미래형원자로 인허가 대비 기반연구 서남덕, 신안동, 허창욱 년 제17회 원자력안전기술정보회의

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1 미래형원자로 인허가 대비 기반연구 서남덕, 신안동, 허창욱 2013. 04. 30 2013년 제17회 원자력안전기술정보회의
2013년 제17회 원자력안전기술정보회의 미래형원자로 인허가 대비 기반연구 서남덕, 신안동, 허창욱 제17회 원자력안전기술정보회의

2 목 차 연구배경 과제 개요 추진전략 및 체계 세부과제 연구내용 IV-1 : SFR 인허가체계 구축
목 차 연구배경 과제 개요 추진전략 및 체계 세부과제 연구내용 IV-1 : SFR 인허가체계 구축 IV-2 : SFR 계통안전성 규제검증기술 개발 IV-3 : VHTR 인허가기술 개발 연구개발결과의 활용방안 및 기대효과 결론 제17회 원자력안전기술정보회의

3 I. 연구배경 배경 제255차 원자력위원회 (2008.12.22) 미래원자력시스템 연구개발 장기추진계획 의결 원형로
VHTR SFR 2010 2015 2020 2025 2017 특정설계승인 신청 실증사업 착수 원형로 고유개념설계 2012 핵심기술개발 2011 특정설계승인 건설허가 2022 운영허가 2028 개념설계착수 산업체 참여 VHTR 인허가 계획은 2008년에 결정된 계획이며, 2015년 산업체 참여 여부에 따라 수정될 수 있음.

4 I. 연구배경 과제의 역할 KINS의 인허가 대비 기반기술 개발 및 선도적 설계완성도 제고 제17회 원자력안전기술정보회의

5 I. 연구배경 과제특성 기반기술 개발 규제입장 사전 제시/설계완성도 제고 ○ SFR/VHTR 일반안전요건/심사지침 개발
○전산코드 체계 개발 ○ SFR/VHTR 안전현안 조사/평가 ○발전소 사건분류/설계기준 사고의 타당성 검토 ○실증로 인허가 법규 개발 ○VHTR 국제공동연구

6 I. 연구배경 인허가 기반기술 설계완성도 제고 안전성 평가 및 확보에 요구되는 기술기준과 검증평가기술
안전현안 해결방안, 기술검증시험 및 설계방법론 평가 등의 인허가 심사체계 인허가 심사에 필요한 규제검증기술 설계완성도 제고 설계초기 단계에 규제요건 또는 규제입장이 반영될 경우 시행착오 감소 인허가현안 조기 발굴, 설계자와 규제기관의 협의는 인허가 시현성 제고 경수로 규제요건 및 방법론을 적용한 SMART의 경우도 표준설계인가 신청전 2년간 “안전성 심사체계 개발” 과제 수행 설계완성도 제고(점선 박스)에 중점을 두어 수행 초기 단계의 설계문서를 검토하여 규제입장 제시. 설계자는 설계에 조기 반영 KAERI의 설계완성도 제고에 크게 기여 미래형원자로는 설계진도 지연, 예산/인력/관심 부족으로 미흡

7 I. 연구배경 인허가 대비 기반기술 개발의 필요성 ☞ 설계기술 개발에 병행한 미래형원자로 인허가 기반기술 개발 필요
인허가 대비 기반기술 개발의 필요성 미래형원자로의 특성 및 규제기술현황 경수로와 미래형원자로는 시스템 설계가 근본적으로 상이하며, 국내 인허가 경험 없음 규제요건, 계통평가기술 및 전산코드 미비 인허가 대비 기반기술 구축 필요 기반기술 개발의 기대효과 설계완성도 제고 인허가 불확실성 제거 인허가 효율성 제고 ☞ 설계기술 개발에 병행한 미래형원자로 인허가 기반기술 개발 필요

8 II. 과제 개요 과 제 명 미래형원자로 인허가 대비 기반연구 연구목표 미래형원자로 인허가 기반구축 연구기간
총연구기간 : ~ 1 단계 : ~ (3년) 2 단계 : ~ (2년) 과제구성 세부과제 1 : SFR 인허가체계 구축 세부과제 2 : SFR 계통안전성 규제검증기술 개발 세부과제 3 : VHTR 인허가기술 개발

9 II. 과제개요 과제 구성 대과제 : 미래형원자로 인허가 대비 기반연구 SFR 실증로 인허가기반 구축 VHTR 고유설계특성
평가기술 개발 실증로/다목적로 인허가절차 초안 개발 SFR 안전요건/규제지침 개발 SFR 안전현안 해결방안 수립 SFR 인허가 체계 구축 노심/핵연료 안전성 사고해석 구조건전성 중대사고 안전성 구조재료 안전성 핵연료/노심 계통안전성 PSA 중대사고 VHTR 안전요건 개발 VHTR 안전현안 도출 및 해결방안 검토 VHTR 안전성 평가방법 개발 VHTR 인허가기술 개발 SFR 계통안전성 규제검증기술 개발 인허가체계 규제/심사 지침 VHTR 인허가 기반 기술 전산코드 체계

