 2.16. FAI 실험장치 개략도 89
그림 2.17. ACOPO 실험 장치 개략도 91
그림 2.18. 원자로 Cavity 관련 중대사고 현상 전개도 92
그림 3.1. LAVA 실험 장치 개략도 112
그림 3.2. LAVA 실험 반응용기의 모습 112
그림 3.3. TEXAS-III 코드를 이용한 압력 상승 계산 결과 115
그림 3.4. 고온용 초음파 계측기의 모습 117
그림 3.5. 하부 반구 외벽에 설치한 열전대의 위치도 : 건식 반구 예비실험 120
그림 3.6. 건식 반구 예비 실험 장치의 개략도 120
그림 3.7. 용융물 주입 전, 후의 하부 반구의 모습 : 건식 반구 예비실험 122
그림 3.8. 건식 반구 예비실험 장치의 실제 모습과 실험 후의 하부 반구의 모습 122
그림 3.9. CALF 코드 초기 해석 조건 126
그림 3.10. CALF 코드 해석에 사용된 Mesh의 모습 126
그림 3.11. 경도 0˚지점과 경도 30˚지점의 하부 반구 외부 표면의 온도 : CALF 코드... 128
그림 3.12. 하부 반구 및 용융물의 온도 분포도 : CALF 코드 해석 결과 128
그림 3.13. LAVA_PRE 실험 조건 및 실험의 개략도 130
그림 3.14. LAVA_PRE 실험의 각종 센서 설치 위치도 133
그림 3.15. LAVA_PRE 실험에서의 용융물의 온도 변화 133
그림 3.16. LAVA_PRE 실험에서의 하부 반구 온도 변화 139
그림 3.17. LAVA_PRE 실험에서의 하부 반구 및 고화 용융물의 절단 단면도 139
그림 3.18. LAVA_PRE 실험에서의 실험 용기 압력 상승 141
그림 3.19. 압력의 영향 비교 162
그림 3.20. 간극 크기의 영향 비교 163
그림 3.21. VISU-II 실험장치의 개략적 구성 165
그림 3.22. VISU-II Test section 상세도 166
그림 3.23. VISU-II 실험장치의 열전대 배치도 167
그림 3.24. VISU-II 실험에서 q=2.9kW 일 때 유동 형태 168
그림 3.25. VISU-II 실험에서 q=5.0kW 일 때 유동 형태 168
그림 3.26. VISU-II 실험에서 dryout이 일어난 반구 172
그림 3.27. VISU-II 실험에서 반구 각 위치의 온도 172
그림 3.28. VISU-II 실험에서 반구 각 위치의 열속 173
그림 3.29. SONATA-IV/CHFG 실험장치 개략도 179
그림 3.30. 내부반구 열전대 위치도 180
그림 3.31. 외부반구 열전대 위치도 181
그림 3.32. 임계열유속 탐지방법 선정 절차 184
그림 3.33. 구리반구 표면온도 188
그림 3.34. 히터 표면온도 188
그림 3.35. 내부반구의 열속 189
그림 3.36. 압력용기(외부반구)의 열속 189
그림 3.37. 2차원 slice에서의 CHF 실험 개념도 190
그림 3.38. 대형 환상관에서의 CCFL 실험 개념도 192
그림 3.39. 바닥이 닫힌 환상관에서의 CHF 실험 개념도 194
그림 3.40. 바닥이 닫힌 직각유로에서의 CHF 실험 개념도 194
그림 3.41. 노심용융물 공압분출 실험장치 개략도 198
그림 3.42. Zion 원전의 노심용융물 고압분출 실험장치 사진 199
그림 3.43. 울진 원전의 노심용융물 고압분출 실험장치 사진 200
그림 3.44. 울진 캐비티에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 205
그림 3.45. 울진 캐비티에서 파손직경 변화에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 206
그림 3.46. 울진 캐비티에서 상사용융물 질량변화에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 208
그림 3.47. 울진 캐비티에서 환형통로 면적변화에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 209
그림 3.48. 환형통로가 있는 Zion 캐비티에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 210
그림 3.49. 환형통로가 있는 Zion 캐비티에서 파손직경 변화에 대한 노심용융물 고압분출... 211
그림 3.50. 환형통로가 없는 Zion 캐비티에 대한 노심용융물 고압분출 실험결과... 213
그림 3.51. 환형통로가 없는 Zion 캐비티에서 파손직경 변화에 대한 노심용융물 고압분출... 214
그림 3.52. 환형통로가 없는 Zion 캐비티에서 상사용융물 질량변화에 대한 노심용융물 고압분출... 215
그림 3.53. MCCI 현상을 모사하기 위한 실험장치의 구조 220
그림 3.54. MEK2 실험용 반응시편의 구조 222
그림 3.55. MEK2 실험용 반응시편의 열전대 설치도 223
그림 3.56. MEK3 실험용 반응시편의 구조 226
