고온가스로의 소형파단 사고 시 공기 침투 현상에 대한 실험 및 전산유체해석

Abstract

고온가스로(VHTR)는 헬륨 냉각재, 흑연 감속재, TRISO연료를 통하여 냉각재상실사고시에도 핵연료의 온도 제한인 1600℃를 초과하지 않는 동시에 핵분열물질을 누출시키지 않아 고유안전성을 확인한 차세대 원자로이다. 그러나 고온가스로 내부를 이루고 있는 흑연 연료, 구조재는 고온에서 산소에 노출될 경우 흑연의 산화반응을 통해 노심의 가열 가속화, 일산화탄소 방출, 탄소 구조재의 경화 등의 문제를 일으킨다. 이에 특별한 조치가 취해지지 않으면 공기유입이 곧 연료의 손상으로 이어져 방사성 물질의 누출 등을 일으킬 수 있다. 따라서 고온가스로 노심의 안전성 확보를 위해 공기유입현상은 반드시 연구되어야 한다. 기존의 연구에서는 주 배관 파단(Double Ended Guillotine Break)시의 공기유입에 집중하고 있으나 계통 내에 작은 규모의 파손(Small Break)이 있을 시에도 공기는 원자로 내부로 매우 빠르게 유입되어 고온가스로의 건전성에 중대한 영향을 미친다. 그러나 현재까지는 작은 규모 파손시의 공기유입에 대해서 사고를 충분히 해석할 수 있을 정도의 정량화 된 자료가 부재한 실정이다. 본 연구는 주요 파손 특성에 따른 공기유입 정도와 형태를 분석하여 지금까지 충분하지 못했던 고온가스로의 소형 파단(SB-LOCA)시의 공기유입현상 이해를 도모하고, 사고 시의 현상을 정밀히 예측 가능할 수 있도록 정량적 데이터를 획득 하는데 그 목표를 두었다. 이러한 목표 아래 실험을 설계하고 수행하여 주요 변수들에 대한 공기 유입률 자료를 취득하였으며 전산유체해석을 통해 현상의 경향성을 확인하였다.