10 III. 추진 전략 및 체계 국내•외 기술동향에 적극 대처 설계기술 개발과 연계 산.학.연 연구협력체제 강화 및 의견수렴
KAERI, 선진국, GIF 등의 기술동향을 반영한 개발 추진 설계기술 개발과 연계 효율적인 인허가기술 개발을 위한 규제자/설계자 정보 및 의견교환 정례화 산.학.연 연구협력체제 강화 및 의견수렴 KINS 전문실 의견 수렴, 외부 전문가 기술자문 등으로 성과 신뢰성 제고 설계자, KINS 전문부서 의견을 수렴하여 실제적이고 합리적인 기술개발 국제 협력체계 구축 및 국제공동연구 참여 규제경험 보유국인 타국 규제기관과 협력체계 구축 안전성/성능 입증 및 전산코드 타당성 검증을 위한 실증시험 등 대규모 연구분야에 대해서는 국제공동연구 참여로 기술격차해소 및 최신정보 입수 제17회 원자력안전기술정보회의

11 III. 추진 전략 및 체계 규제검증기술 대상 노형 고려사항 설계자료 및 평가방법론 예비 평가
KALIMER-600 실증로를 최종 대상 노형으로 고려하나 원형로 인허가 일정이 선행되므로, SFR 일반적인 물리현상/방법론에 대한 검토를 기반으로 원형로 설계 정도에 따라 상호 차이점을 고려하여 원형로 계통모델링 및 상세해석 추가 VHTR에 대한 개념설계가 제시되지 않아 국외 참조원전(MHTGR)을 대상으로 일반적이고 기본적인 기술검토 수행 설계자료 및 평가방법론 예비 평가 인허가 과정 중 안전성 평가를 위해 제시되어야 할 현상, 모델, 해석기술 및 방법론에 대한 충분한 논의 필요 설계자와 규제자와의 이견 해소 및 기술현안 해결을 위한 분야별 정례회의 개최

12 III. 추진전략 및 체계 연구수행체계 인허가 대비 기반연구 국제협력 연구결과 검증
USNRC GIF/RSWG IAEA,OECD/NEA 연구결과 검증 내부 규제 전문가 검토 외부전문가 자문 의견 수렴 미래형원자로시스템 기술분과 국내 산학연 전문가 협의체 운영 주요 규제입장에 대한 의견 수렴 KINS-KAERI 기술교류회 설계자료 공유 설계근거자료: 연구결과, 국외입수자료 설계평가 전산해석 모델, 평가방법론 산.학.연 협력 KAERI F&C, TUV 서울대학교, 성균관대학교 기술검토 국제협력 인허가 대비 기반연구 SFR 안전기준 개발방향 수립 SFR 인허가 현안도출/해결방안수립 SFR 계통 안전성 평가기술개발 SFR 전산해석체계개발 실증로/다목적로 인허가 절차개발 VHTR 인허가 기술개발 기술교류 각계의견수렴 위탁연구

13 III. 추진전략 및 체계 연구개발 추진 일정

14 III. 추진전략 및 체계 SFR 연구개발 추진 일정 1단계 2단계 차기단계 12 13 14 15 16 17 18 19 20
21 설계공정 개념설계 표준설계 원형/실증로 예비설계 SFR 사전안전성검토 신청 ● ● SFR 표준설계인가 신청 인허가 절차 실증로/다목적로 인허가절차 수립 SFR 일반요건 개발 규제요건/지침 SFR 상세요건 개발 SFR 규제기준 개발 인허가 현안 SFR 정책현안 도출/해결방안 수립 SFR 기술현안 도출/해결방안 수립 안전성 평가방법 SFR 계통안전성평가방법 개발 전산코드 체계 SFR 전산코드체계 개발 개선/검증 안전성 심사 사전안전성 검토 표준설계인가심사 상기 인허가 심사기간은 추정기간이며, 신청서류 보완/보정에 소요되는 기간과 안전성확인 실험 등의 추가소요 기간은 포함되지 않았음 인허가 심사기간은 제출되는 설계정보의 상세도에 좌우됨

15 TRISO 핵연료/노심핵설계 안전성 평가기술 검토
III. 추진전략 및 체계 VHTR 연구개발 추진 일정 1단계 2단계 차기단계 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 공정 계통개념설계 기본설계 VHTR 건설허가 신청(?) ● 규제요건개발 VHTR 일반안전요건 초안 개발 최종안 개발 VHTR 상세안전요건 개발 최종안 개발 VHTR 규제지침 개발 인허가 현안 VHTR 인허가 현안 도출 및 해결방안 검토 VHTR 기술 현안 도출 및 해결방안 검토 설계 안전성 평가기술 검토 TRISO 핵연료/노심핵설계 안전성 평가기술 검토 사고해석 평가방법론 검토 격납계통 건전성 평가기술 검토 설계자 해석코드 검토(필요시) VHTR 계통안전성 평가기술 개발 전산코드 체계 개발 VHTR 전산코드체계 베타버전 개발 2015년 이후 설계 진행은 산업체 주도로 추진될 것을 가정으로 작성. 2단계(2015년) 이후 착수될 연구항목은 설계 진행에 따라 변동될 수 있음(점선).