그림 3.57. MEK3 실험용 반응시편의 열전대 설치도 228
그림 3.58. 콘크리트의 양생기간별 압축강도 232
그림 3.59. CORCON-MOD3에서 콘크리트성분에 따른 가스발생량 236
그림 3.60. 온도변화에 따른 콘크리트의 밀도변화 238
그림 3.61. 콘크리트의 온도변화에 따른 열전도도 242
그림 3.62. 콘크리트의 온도변화에 따른 열확산도 243
그림 3.63. 콘크리트의 온도변화에 따른 비열 243
그림 3.64. MEK2 반응시편 및 용융모사물-SUS 304 20kg을 설치한 모양 245
그림 3.65. 용융물사물-SUS304의 온도변화 248
그림 3.66. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 1) 248
그림 3.67. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 2) 249
그림 3.68. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의온도변화(CH 3) 249
그림 3.69. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의온도변화(CH 4) 250
그림 3.70. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 5~16) 250
그림 3.71. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 17) 251
그림 3.72. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 18) 251
그림 3.73. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 은도변화(CH 19) 252
그림 3.74. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 27) 252
그림 3.75. MEK2 실험에서의 콘크리트내부에서의 온도변화(CH 28) 253
그림 3.76. MEK2 실험후 콘크리트의 침식단면 모양 254
그림 3.77. MEK2 실험후 SUS 304의 하부단면 모양 254
그림 3.78. 용융물의 피막층 형성 및 열전달특성 실험의 장치 개략도 260
그림 3.79. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험장치의 반응용기 262
그림 3.80. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험을 위한 실험장치의 반응용기내 열전대 배치도 264
그림 3.81. 용융물의 피막충 형성 및 열전달특성 실험을 위한 실험장치 사진 266
그림 3.82. 고온의 용융물과 냉각수가 반응하는 실험장치의 반응용기 268
그림 3.83. 용융물 및 냉각수의 온도분포(하부바닥면 온도 : 255℃) 274
그림 3.84. 용융물 및 냉각수의 온도분포(냉각수유량 : 2.48kg/min) 275
그림 3.85. 용융물 및 냉각수의 온도분포(하부바닥면 온도 : 266℃) 276
그림 3.86. 용융물 및 냉각수의 온도분포(냉각수 유량 : 1.05kg/min) 278
그림 3.87. 반응용기 하부바닥면의 온도 변화 279
그림 3.88. 반응용기내에 형성된 용융물의 피막층 280
그림 3.89. 열전달양에 대한 실험결과와 다른 상관식들과의 비교 285
그림 3.90. 원자로 압력용기 외벽 냉각 열전달계수의 비교 289
그림 3.91. CHF Correlation of Katto & Monde(at 1 atm) 290
그림 3.92. 임계 열유속과 간극 크기간의 Katto의 관계식 292
그림 3.93. CYBL 실험 데이터를 이용한 외벽 냉각시 압력용기의 열전달거동 모사 292
그림 3.94. Monde 상관식을 이용한 고압사고에서 외부냉각시 압력용기의 열적 거동... 293
그림 3.95. A-5 해석결과 298
그림 3.96. B-12 해석결과 298
그림 3.97. A-7 해석결과 298
그림 3.98. Reddy and Ayres A-7 해석결과 298
그림 3.99. Monde 상관식과 수직사각유로 데이터베이스와의 비교 304
그림 3.100. 상관식(3.50)과 수직사각유로 데이터베이스와의 비교 306
그림 3.101. 상관식(3.51)와 수직사각유로 데이터베이스와의 비교 306
그림 3.102. Xia의 실험 데이터와 Monde 상관식과의 비교 308
그림 3.103. 간극의 모양 310
그림 3.104. 간극 크기에 따른 Volumetric Flux 변화 310
그림 3.105. 간극 임계열유속 모델 312
그림 3.106. Monde 상관식과 식(3.59)의 비교 313
그림 3.107. Test Section 314
그림 3.108. 간극의 크기에 따른 임계열유속 316
그림 3.109. 가열길이에 대한 간극비에 따른 임계열유속 316