Assessment of a Pre-conceptual Design of a Spent PWR Fuel Disposal Container

가압경수로형 사용후핵연료 처분용기의 예비 개념설계 평가

In this paper, sets of engineering analyses were conducted to renew the overall dimensions and configurations of a disposal container proposed as a prototype in the previous study. Such efforts and calculation results can provide new design variables such as the inner basket array type and thickness of the outer shell and the lid & bottom of a spent nuclear fuel disposal container. These efforts include radiation shielding and nuclear criticality analyses to check to see whether the dimensions of the container proposed from the mechanical structural analyses can provide a nuclear safety or not. According to the results of the structural analysis of a PWR disposal container by varying the diameter of the container insert, the Maximum Von Mises stress from the 102 cm-container meets the safety factor of 2.0 for both extreme and normal load conditions. This container also satisfies the nuclear criticality and radiation safety limits. This decrease in the diameter results in a weight loss of a container by $\sim20$ tons.

본 연구에서는 사전연구로부터 사용후핵연료의 처분용기 원형모델로 제안된 처분용기의 전체 크기와 배열을 평가하기 위하여 일련의 공학적 분석을 수행하였다. 그러한 노력의 결과 용기 내부 저장통의 배열형태와 외곽쉘과 상하부 뚜껑의 두께와 같은 새로운 설계변수를 도출하였다. 공학적 분석 작업에는 처분용기의 기계구조 해석 결과를 근거로 도출된 용기의 규격자료에 대한 방사선 안전성 측면에서의 타당성을 검토하기 위하여 방사선차폐 해석과 핵 임계 해석 등이 수행되었다. 처분용기 내부 삽입체의 직경 변화에 따른 구조안정성 해석 결과에 따르면, 직경 102cm 일 때 극한 외압조건은 물론 정상적인 외압조건 하에서도 최대 Von Mises 응력이 안전계수 2.0을 만족하는 것으로 나타났다. 이 경우에서도 핵 임계 및 방사선차폐 해석 결과 안전기준치를 만족시키며, 무게는 20톤 가량 줄어드는 효과가 있는 것으로 나타났다.