중대사고관리 법제화에 따른 원자력 안전성 향상 방광현 (한국해양대학교) 2017 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23.

목 차 중대사고 법제화 내용 중대사고 교훈 중대사고 안전성 향상 방안 맺음말 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

원자력안전 법령 체계 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

2015 원자력안전법 개정 제2조 용어정의에 중대사고관리 포함 "사고관리"란 원자로시설에 사고가 발생하였을 때 사고가 확대되는 것을 방지하고 사고의 영향을 완화하며 안전한 상태로 회복하기 위하여 취하는 제반조치를 말하며, 원자력안전위원회에서 정하는 설계기준을 초과하여 노심의 현저한 손상을 초래하는 사고(이하 "중대사고"라 한다)에 대한 관리를 포함한다. 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

2015 원자력안전법 개정 (2) 제20조 운영허가에 중대사고관리계획을 포함한 사고관리계획서 제출 법제화 제1항의 허가를 받으려는 자는 허가신청서에 발전용원자로 및 관계시설에 관한 운영기술지침서, 최종안전성분석보고서, 사고관리계획서(중대사고관리계획을 포함한다), 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

규제기준과 중대사고 중대사고 대응방안 중대사고 대처능력 중대사고 관리계획 PSA를 통한 중대사고 안전목표 달성 확인 격납시설 등 설비의 중대사고 대처능력 중대사고관리계획 수립 및 이행 중대사고 대처능력 중대사고 대처 설계: 방사성물질의 격납기능 중대사고시 설비 생존성: DBA/SA 중대사고 관리계획 중대사고관리전략, 조직, 지침서, 교육/훈련, 계측기 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

규제지침과 중대사고 중대사고 대처설계: FP 격납기능 위협 요소 대상 중대사고 대처수단 구비 중대사고 환경에서 설비 생존성 가연성기체의 연소나 폭발 MCCI에 의한 과압, 격납건물 바닥 관통/라이너 파손 증기폭발에 의한 비산물/동하중, 증기급증 정하중 중대사고 대처수단 구비 MCCI 대비 노심용융물 냉각 수단 FCI 대비 격납건물 건전성 유지 수단 중대사고 환경에서 설비 생존성 중대사고 완화 설비: 환경검증, 품질보증, 다중성, 다양성 요건 미적용 능동형 기기 요건은 있으나 피동형 요건 없음 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

법제화의 효과 “다툼의 여지가 있으므로 기각?” 중대사고 대처설비 및 중대사고관리계획의 효용성, 최적성에 대한 다툼 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

주요 중대사고 TMI-2 Chernobyl Fukushima I Date 1979. 3. 28 1986. 4. 26 2011. 3. 11 Reactor PWR RBMK BWRs Cause Loss of feed water Safety test! (RIA) Earthquake/ Tsunami Faults & Errors - PORV failure - Faulty operator action - Faulty reactor design - Operator violating procedure - Limited access to Technical Support - Weak SAMG 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

TMI-2 사고 중대사고관리 개념은 1979년 TMI-2 사고 이전에는 원자력안전 범주 밖으로 인식 WASH-1400에서만 노심 용융 가능성 언급 TMI-2 사고는 많은 ESF에 불구하고 노심 용융 사고가 발생할 수 있음을 알림 운전원의 사고 시 플랜트 거동 이해 부족 중대사고 연구 개시 (e.g. IDCOR→MAAP) 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

체르노빌 사고 운전원의 계획된 실험 과정에서 절차와 규정 무시 원자로 SCRAM의 의도적 제거로 과다출력제어 실패 Chernobyl 사고는 격납용기 파손 시 환경 파괴의 규모와 수습 경비가 엄청난 수준임을 알림 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

후쿠시마 사고 중대사고는 더 이상 가상사고가 아니라 실제 일어나는 사고 - 중대사고관리 중요성 방사능 대량 누출이 가능한 중대사고는 정치경제사회문화적으로 대 재앙 중대사고 발생 시 격납용기 건전성 확보의 중요성 재인식 원전 주변 인구 밀집지역 주민 비상대피계획 필수 (특히 한국) 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

중대사고 시 운전원의 역할 중대사고 현상은 너무 복잡하여 사고 시 운전원의 이해에 한계가 있을 수 있음 R. Sehgal 교수의 회의적 견해 (ERMSAR 2017, Warsaw) 중대사고 현상은 너무 복잡하여 사고 시 운전원의 이해에 한계가 있을 수 있음 사고를 분석하고 판단하는데 필요한 시간이 운전원의 적절한 조치가 필요한 시간보다 더 걸림 실제 중대사고 시 운전원의 심리 및 의사결정 절차에서의 한계로 적절한 조치 기대 어려움 따라서 중대사고 대처설비의 운전 및 사고관리 체계의 성공적인 수행이 보장되지 않을 수 있음 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