16 2013년 제17회 원자력안전기술정보회의 세부과제 1: SFR 인허가체계 구축
서남덕 제17회 원자력안전기술정보회의

17 IV-1-1. 연구 목표 최종 연구목표 소듐냉각고속로 인허가체계 구축 실증로/다목적로 인허가 관련 법규 개발
일반안전요건 체계 수립 및 초안 개발 상세안전요건 체계 수립 규제지침 체계 수립 및 초안 개발 안전현안 해결방안 검토 1단계 연구목표 (’12~’14) 실증로/다목적로 인허가 관련 법규 개발 일반안전요건 초안 개발 상세안전요건 초안 개발 규제지침 체계 수립 및 초안 개발 안전현안 해결방안 검토 2단계 연구목표 (’15~’16] 상세안전요건 개발 규제지침 개발 안전현안 해결방안 수립

18 IV-1-2. 원형로/다목적로 인허가 관련 법규개발
○ 관련 원자력 안전법 초안 수정⦁보완 ○ 관련 시행령 초안 수정⦁보완 ○ 관련 시행규칙 초안 수정⦁보완 특정설계승인 제도 표준설계인가제도 준용 ○실증로/다목적로를 위한 원자력법 초 안에 대한 KAERI, KINS 전문실 및 외부 전문가의 의견수렴을 통한 수정(안) 개 발 ○초안으로 개발된 특정설계승인제도 는 왼쪽과 같은 문제가 제기되어, 의 견수렴과정에서 배제됨 ○이에 특정설계승인제도를 도입할 경우의 문제점을 해결할 수 있는 “표 준설계인증” 제도를 아래 예와 같이 개발함 - 설계자가 표준설계 범위 및 깊이를 사전에 선정하고 협의하게 함으로 써 기존에 제기된 문제점 해결 ○표준설계인증제도에 대해서 KAERI 도 동의하였으며, SFR 원형로 인허가 기반을 마련함 배 경 • 실증로와 같은 연구개발 원자로의 경우 인허가 불확실성이 높으므로 규제기관이 사전에 규제입장을 제시하고 설계에 반영하게 하므로써 인허가 불확실성을 줄이는 제도의 도입이 필요. 연구개발 원자로에 대하여 규제기관이 설계초기에 규제입장을 제시하여 규제불확실성을 줄이는 노력은 국제적인 동향이라고 할 수 있음 • 표준설계인가제도는 미국의 COL 제도로 가는 전제로 도입되었으나 현재 기존 국내의 2단계 규제와 상존하고 있음 단 점 • 기존의 경수로 원자력 규제는 2단계 이나 실증로에 대해서는 실질적으로 3단계로 인허가를 받게되며 원자력 규제제도의 일관성에 배치됨 • SFR의 경우 2017년에 제출되는 설계수준을 예측하기 어려우며, 이 경우에도 설계를 승인하여야 하는 어려움이 예측됨. 설계수준이 미흡할 경우 심사 및 승인이 지연될 가능성 있음 • 승인 대상이 되는 설계의 범위 및 깊이에 대한 논란의 소지 • 승인 결과에 대한 논란의 소지 있음 - PSAR 승인은 건설을 허가 - FSAR 승인은 운영을 허가 -특성설계승인은 연구계속의 승인인지에 대한 문제제기 • 발전용경수로의 정의와 차이가 남 장점 • 교과부 정책과에서 원하는 방안임 - KAERI 연구결과에 대하여 규제기관의 인증을 받기를 원함 • 신규 노형에 대한 공식 설계인증절차 수립 • 설계 범위 및 깊이를 사전에 협의하여 제출하게 함으로써 기존의 인허가제도를 훼손시키지 않으면서 소정의 목적을 달성할 수 있음.

19 < 원자력법 시행규칙 제34조의 2 개정(안)의 예 >
IV-1-2. 원형로/다목적로 인허가 관련 법규개발 제34조의2(표준설계승인 신청 등) ① 법 제34조의2제1항에 따른 표준설계승인의 신청서는 별지 제14호의2 서식에 따른다. ② 법 제34조의2제2항에서 “위원회규칙이 정하는 서류”라 함은 다음 각 호의 서류를 말한다. 1. 원자로의 사용목적에 관한 설명서 2. 원자로의 설계에 관한 기술능력의 설명서 3. 표준설계 범위 및 깊이 설명서 4. 표준설계안전성분석보고서 5. 비상운전절차서 작성계획서 6. 가동전 기술실증시험 계획서 5. 정관(법인인 경우에 한한다) ③ 법 제34-2조제1항의 규정에 의한 표쥰설계승인의 범위는 원자로의 안전성을 확인할 수 있는 필수적인 계통을 포함한 제2항제3조에 따른 신청 범위로 한다. ⑤ 법 제34-2조제2항에 따라 승인신청서를 제출받은 경우, 원자력안전위원회는 신청인의 법인등기부 등본 확인에 관하여 제4조제5항을 준용한다. < 원자력법 시행규칙 제34조의 2 개정(안)의 예 >

