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열수력 종합효과 시험장치

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아틀라스(ATLAS)

원자력발전소의 안전성 여부를 모의실험할 수 있는 실험시설 아틀라스는 우리나라의 주력 원자로형인 신형경수로(APR1400)와 한국표준형원전(KSNP, OPR1000)의 원자로계통과 안전계통을 포함한 주요 계통을 축소 모의한 실험시설로서, 발전소의 고장이나 사고시 나타날 수 있는 열수력 거동을 종합적으로 모의(시뮬레이션)할 수 있다. 아틀라스는 원자력발전소에서 일어날 수 있는 다양한 사고와 고장을 실제 압력과 온도로 시뮬레이션할 수 있는 ‘가압경수로 열수력 종합효과실험장치’이며, 우라늄을 원료로 사용하지 않고 전기를 사용하는 ‘모의 원자로’를 사용하는 것이 특징이다.

아틀라스는 모든 면에서 원자로와 유사하지만 높이는 1/2, 부피는 1/288 정도의 소규모로 제작됐지만 실제 원자로와 똑같은 최대 185기압, 370℃의 압력과 온도 조건을 구현할 수 있는 것이 특징이다.


ATRAS: Advanced Thermal-Hydraulic Test Loop for Accident Simulation

아틀라스의 설계 특성

  • 신형경수로 APR1400을 기준 원전으로 채택
    • 1/2 높이 및 길이, 1/144 단면적(1/12 직경), 1/288 체적
    • 2(고온관) x 4(저온관) 배열의 냉각재계통, 일체형 원자로용기 강수부, 안전주입수의 원자로용기 직접주입(DVI)
    • 실제 압력(설계압력 185기압) 및 온도 조건에서 모의 정상출력의 10%까지 실험: 최대 노심출력 2 MW
    • Ishii의 3단계 축소모의 방법론을 채택하여 장치 설계
  • 한국표준원전 KSNP/OPR1000의 설계 특성 추가 반영
    • 저온관 주입(CLI), 저압 안전주입펌프 등
  • 다양한 사고 및 운전조건 모의 성능
    • 냉각재상실사고: 대형 LOCA, DVI관 파단, 소형 LOCA, SGTR
    • 증기관 파단, 급수관 파단 등 기타 사고 조건과 과도상태
    • 비상운전절차서 개발을 위한 다양한 비정상 운전 조건
    • 약 1,250개의 계측 Point
  • 세계 최고 수준의 성능 및 활용성
    • OECD 원자력기구 보고서(2007)에도 중요하게 소개
    • 2009년 4월에 ATLAS 이용 OECD 국제표준문제 평가 착수 회의 개최

아틀라스는 냉각재 상실사고와 증기관 및 급수관 파단사고 등 다양한 사고를 모의할 수 있으며, 원전의 비상운전 절차서 개발을 위한 다양한 비정상 상태의 운전조건 아래 실험할 수 있다.

우선적으로 아틀라스는 오는 2013, 2014년 준공을 목표로 곧 건설될 최초의 APR1400 신고리 3,4호기의 인허가 관련 안전 현안 해소를 위한 대형냉각재 상실사고 재관수단계 시험을 2007년도에 수행하였다. 또한 DVI관 파단사고 모의시험을 2008년도에 완료하였고, 소형냉각재상실사고에 대한 시험을 2008년 후반부터 수행하고 있다.

아틀라스는 OECD(경제협력개발기구) NEA(산하 원자력기구)가 발행한 2007년판 OECD 국가의 원자력안전연구 (Nuclear Safety Research in OECD Countries)에서 일본의 LSTF, 독일의 PKL 등과 함께 핵심시설로 평가되었다. 현재 세계적으로 아틀라스와 유사한 규모의 원전 실험장치를 갖춘 국가는 일본, 독일, 러시아 등 3개국 뿐이며, 미국과 프랑스도 과거 유사한 형태의 실험장비를 보유한 바 있으나 시설 노후화 등으로 현재는 가동하지 않고 있다.

ATLAS의 주요 구성기기

원자로 모의용기, 2 개의 고온관 및 4 개의 저온관을 갖는 일차계통 배관, 4 개의 냉각재펌프, 2개의 증기발생기, 가압기, 격납용기 모의장치, 안전주입탱크(SIT), 고압안전주입(HPSI) 펌프 등의 비상노심냉각계통(ECCS), 정지냉각계통, 기기냉각수계통 및 보조계통 등이 있다. 노심 출력은 전기 히터에 의해 모의되며, 최대 공급 전력은 정상 출력의 약 10%인 2.0 MW이다.