시간 여유도 (Gen-II LWRs) Cooling water supply stop Zirconium oxidation 2 h 4 h 6 h Cooling water supply stop Zirconium oxidation Large fraction of core melt Reactor vessel failure - Steam explosion in wet cavity - MCCI for days - Gen-III LWRs: Core catcher IVR-ERVC 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

원자력안전 전략의 재인식 Defense-in-Depth Multiple barriers to fission products Accident prevention: improbable accident Plant protection system: kept safe condition Engineered safety features: no risk to public Multiple barriers to fission products Fuel cladding Reactor coolant system Reactor containment 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

중대사고 현상 노심용융물-냉각수-구조물간의 반응으로 설계기준사고 보다 더 복잡한 현상들 증기폭발 (FCI) 원자로압력용기 파손 격납용기 직접가열 (DCH) 콘크리트 용발 및 바닥 침식 (MCCI) 격납용기 가압 및 파손 핵분열생성물 방출 및 에어로졸 생성/수송 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

격납용기 파손 시기와 요인 조기 격납용기 파손: FP 다량 방출 후기 격납용기 파손: 조기파손 FP의 10-4 Hydrogen combustion/detonation Steam explosion Direct containment heating 후기 격납용기 파손: 조기파손 FP의 10-4 Gas-producing MCCI Failure of long term melt coolability 중대사고관리의 1차 목표: 조기 격납용기 파손 방지 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

중대사고 안전성 향상 방안 피동형 중대사고 대처설비 및 사고관리 운전원의 중대사고관리에 대한 신뢰 한계 피동형 중대사고 대처설비로 무전원 및 운전원 개입 없이 일정 시간 그 기능 보장 다물리-다차원 안전해석기술 확보로 대처설비 및 사고관리의 유효성 증진 DBA 수준의 중대사고 해석기술 개발 4차 산업혁명에 맞추어 인공지능시스템 개발 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

계산기의 발달 AI 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

중대사고관리 영역 H2 control (Ignitor, PAR) 격납용기 감압 격납용기 살수 격납용기 여과배기 1차계통 감압 노내 냉각수 주입 노외 냉각수 주입 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

H2 Control 다툼의 요소 해결을 위한 방안 수소분포 해석의 정밀도: LP vs CFD 수소폭발 해석의 정밀도: local vs global PAR의 ignitor 기능 수용여부 해결을 위한 방안 수소분포 및 폭발 해석용 3-D 고정밀 해석코드 확보/검증 고정밀 해석을 통한 PAR ignitor 기능의 장단점 분석 (Kang, KAERI) 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

노외 냉각수 주입 다툼의 요소 해결을 위한 방안 원자로공동 선침수는 MCCI 예방 효과 vs 증기폭발 발생 가능 원자로물질(코륨)의 강력한 증기폭발 발생가능성 낮음 vs 소규모 실험 결과 (scaling) 해결을 위한 방안 증기폭발 3-D 해석코드와 구조건전성 해석기술 확보 및 검증 고정밀 해석을 통한 증기폭발 대비 노외 구조건전성 평가 (TROI, KAERI) 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

IVR by ERVC 다툼의 요소 해결을 위한 방안 원자로용기 하부 노심용융물 구성에 따른 열속 불확실성: 2-layer, 3-layer, focusing effect 용기 외부 열수력 불확실성: 단열재 영향, 자연순환량, CHF, Scaling 해결을 위한 방안 원자로용기 내부 열속 해석기술 향상 Full-scale, real geometry CHF 실험 수행 (Park, 동국대) 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

격압용기 건전성 확보 전략 격납용기 내 과압 방지 격납용기 내 동하중 방지 중대사고 R&D 격납용기 내 콘크리트 보호 집중분야 Spray, 피동 RHRS로 잔열 제거 격납용기 내 동하중 방지 PAR, Ignitor 등으로 수소 제거 증기폭발 발생 억제 또는 완화 격납용기 내 콘크리트 보호 IVR, Core catcher 중대사고 R&D 집중분야 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23

맺음말 중대사고관리의 법제화로 원자력 안전성의 한 단계 증진 기대 중대사고 시 운전원의 역할 한계로 피동형 대처설비 및 사고관리 필요 SAM 법제화에 따라 DBA 수준의 중대사고 해석기술 확보 필요 중대사고 예방 및 완화 전략에 대한 동북아 지역 공동연구 및 협력 기대 원자력안전해석 심포지엄, 대천, 2017. 6. 22-23