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사용후핵연료운반 일반
개요 및 규정
사용후핵연료는 발전소 저장수조 포화에 따른 발전소 호기간 혹은 소내 저장시설로 운반되거나, 후행핵연료주기 정책에 따라 중간저장을 거쳐 직접 재처리 또는 영구처분 시설로 운반된다. 이러한 각 단계 간에 사용후핵연료의 운반이 필요하며, 특히 운반중의 안전은 가장 중요한 이슈이며 안전요건이 확립되어 있다.
이러힌 안전요건은 사용후핵연료 운반용기의 설계 및 인허가를 위한 국내외 법으로 규정되어 있다. 해외 운반규정은 전 세계적으로 공통으로 적용하고 있는 국제기준인 IAEA Safety Standards Series No. SSR-6[1]가 있다. 이 규정의 기본 원칙은 정상운반 및 운반사고 상황에서도 방사성물질의 위험으로부터 자연과 인간을 보호하는데 있으며, 그 내용은 운반용기의 설계, 제작, 유지, 이송, 운반수단 등 방사성물질의 운반을 위한 운전 및 시험조건 등을 기술하고 있다. 미국, 일본, 우리나라를 포함한 많은 국가들이 IAEA 규정을 기초로 자국의 규정을 제정하여 적용하고 있다.
운반용기 구조 형상 및 안전성평가
사용후핵연료 운반용기의 일반적인 형상은 원통형이며, 반경방향으로 사용후핵연료를 적재하는 바스켓, 내부 쉘, 감마 차폐층, 중간 쉘, 중성자 차폐층 및 외부 쉘이 있고, 상부에 뚜껑과 상하부에 충격완충체로 구성되어 있다.
사용후핵연료 운반용기 구조
사용후핵연료 운반용기 시험요건[2]
사용후핵연료 운반용기는 정상운반조건에서 살수, 취급높이 낙하, 적층 및 관통 등의 시험요건을 만족해야 하며, 가상사고조건에서 사고예상 높이 낙하, 파열, 화재 및 침수조건에서도 법적 한도인 방사능 누설과 방사선량율을 만족하여야 한다. 또한 사용후핵연료 운반용기는 모든 정상운전 및 가상사고 조건에서 미임계, 차폐, 열, 구조 및 격납 분야에서 아래와 같이 안전성을 입증하여야 한다.
- ① 미임계 평가
- 운반용기 바스켓 배열, 중성자 흡수재 성능, 사용후핵연료 집합체의 형상변경 등을 고려하며, 미임계지수 0.95이하가 되도록 해석을 수행
- ② 차폐 평가
- 감마 및 중성자 차폐층의 재질 선정과 두께의 결정. 기하학적 형상과 차폐층의 손실을 고려. 법적 허용 방사선량이하가 되도록 해석을 수행
- ③ 열전달 평가
- 사용후핵연료 발생열, 외부 온도, 태양열 및 화재 등의 열 하중을 적용. 사용후핵연료 피복관 및 모든 구성품이 제한 온도 이하임을 유지
- ④ 구조 평가
- 압력, 열팽창, 진동, 충격 및 파열 등의 모든 기계적 하중에서 사용후핵연료의 피복관 구조 안전성 및 모든 구성품의 구조적 건전성을 확인
- ⑤ 격납평가
- 사용후핵연료 핵분열생성물 기체의 발생량 평가. 운반용기 뚜껑과 내부 쉘 등의 격납경계에서 법적 허용 누설율 이하임을 보임
- ⑥ 안전성시험
- 상기 안전성평가들에 대한 입증을 위해 법적 시험인 9 m 낙하, 1 m 파열, 800 ℃ 화재 및 200 m 침수 시험과 누설검사 등을 수행
사용후핵연료 운반용기의 안전성분석 해석모델 및 안전성시험
사용후핵연료 운반용기 및 개발현황
원자력 선진국들은 사용후핵연료 운반용기의 대형화를 추진하여 최근 경수로 사용후핵연료 32 다발 용량까지 개발하여 상용화하고 있으며, 운반과 저장 용기를 겸용화하고 있다. 미국 개발 동향으로 NRC는 2014년 사용후핵연료 운반 위험도 평가에서 법적 기준외 사고를 포함하여 사고영향에 따른 방사선적 영향 평가를 수행하였다. 미국 국립연구소들은 원전으로부터 중간저장시설까지의 운반에서 고연소도 사용후핵연료의 기계적 진동 및 충격에 대한 건전성 평가를 수행하고 있다.
국내의 사용후핵연료 운반용기는 1985년부터 개발하기 시작하여 경수로 사용후핵연료 18다발 운반용량까지 개발하여 운영 중이며, CANDU 사용후핵연료 120 다발 용량의 운반용기를 개발하여 소내 운반에 활용하고 있다. 최근 미래 상용규모 운반을 위해 21 다발 용량의 운반저장 겸용용기를 개발하여 인허가 중이다.
국내외 사용후핵연료 운반용기 및 수송사례
사용후핵연료 운반은 지난 50년 동안 전세계적으로 20,000 회 이상 이루워졌고, 미국의 경우에만 약 160만 km를 넘게 운행되었다. 수차례의 경미한 사고가 있었지만 운반용기 표면 오염 혹은 사용후핵연료의 방사성 특성에 따른 어떠한 부상도 없었다. 해외 각국의 운반용기 및 운반사례는 아래 표와 같다.
각국의 사용후핵연료 운반용기와 운반사례
참고문헌
이 자료의 최초 작성 :서 기석(KAERI) nksseo@kaeri.re.kr, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr
