최근 북한핵문제와 관련하여 원자력에 대한 대중의 관심이 많이 증가하였으며, 북핵해결을 위한 북한 경수로 지원등과 관련하여 원자력발전소 건설에도 과거와는 달리 많은 관심을 갖게 되었다. 매스컴에서는 원자력발전소에서 발생한 폐기물처분장 부지를 구하기 위한 정부차원의 홍보를 하였으며, 또한 시중에서는 원자력분야 과학자를 주제로 한 소설이 베스트셀러로 팔리고 있다. 가히 원자력분야가 이제는 대중적이 되었다고 말할 수 있겠다. 이 글에서는 원전의 안전성과 원전 설계에 관하여 소개하고자 한다.
국내 핵연료 가공시설에 대한 핵임계 안전성을 가상 사고 조건하의 핵임계 상태를 확인하는 방법으로 평가하였으며, 이미 사용되어왔던 설계 안전 변수의 안전성도 검증하였다. 또한 MOX 핵연료 가공시설에 대한 안전 변수도 같은 방법으로 산출하였다. SCALE system을 사용하여 임계도 계산을 수행한 결과, 국내 $UO_2$ 핵연료 가공시설과 이 시설에 적용된 안전 변수는 극단적인 사고시에도 핵임계 측면에서 충분한 여유도를 가지고 있있다.
한국원자력연구소에서는 기존의 일체형 가연성 독봉과 다른 이중구조로 된 가연성독봉 개념을 제시하였다. 이중구조 가연성독봉(Erbia Duplex BP)은 내부에 Natural U+Gd$_2$O$_3$, 외부에는 Enriched $UO_2$+Er$_2$O$_3$를 배열시킨 구조이다. 이러한 독봉은 장주기 노심에서 기존의 Gadolinia BP과 동일한 반응도제어를 할 수 있을 것이라 예상된다. 이중구조 가연성독봉의 핵적 타당성을 확인하기 위해 24개월 주기용 한국표준형원자로를 비교대상으로 선정하였으며, 기존 연구된 여러 가지 독봉설계안들과 4가지 핵특성에 대하여 비교 분석하였다. 핵특성 평가 결과, 이중구조가연성 독봉은 비교대상보다 무한증배계수, 첨두봉출력인자, 반응도억제가, 감속재온도계수측면에서 모두 유리한 경향을 보였다. 설계변수에 따른 민감도분석을 통해 도출한 최적화된 핵연료집합체를 이용하여 노심적용 타당성을 확인하였다. 주기길이, 첨두출력 및 감속재온도 계수를 비교하였으며 전 노심해석결과 주기길이가 비고대상보다 4-7일 길게 나타났다. 이러한 결과는 등가의 독봉집합체를 설계했음에도 불구하고 노심에 장전되는 우라늄의 양이 서로 달라서 생기는 현상으로 판단된다. 하지만 전체적인 핵특성을 비교해보면 이중구조 가연성독봉을 장전한 노심이 비교대상노심보다 다소 유리하면서도 거의 비슷함을 알 수 있었다. 마지막으로 경제성 평가를 통해 장주기 노심에서의 이중구조 가연성독봉의 제조 가능성 및 적용 타당성이 충분히 확인되었다.
전산 코-드인 LATREP, HWRAXAV 및 CITATION을 이용하여 CANDU-PHWR인 월성 1호기의 핵설계 특성 해석을 시도하였다. 계산된 주요 핵 특성은 CANDU 핵 연료봉 집합체에 대한 격자상수와 로심내의 출력 분포이며 그 계산 결과는 월성 1호기의 예비 안전성 보고시와 비교되었다. 계산치와 예비안전성 보고서에 제시된 설계치 사이의 차이점에 관해서는 예비안전성 보고서의 로심 기술에 대한 불완전한 자료와 계산 방법이 서로 다르다는 관점에서 검토되었다.
원자력연수원 시뮬레이터 2호기의 노심모델은 도입초기 WH사가 제공한 영광 1호기 노심 데이터를 그대로 사용하고 있어 기준 발전소 노심 반응(제어봉가, 붕소가, 감속재온도계수 등)과 차이를 보이고 있다. 본 논문에서는 발전소 주기 경과에 따른 노심특성 면화를 시뮬레이터 노심 모델에 반영하여 훈련원들이 실제 발전소와 유사한 상황에서 모의운전을 할 수 있도록 WH사의 핵설계 전산체계인 APA(ALPHA-PHOENIX-ANC) 시스템을 이용하여 영광 1호기 제9주기 노심모델 상수를 생산하고, 개선된 노심모델의 교정을 지원하는 윈도우 프로그램을 개발하였다. 또한 검증 계산결과를 핵설계 보고서와 비교하여 생산된 노심모델이 ANSI/ANS-3.5 성능기준을 만족함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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