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고출력 밀도의 초임계수냉각로 정상운전 중 연료봉 거동

전문가 제언: ○ 열적 및 열적-기계적 거동 해석으로부터 설계 기준 일부가 충족되지 않으며 현재 설계 압력 인자로는 연료봉이 손상될 수 있음이 알려졌다. 그 이유는 적은 연료봉 크기이며 높은 출력 밀도이기 때문에, 가스 공간의 압력, 길이, 위치, 간극 크기 및 결정립 크기와 같이 일부 인자들은 조정되어야 한다.

○ Pu 분율의 변화는 연료 소결체 중심 온도에 분명한 영향을 주지 않다는 점이 발견되었지만, 평균 선형 열 발생률이 신속하게 온도를 감소시킬 수 있다. 즉, 선형 열 발생률이 100%에서 70%로 감소할 때 최대 온도는 2,346℃에서 1,887℃로 감소하므로, 선형 열 발생률은 특정 값까지 떨어져야 한다. 이 값에 대한 영향은 재료와 안전성에 대한 요구사항과 더불어 노심 출력 및 기타의 관점에서 고려하여야 한다.

○ 이전의 연구에서 피복재 난형의 불완전성이 또한 압축-대-수율 응력 비에 의해 제한되기 때문에, 타성 불안정성으로부터 발생하는 시간 의존성 크리프 붕괴를 피하기 위하여 PWR과 비교해볼 때, 비율 0.2는 더 보수적인 것으로 예상되고 있다. 버클링 붕괴 압력의 기준은 초기 가스 공간 압력을 확인하기 위하여 사용되는데, 이 노심에서 초기 가스 공간 압력이 항상 -6.9 MPa의 붕괴 압력보다 큰데 비하여 버클링 붕괴는 없다.

○ 고출력 밀도의 노심에 대한 정상운전에서 연료봉의 거동이 최대 피복재표면 온도(MCST), 최대 출력 피크인자(MPPF), 최대 방출 연소도(MDB) 및 상이냉각재 유동패턴(DCFP) 등 4개의 제한조건에 대하여 분석되었다.

○ 국내에서의 초임계수냉각로(SCWR) 연구는 한국원자력연구원 및 한국전력연구원에 의하여 2003년부터 추진되고 있으며 실험연구가 프레온 열-수력학 실험유로에서 수행되었다. 이 유로는 R-134a( = 4.059 MPa, =101℃)를 작동유체로 사용하고 있으며 4.50MPa 및 160℃까지 운전할 수 있다. 앞으로 원자력분야 연구의 다양화로 실질적인 원자력 종주국이 되기를 바란다.

저자: Haitao Ju, Yuki Ishiwatari, Yoshiaki Oka
자료유형: 니즈학술정보