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고속로 환형핵연료의 혁신적 설계 모델

전문가 제언: ○ 4세대 원자로(Gen-IV: Generation-IV Reactor)는 미국 에너지부가 2030년을 실용화 목표로 제시한 원자로이며, 지속발전성, 안전성, 경제성, 핵확산저항성의 4대 영역에서 획기적인 기술혁신을 목표로 하는 미래형 원자력 기술이며 2030년 실용화를 목표로 하고 있다.

○ 차세대 원자력 시스템 개념의 하나인 고속로 핵연료는 경수로 등보다 훨씬 높은 연소도까지 이용할 수 있도록 설계한다. 그러므로 고연소도 조건하에서 일어나는 핵연료 팽윤현상(swelling), PCI 현상(pellet cladding interaction) 등이 우려되며 핵연료 파손시에 핵연료와 냉각재와의 양립성 문제 등이 야기된다.

○ 본 논문은 납을 냉각재로 하는 고속로용 핵연료의 혁신적 설계개념인 환형핵연료를 이용하여 설계한 7가지 집합체에 대한 안전성 및 열적거동을 분석한 내용을 기술하고 있다. 특히 핵연료의 열 안전성 평가를 위한 온도계산과 열수력학적 거동을 평가하기 위한 압력 강하 등의 평가를 통해 고속로에 적용시 제한성 등 장단점을 찾아내 그에 대한 대책 수립을 제안하는 등 설계개념에 대한 보완 의견을 제시하고 있다. 예비설계 결과는 환형핵연료 개념이 성능 및 안전성 모두 높은 잠재력을 갖는 것으로 확인되었다.

○ 국내 환형핵연료 기술은 고속로에 적용한 시도는 진행된 바 없다. 그러나 한국원자력연구원 중심으로 가압경수로용 핵연료의 안전성과 경제성을 세계 최고 수준으로 향상하기 위하여 핵연료 온도를 낮추면서 출력증강이 가능한 신개념 이중냉각 핵연료를 개발하고 있다. 이 분야의 연구는 연세대학교의 이중냉각 핵연료의 유동 설계 방안 연구, 경북대학교의 부수로 난류특성 연구 등이 이루어졌다.

○ 우리도 환형핵연료가 갖는 다양한 장점을 고속로 핵연료 개발계획에 반영하여 보다 안전성을 높일 수 있도록 하기 위하여 지속적인 연구개발과 관심이 필요한 상황이다.

저자: Marcin Karol Rowinski, et al.
자료유형: 니즈학술정보