20 IV-1-3. 일반안전요건 체계 수립 및 초안개발 일반안전요건 초안 수정•보완 위험도정보요건 적용성 평가
○ 일반안전요건 초안 수정⦁보완 ○ 위험도정보요건 적용성 평가 ○ 국내⦁외 후쿠시마 후속조치 요건 검토 일반안전요건 초안 수정•보완 초안에 대하여 IAEA SSR 2/1을 반영하여 보완, KINS 전문실의 검토 위험도정보요건 적용성 평가 KALIMER에 대한 적용성 평가 허가기반사건: KALIMER 노형은 결정론적 인허가 체계를 기반으로 개발. 가정한 가상초기사건에 대한 전면 재검토 필요 빈도결말분석: 빈도-결말 도표로 제시되는 규제기준 적용은 현시점의 기술적 한계점을 고려할 때 무리 국내 • 외 후쿠시마 후속조치 요건 검토 SFR에 적용되어야 하는 항목 지진 및 침수 사건에 대한 요건 장기 소내정전 및 최종열제거원 상실에 대비한 요건 사용후 핵연료 저장조 냉각수기능 및 냉각수원 확보요건 안전등급 계측기 설치에 대비한 요건

21 IV-1-4. 상세안전요건 체계 수립 설계자 요청 개발항목 타당성 평가 그룹1 상세안전요건 초안•보완
○ 설계자 요청 개발항목 타당성 평가 ○ 그룹1 상세안전요건 초안 수정•보완 ○ 그룹3 상세안전요건 개발방향 검토 설계자 요청 개발항목 타당성 평가 KAERI가 요청한 4개 항목 도출 SFR 원형로 기기등급 분류, 소듐-물 ㅂ반응 사고시의 과압방지요건, 외부사건에 의한 장기전원공급상실 요건, ISI 그룹1 상세안전요건 초안•보완 6개 요건 초안을 IAEA SSR 2/1을 반영하여 보완/신규안 개발, 전문실 검토 그룹3 상세안전요건 개발방향 검토 그룹3 상세안전요건 4개은 국외에서도 요건화 된것이 없어 국내 개발이 필요 화재위험도 분석에 관한 기술기준은 원형로의 PRA 수준이 낮기 때문에 2단계 연구에서 개발 ECCS, 원자로시설 부지의 기상조건에 관한 조사•평가 기준, 화재방호계획의 수립 및 이행에 관한 규정은 차기년도에서 개발

22 IV-1-5. 안전현안 해결방안 검토 심층방어 이행 평가방법론 개발 ○ 심층방어 이행 평가방법론 개발
○ 주요 안전현안 해결방안 검토 •소듐공동에 따른 안전현안 검토 •반응도 특성 검토 •방사선원항 특성 및 거동 검토 •소듐화재 평가방법론 검토 ○ 기술검증시험 타당성 평가방법론 검토 심층방어 이행 평가방법론 개발 KALIMER “노심열제거” 안전기능에 대한 목적대책수목(OPT) 개발 기존의 현상 중심 방법론에서 계통경계를 중심으로 개발 개발된 OPT는 원형로의 심층방어 안전성 확인 및 규제지침 체계 개발에 확인

23 IV-1-5. 안전현안 해결방안 검토 주요 안전현안 해결방안 검토 소듐공동에 따른 안전현안/반응도 특성 검토
노심안전성 관련 안전현안 반응도계수 관련 6개 항목, 해석방법 2개 항목 도출 SFR 노심안전성 심사지침 초안 개발 방사선원항 특성 및 거동 검토 금속핵연료 방사선원항 평가방법론 제시 PRISM 방사선원항의 적합성 평가. KAERI 원형로 설계에 적용하는 것은 적합하지 않다는 규제입장 제시 실험적 방법론 열역학 이론적 방법론 핵분열생성물 가 소듐에 혼합되었다가 기상으로 얼마나 이송되는지는 활동도계수 로 표시된다. 이때 평형분배계수는 로 주어지게 되는데 평형분배계수를 실험적으로 구하면 소듐풀로부터 카버가스 영역으로 기화되는 방사선원항 량을 구할 수 있다. 소듐기화량을 평가할 수 있는 다른 방법은 열역학 이론에 따라 용해도로부터 활동도계수를 계산하는 것이다. 이때는 등의 이론식을 사용하여 기화량을 계산할 수 있다.