대부분의 통상적인 다른 종합효과시험장치와는 달리 아틀라스는 대형냉각재상실사고(LBLOCA) 재관수 단계를 모의할 수 있도록 설계되었다. 이것은 APR1400의 표준설계인가를 위한 인허가 심사에서 제기된 시험검증의 필요성 때문이다. APR1400이 기존 원자로에 비해 향상된 안전성을 보여주고 있지만, 안전주입탱크로부터 주입되는 안전주입수의 고갈 이후에 LBLOCA 후가 재관수 단계에서 강수부 거동과 노심-강수부 사이의 과도조건에서의 상호작용에 대한 추가적인 정보가 필요하다. 소형냉각재상실사고, DVI 관 파단사고, 주증기관 파단 사고 등의 기타 과도 조건 및 사고 시나리오에 대해서도 아틀라스를 이용하여 모의될 예정이다.

MSLB Break Simulator, Pressurizer, MSSA Simulator, Steam Generator, SG Downcomer, Jet Condenser, Feedwater Line, Jet Condenser, Heat Exchanger, Feedwater Heat Exchanger, Containment Simulator Discharge Line, Safety Injection Tank, Reactor Coolant Pump, LBLOCA Break Simulator, Reactor Vessel, Jet Condenser Spray Pump, Feedwater Pump, Containment Simulator
아틀라스의 주요 기기

아틀라스 운전중의 제어실

아틀라스 연혁

아틀라스 연혁
일자 사건
2007년 7월 제1차 아틀라스 공개시험
2007년 11월 제2차 종합효과시험 국제 워크샵
2007년 12월 대형냉각재상실사고 재관수 시험 완료
2008년 10월 DVI관 파단 시험 완료
2009년 4월 제3차 종합효과시험 국제 워크샵
2009년 4월 국제표준문제(ISP-50) 착수회의

아틀라스 시험 프로그램 개요

아틀라스 시험 프로그램 개요
단계 시나리오 주요 시험 목적
시운전 자연순환 및 3인치 소형냉각재상실사고 (SBLOCA) 원자로냉각재계통 특성 확인
안전해석코드 분석결과와의 비교
1단계
(2007~2008)
대형냉각재상실사고 (LBLOCA) 재관수기간 APR1400 안전 쟁점 해결 지원
직접용기주입(DVI) 조건에서의 강수부-노심 열수력 거동 분석
DVI관 파단 직접용기주입(DVI) 등 고유설계개념 검증을 위한 시험 자료 생산
안전해석코드 검증용 자료 생산
국내표준문제/국제표준문제를 위한 자료 생산
소형냉각재상실사고 (SBLOCA) 직접용기주입(DVI) 조건에서의 원자로냉각재계통에 대한 고유 실험자료 생산
산업체 및 규제코드 검증용 자료 생산
국내표준문제를 위한 자료 생산
2단계
(2009~2011)
주증기관 파단사고 (MSLB) 안전주입수의 직접용기주입 조건에서의 보론 거동 파악
증기발생기 세관파단 (SGTR) 사고 전개 및 해석코드예측 능력의 검증
급수관 파단사고 (FLB) 사고 전개 및 해석코드예측 능력의 검증
미드룹(Mid-Loop) 운전 사고 전개 및 해석코드예측 능력의 검증
3단계
(2012~)
설계기준 초과사고(beyond-DBA) 및 사고관리
규제기관 및 산업체의 요구에 의한 시험
국제 협렵 프로그램

VISTA

일체형원자로(SMART)에서 발생할 수 있는 다양한 운전 및 사고 조건들을 실제 온도 및 압력 조건으로 모의할 수 있는 고온고압 열수력 종합효과 실험시설이다. 기준 원전(SMART) 대비 1/486 체적을 가진다. SMART 원자로의 운전 및 사고 모의와 피동잔열제거계통 등의 안전설계 개념 검증 등에 활용되고 있다. 원자로심은 819 kW 용량의 전기 히터로 모의된다.

계측기 설치 및 유지/보수의 용이함을 위해 SMART와 같은 일체형 배치 대신에 일차계통(원자로심, 원자로냉각재펌프, 헬리컬 증기발생기, 가압기 등)의 구요 구성기기들이 배관으로 연결된 루프형 실험장치이다. 단일 계열의 이차계통이 일차측 열원을 제거하기 위해 단순하게 설치되었으며, 급수 공급 및 온도를 제어하기 위해 보충수계통, 수냉각계통 등이 설치되었다. 그리고 배관 파단 및 안전주입과 관련된 일부 계통이 추가로 설치될 예정이다. VISTA 피동잔열제거계통은 비상냉각탱크, 열교환기, 보충탱크 및 관련 밸브 및 배관으로 구성되는 단일 계열의 냉각 부계통으로 구성된다.

VISTA: Experimental Verification by Integral Simulation of Transients and Accidents


비스타(VISTA) 전경

비스타(VISTA) 개략도
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