24 IV-1-5. 안전현안 해결방안 검토 기술검증시험 타당성 평가방법론 개발 기존의 연구결과 검토
ASME V&V : 고체역학 분야에 대한 V&V 지침 제공 ECORA 연구 : CFD 코드 검증지침 제공 NUREG-1230 : 불확실도 정량화 방법으로 CSAU 사용 (code scaling, applicability and uncertainty) 방법론 개발을 위한 주요 검토 결론 실증실험의 선정은 PIRT에 기반해야 함 실증실험 평가 정량화는 운전조건 등을 제외하고 코드 모델만 관련된 불확실도 정량화 필요 모델에서 불확실도 변수를 선정하고 이 변수의 범위가 실험치를 포함하는지에 대한 평가는 최근 개발되고 있는 CIRCE 등을 활용 코드와 실험치의 전반적인 거동 차이를 평가하는 FFTBM 방법 활용. FFTBM 결과의 물리적인 의미는 명확하지 않아 FFTBM 처럼 전반적인 차이에 대한 정량화를 하면서 또 도출된 정량화된 값이 물리적인 의미를 가지는 방안 개발이 필요 주요 변수에 대한 민감도 분석은 response surface method, 독일 GRS에서 개발한 SUSA와 Johnson transform의 조합을 활용

25 IV-1-6. 2차년도 연구수행 내용 원형로/다목적로 인허가 관련 법규 개발 일반안전요건 초안 개발 상세안전요건 초안 개발
전문가 검토 및 의견 수렴을 통한 최종안 개발 법제화 지원 일반안전요건 초안 개발 GIF SDC 및 ANS 54.1 SFR GDC를 반영한 초안 개발 상세안전요건 초안 개발 설계자 요청 4개 요건 초안 개발 그룹3 상세안전요건 3건 개발 안전현안 해결방안 검토 심층방어 이행 평가방법론 개발 다른 안전기능에 대한 OPT 개발 주요 안전현안 해결방안 검토 반응도계수 생산모델 보수성 평가, 노심재임계 현상 특성 평가, 소듐화재시의 방사선원항 거동 특성 평가 기술검증시험 타당성 평가방법론 개발

26 2013년 제17회 원자력안전기술정보회의 세부과제 2: SFR 계통안전성 규제검증기술개발
신 안 동 제17회 원자력안전기술정보회의

27 금속핵연료 노심 사고해석 구조해석 기계기기구조건전성 중대사고 PSA 분야
IV-2-1. 연구 목표 성과 목표 SFR 계통안전성 규제검증 기술확보 SFR 주요 계통안전성 평가기술 검토 SFR 규제검증 전산해석체계 개발전략 수립 금속핵연료 노심 사고해석 구조해석 기계기기구조건전성 중대사고 PSA 분야 1차년도 연구목표 (’12) 노심 해석 및 거동 평가기술 검토 발전소 사건분류 및 설계기준사고 선정검토 고온구조재료 규격 및 기준 적용성 고온구조 강도설계 평가기술 검토 중대사고 사고경위/현상 조사 및 검토 규제검증 전산해석 체계 개발전략 수립 2차년도 연구목표 (’13) 핵연료 파손기구 및 핵분열생성물 이동 현상 계통 과도해석 방법론 평가기술 검토 고온재료 파손기준 검토 면진설계 관련 자료 및 내진능력 분석기술 검토 규제검증 전산해석 체계 상세개발전략 수립

28 IV-2-2. 1차년도(2012) 실적 금속핵연료 특성 및 거동 평가기술 검토
금속연료 고유의 특성 및 거동에 대한 해석방법론 조사 참조코드의 기능 및 구조에 대한 적용성 검토 경수로용 핵연료 성능평가 코드인 FRAPCON3 기능 및 구조 적용성 평가 금속연료 고유 개발 모델 도출을 통한 금속핵연료 성능평가 코드 개발방향도출 FRACPCON3 코드에서 사용될 수 있는 모델 및 수정이 필요한 모델 그리고 금속핵연료 고유 개발필요모델 (FCMI, FCCI, 원소재배치)이 분석 및 도출 되어 FRAPCON3 코드를 기반으로 한 금속핵연료 성능해석 코드 개발 LIFE-METAL SESAME ALFUS FEAST 개발자 ANL(미국) CRIEPI(일본) MIT/NRC(미국) 해석범위 SS / TR SS FGR / 팽윤 모델 EM Mechanistic 구성원소재배치모델 Chemical Equ. Thermo-Trans. 온도/기계적 해산차원 1D 1D/2D 심재-피복재 화학적상호작용(FCCI) NA

29 IV-2-3. 1차년도(2012) 실적 SFR 핵설계 특성 및 거동 평가기술 검토
고속로 핵적 특성 및 경수로와의 차이점에 대한 이론적 조사 및 검토 설계자 및 기존 고속로 핵설계 코드체계 및 방법론 검토 ANL 코드체계 및 K-CORE 코드체계 고속로용 고유개발 모델 및 방법론 도출을 통한 고속로 핵설계 규제검증체계 개발방향도출 핵적 특성 경수로 대비 고속로 노물리 영향 중간 에너지 영역에서의 공명 특성 •동일 핵종 또는 다른 핵종의 인접한 공명 영역 간의 중복 현상, 수 keV~MeV 범위의 다수의 공명 영역이 존재 경화된 중성자 스펙트럼 •비등방성 산란, 비탄성 산란, (n,2n) 반응, Unresolved resonance의 자가차폐가 중요하게 작용 Unresolved resonance •Unresolved resonance의 자가차폐는 반응도를 상당량 증가 긴 평균자유행정 •집합체내 비균질 효과는 작고 국부적인 반응도 효과가 노심 전체에 영향 집합체 사이의 강한 연계성 •시간에 따른 공간적인 출력 분포의 변화에 영향

30 IV-2-4. 1차년도(2012) 실적 사고해석 평가기술 검토
규제허용 사건분류 방법 및 SFR 사건분류 방법론 및 설계기준 사고 조사 및 검토 국내 및 미국 NRC에서 허용되는 사건분류 방법론인 원전안전심사지침 제15장, SRP Ch.15, RG 1.70, RG 1.206에 따르는 경우 제시되는 사건분류 방법론이 허용 가능할 것으로 판단되며, 적용되지 않는 사고의 경우 예상발생빈도평가를 통해 분류되어야 함. 신규 원전 인허가 신청시 특정 발전소 설계 및 대체 허용기준을 적용할 수 있고 단, 현재 허용기준과 동등한 것인지 평가되어야 함을 검토의견으로 제시 결정론적 사고해석방법론 및 설계자 사고해석 방법론 검토 ANSI N18.2,ANSI/ANS-51.1, RG 1.70, SRP Ch. 15에서 제시되는 결정론적 사고해석 방법론 DBE 사고해석체계 및 대표사건 해석 방법론검토 과출력사고 유량상실사고 최종열침원상실사고 PHTS 배관파단사고 등

31 IV-2-4. 1차년도(2012) 실적 사고해석 평가기술 검토
기존 경수로 사고해석 코드 SFR 적용성 평가를 통한 사고해석체계 개발전략수립 TRACE 코드 SFR 적용성 검토 소듐물성 치 검토 소듐 벽면열전달 상관식 평가 SFR 실증로 600MWe 정상상태 TRACE 코드 입력자료 생산 및 적합성 평가 경수로확장방식으로 TRACE 코드 기반 규제검증 사고해석 체계 개발 전략 수립 정상상태 변 수 DESIGN MARS-LMR TRACE 유량(kg/s) 1차측 유량 8366.1 8365.5 8365.8 중간열교환계통 3073 3072 피동잔열제거계통 34.7(Na)/30.9(Air) 30.6(Na)/4.9(Air) 29.2(Na)/4.7(Air) 능동잔열제거계통 31.5(Na)/30.9(Air) 21.8(Na)/2.53(Air) 20.8(Na)/2.53(Air) 온도(K) 노심입구 638.15 637.94 637.92 노심출구 783.15 783.54 784.08 IHX 입구 578.55 580.47 580.43 IHX 출구 775.15 777.89 778.97 SG 급수 488.1 SG 증기 748.46 744

32 IV-2-5. 1차년도(2012) 실적 구조재료 안전성 평가기술 검토
고온구조재료 산업기술기준 적용 현안 조사 및 최근 현황조사 CRBR 인허가시(1980년대) 안전성 현안 및 현황 조사 4세대원전 고온구조설계관련 현안 및 현황조사 Safety evaluation of the PRISM Liquid Metal Reactor(NUREG-1368, 1994) Materials engineering research needs for advanced reactors( ) 안전성 현안 및 해결 현황 조사 고온기기 비선형 해석 모델 및 평가 방법론 검토 및 선정을 통한 독립검증용 비선형평가 전산해석 모듈 개발방향 수립 라체팅거동 및 반복하중에 의한 주기경화/연화 모사를 위한 ABAQUS 결합경화모델 예비평가 비선형해석 후보 모델 조사 및 전산해석 모듈개발 방향수립 ABAQUS 상용 유한요소해석 프로그램 기반 Chaboche 통합점소성 모듈 개발하여 고온 기기 및 구조물의 비탄성 거동을 평가 ASME-NH기반 평가프로그램 개발 (W-DCAP-HTR) 프로그램등록

33 IV-2-6. 1차년도(2012) 실적 중대사고 안전성 평가기술 검토 SFR 중대사고의 경위, 현상 및 평가코드조사 및 검토
중대사고 유발/초기/천이/원자로용기 건전성평가/사고후 열제거단계별 현상 고찰 SFR 중대사고 평가코드 특성 조사(SIMMER-III, SAS4A, MELT-III, VENUS-II, SCAMBETA/SWEEP) 국외 SFR 중대사고 평가코드 도입 또는 모델 개발 가능성 검토를 통한 규제검증용 전산해석체계 개발방향 수립 SFR용 SIMMER-III/MELCORE 도입을 장기적으로 추진 도입 가능한 SAS4A/SASSYS로 중대사고 초기단계해석 MELCORE 코드를 사용한 격납건물로 수송되는 방사성핵종 방출 및 수송에 따른 선량분석 RCS 참조코드를 이용한 SAS4A 및 MELCORE간 소듐풀 가열 및 방사성핵종 수송 계산 코드 개발 SFR용 PSA 모델 개발전략수립 초기사건유형 및 발생빈도(NUREG/CR-6928 기반) 공통원인고장 분석 및 매개변수(Beta Factor 방법) 인적오류분석(K-HRA방법)/사건경위개발 (Small Event Tree-Large Fault Tree 방법) 기기 신뢰도 DB 구축(NUREG/CR-6928 기반) SFR 실증로 내부사건 1단계 예비 사건수목 개발 10개 초기사건 목록 선정 및 설계자 KALIMER 목록비교 설계자 PSA 가정사항 검토 및 확인사항 도출 일반과도사건 및 소외전원상실 등 10대 초기사건별 예비 사건수목 개발

34 IV-2-7. 2차년도(2013) 계획 연구 내용 SFR 주요 계통안전성 평가기술 검토
핵연료 파손기구 및 핵분열생성물 이동 현상 계통 과도해석 설계방법론 KINS-REM SFR 예비평가 고온재료 파손기준/중성자조사 등 재료열화 실증로 면진설계 가상노심붕괴사고 해석 방법론 SFR 규제검증 전산해석체계 개발전략 수립 금속핵연료 성능코드 원형구조개발(위탁) 고속로 반응도계수 및 동특성 인자 생산 모듈개발 기기별 상세 모델링 및 DBE 대표사고(6개) TRACE 코드 예비평가 고온기기 비선형평가 전산원형 모듈 개발(위탁) SAS4A/SASSYS-1 코드 도입 및 예제계산/SAS4A-RCS-MELCOR 해석체계 방법론 정리 SFR PSA 내부사건 1단계 규제검증기본 모델 개발(위탁)

35 2013년 제17회 원자력안전기술정보회의 세부과제 3: 초고온가스로 인허가기술 개발
2013년 제17회 원자력안전기술정보회의 세부과제 3: 초고온가스로 인허가기술 개발 허창욱 제17회 원자력안전기술정보회의

36 IV-3-1. 연구 목표 최종 연구목표 초고온가스로 인허가기반 기술 확보 초고온가스로 안전요건 개발
초고온가스로 인허가현안 도출 및 해결방안 검토 초고온가스로 설계안전성 평가기술 검토 1단계 연구목표 (’12~’14) 초고온가스로 일반안전요건 초안 개발 초고온가스로 인허가 현안 도출 및 해결방안 검토 초고온가스로 설계안전성 평가기술 검토 2단계 연구목표 (’15~’16] 초고온가스로 상세안전요건 개발방향 수립 초고온가스로 인허가 현안 도출 및 해결방안 검토 초고온가스로 설계안전성 평가기술 검토 설계자 설계방법론 사전 검토 (필요시)

37 IV-3-2. 초고온가스로 일반안전요건 체계 수립
연구 수행 내용 고온가스로 인허가에 대비한 일반규제요건 개발을 위하여 현행 일반규제요건의 적용성의 검토하고, 이를 통해 일반규제요건 구성 체계를 수립함 고온가스로 안전목표, 고유설계개념, 안전기능 및 피동안전설계 개념 검토 PBMR, NGNP에 대한 규제요건 수립방향 검토 및 국내 개발방향 수립 현행 결정론적 규제요건을 바탕으로 고온가스로 고유 일반안전요건 개발 국내외 일반안전요건 적용성 검토 국내 기술기준규칙 17개 항목 수정, IAEA SSR-2/1 19개 수정 적용, 16개 추가 적용 고온가스로 일반안전요건 체계 수립 : 여러 요건에 산재되어 있는 설계원칙 관련 요건을 명확히 기술, 향후 요건의 수정의 용이성을 위해 계통별 분류를 세분하여 구성 I. 정의: 4개 용어 추가 II. (설계원칙에 관한 요건) : 6개 항목 III. (일반설계에 관한 요건) : 16개 항목 III-1 (일반설계기준), III-2 (발전소 운영에 관한 설계기준), III-3 (기타 일반설계기준) IV.(계통설계에 관한 요건) : 28개 항목 IV-1 (핵연료 및 원자로), IV-2 (원자로냉각재계통), IV-3 (원자로 격납구조물), IV-4 (계측 및 제어계통), IV-5 (전력공급계통), IV-6 (방사성폐기물 처리 및 방사선방호 설비), IV-7 (연료취급 설비), IV-8(보조계통 및 변환설비), IV-9 (비상대응 및 보완) V. (기타 요건) : 2개 항목 37

38 IV-3-3. 안전현안검토-심층방어이행 평가방안 검토
연구 수행 내용 고온가스로 안전현안 중 하나인 ‘심층방어이행 확인’에 대한 해결방안으로 심층방어개념 관련 요건 개발 및 IAEA OPT 방법론 검토 수행 심층방어 이행 관련 규제요건(안) 개발 국내 원전설계에서는 심층방어 개념이 적용되고 있으나, 현행 규제요건에 명시적으로 규정되어 있지 않고, 계통별 요건에 산재되어 있어, 이를 개선하여 반영함. - 일반안전요건 - II. 설계원칙에 관한 요건 제3조(심층방어개념 적용) - 원자력안전위원회 고시(안) - 원자로시설 설계의 심층방어개념 적용에 관한 기준 심층방어 이행 평가를 위한 OPT 방법론 검토 심층방어 단계(1-4)별 목적-대책 수목도 도출하였으며, 이를 통해 고온가스로 설계 시 심층방어이행 관한 평가 및 규제요건 적합성 검토에 활용 38

39 IV-3-4. 고온가스로 설계안전성 평가기술 검토
연구 수행 내용 TRISO 핵연료 성능 검증 방법론 검토(MHTGR) TRISO 핵연료 제조과정 및 품질관리 검토 및 핵연료 품질/성능기준 검토 MHTGR의 TRISO 핵연료성능 검증 방법론 검토 핵연료손상 및 핵분열생성물 거동코드 체계 검토 TRISO내의 핵분열생성물 방출 모델 검토 수행 MHTGR TRISO 핵연료 품질 및 성능 기준 : 설계목적으로는 운전 중 핵연료 손상에 관한 통계적인 제한치를 사용하며, 아래 표에서는 초기 고온가스로 핵연료에 대한 품질 및 운전 중 손상율에 대한 제한치를 제시하고 있음. 인자 허용율 (≥95% 신뢰도) 블록형 페블형 핵연료 제조 품질 기준 - 피복입자핵연료 표면 중금속 오염율 - SiC 피복층 결함율 ~2 × 10-5 ~1 × 10-4 ~6 × 10-5 — 운전중 피복입자 손상율 ~2 × 10-4 ~5 × 10-5 사고조건에서의 핵연료 파손 증가율 ~6 × 10-4 ~5 × 10-4 39

40 IV-3-5. 고온가스로 설계안전성 평가기술 검토
연구 수행 내용 고온가스로 노심 핵자료 검토 및 핵반응단면적 불확실도 해석 고온가스로 핵반응단면적 라이브러리 생산 및 민감도 분석 공분산 데이터를 이용한 핵반응단면적 라이브러리 추출기 개발, 불확실도 검증계산문제에 대한 핵반응단면적 불확실도 해석, 몬테칼로 Wielandt 법의 진분산 해석 이중 비균질구조의 핵연료봉 평가를 위한 SCALE 코드 적용성 검토 고온가스로 감압사고 및 실험자료(HTTR) 검토 HTTR LOFC(Loss of Forced Cooling) 사고 실험자료 검토 MHTRG 설계기준사고(DBE) , 안전관련 설계조건(SRDC) 검토 감압사고 해석을 위한 MELCOR 코드 입력자료 조사 TMI-1 연소에 따른 증배계수 오차전파 해석 스펙트럼 비교(SCALE6.1 vs. MCNP5) 40

41 IV-3-6. 2차년도 연구 수행 내용 2차년도(2013년도) 연구 수행 계획 VHTR 일반안전요건 초안 1차 개발
IAEA OPT 방법론 적용성 평가 VHTR 설계안전성 평가기술 검토 핵연료 안전성 평가기술 검토 : TRISO 핵연료 파손기구 분석 노심핵설계 안전성 평가기술 검토 : 몬테칼로 방법론 적용성 검토 사고해석 방법론 평가기술 검토 : MELCOR 코드 적용성 검토

42 V. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 활용방안 인허가절차 : 제도화를 통해 미래형원자로 원형로 인허가에 적용
규제요건 : 개발결과는 미래형원자로 원형로 인허가 안전심사 시 기술기준 및 규제기준으로 활용 인허가현안 해결방안 : 미래형원자로 원형로 설계 반영 및 안전성 평가 시 활용 계통안전성 평가기술 및 전산코드체계 개발결과 설계자 설계방법론에 대한 타당성 평가 및 인허가 안전심사 시 규제기관의 독립적 안전성평가 도구로 활용

43 V. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 기대성과 기술적 측면
규제요건/지침 개발을 통해 인허가를 대비한 기술기준 개발, 기술기준 사전제시로 설계에 조기 반영 인허가현안 문제 해결방안의 검토로 설계의 인허가성 조기확인 및 인허가 시현성 제고 기대 계통안전성 평가기술 / 전산체계 개발로 미래형원자로 설계방법론 타당성 및 안전성 평가 가능 선도적 설계완성도 제고에 기여 경제적•산업적 측면 인허가절차 및 규제요건/지침의 완비로 효율적/효과적 인허가 추진 가능 인허가현안 해결방안 사전제시로 인허가상의 불확실성 제거 및 설계자 시행착오 방지를 통해 사업추진 지연 및 재원낭비 방지 가능

44 VI. 결론 RFP에 충실한 연구 과제에 요구되는 기대와 역할 충족을 위해 최선을 다함 규제활용 가능한 연구
최선의 연구결과 도출 과제에 요구되는 기대와 역할 충족을 위해 최선을 다함 SMART 사전안전성 연구 경험을 바탕으로 기대치 충족하도록 노력 심사지침 초안 개발 및 규제입장 사전 제시 설계자와의 지속적인 교류 규제활용 가능한 연구 일반/상세안전요건 개발 주요 분야별로 심사시 활용할 수 있는 지침 및 보고서 검증계산시 활용할 수 있는 계통평가기술 개발

45 “Look before you leap.” -Aesop 제17회 원자력안전기술정보회의