📌 오늘의 국제 원자력 동향 2026년 3월 21일(토)
- X-energy가 미국 IPO 서류를 제출하며 AI 전력 수요와 정책 지원을 배경으로 한 차세대 원전 투자 기대가 자본시장 조달 국면으로 이동함
- X-energy와 Talen이 PJM 시장에서 XE-100 다기 배치를 검토하며 데이터센터와 제조업 수요를 겨냥한 미국 SMR 사업화 경로를 구체화함
- IAEA가 자포리자·하르키우·체르노빌의 외부전원 취약성을 재차 경고하며 우크라이나 핵시설의 전시 전력안정성이 핵심 안전 변수로 부상함
- SCK-CEN이 Framatome과 BR2 연구로용 저농축 우라늄 연료 공급 계약을 체결하며 HEU 대체 전환을 가속화함
- 후쿠시마 제1원전 3호기 압력용기 하부의 구멍과 연료잔해 추정 물질이 처음 확인되며 잔해 제거 전략 수립이 진전됨
안전해석 전산코드의 구조와 구성
개요
원자력발전소의 예상운전과도 및 사고조건에 대한 안전해석에서 전산코드는 해석을 실체화시키고 안전을 판단할 수 있는 정량적인 결과를 생산하는 도구이다. 따라서 전산코드는 사고에 따라 발전소에서 나타나는 계통의 거동과 물리적 현상을 수학적인 형태로 모의하여야 하며 수치적으로 계산할 수 있어야 한다. 따라서 안전해석을 위한 전산코드는 그림에서 보는 바와 같이 기본적으로 계통의 열수력학적 거동, 노심의 거동, 열전달, 펌프 등 특정기기의 수력학적 특성, 그리고 제어특성을 모의할 수 있는 기능을 갖추어야 한다.
여기에서는 원자력발전소의 과도상태나 설계기준사고 등의 안전해석을 위한 안전산코드의 물리적 현상의 모의, 열수력학 및 노심특성의 모의, 수력학적 노드의 구성, 그리고 트립 및 제어기능의 모의에 대하여 살펴보기로 한다.
물리적 현상의 모의
물리적 현상의 수학적 모의는 우선적으로 질량, 운동량, 에너지 보존방정식으로 표현하여야 한다. 기체와 액체의 2상 유동이 존재하는 경우에는 각 상에 대한 보존방정식과 함께 각 상의 경계면을 통한 질량, 운동량, 에너지의 전달을 수학적으로 표현하여야 한다. 그러나 각 상간의 전달 현상을 포함하여 계통의 거동에서 나타나는 다양하고 복잡한 현상을 보존방정식만으로는 표현할 수 없는 경우가 많이 있다. 이러한 경우에는 관련 현상을 실험자료에 근거한 모델이나 상관식의 형태로 표현하여 보조적으로 사용할 수 있다. 수학적으로 표현한 방정식들은 유한 차분법, 유한 체적법, 수치적분법 등을 통하여 수치적 형태로 전환하고 준-내연적(Semi-Implicit) 또는 완전-내연적(Full-Implicit) 등의 기법으로 방정식의 해를 구할 수 있다.
열수력학 및 노심특성의 모의
사고조건에서 나타날 수 있는 계통의 열수력학적 거동이나 현상을 체계적으로 파악하여 이들을 수학적으로 모델링하고 수치적으로 코드화해야 한다. 이상유동과 비평행상태의 열수력학적 거동을 모의할 수 있는 증기와 액체에 대한 질량, 운동량 및 에너지 지배방정식, 증기 내에 존재할 수 있는 비응축성 가스와 액체 내에 존재하는 붕소의 수송 방정식, 계통 내에 존재하는 유체의 상태방정식을 수치적으로 표현해야 한다. 또한 유동 및 열전달 영역과 이에 따른 압력강하와 열전달, 유체의 임계방출량 등을 모의할 수 있는 모델 및 상관식, 펌프와 같은 특정기기의 수력학적 특성을 모의할 수 있어야 한다. 특히 핵연료(펠렛과 피복재 및 그 간극)의 열전도도, 금속-물 간의 산화 반응률 등은 해석에서 중요한 역할을 하므로 상당히 정확하게 모의할 수 있어야 하며, 핵연료의 열전도도는 연소도에 따라 변하므로 이를 고려해야 한다.
원자로의 노심특성으로 반응도 궤환효과와 핵분열생성물의 붕괴열 등에 대한 모델을 포함해야 하며, 반응도에는 감속재온도계수, 핵연료온도계수(도플러 효과), 기포반응도계수 등을 포함해야 한다.
수력학적 노드의 구성
원자력발전소의 원자로, 핵연료, 증기발생기, 가압기, 펌프, 구조물, 배관, 밸브 등 기기의 수력학적 특성을 모델링하여 해석을 위한 계산격자로서 노드(Node)를 구성해야 한다. 일반적으로 체적(Volume)과 지로(Junction) 노드로 구분하고 펌프나 밸브 등의 특정기기에 대해서는 각각의 기기 모델을 특성화하여 노드로 구성하고 있다. 또한 체적과 지로를 적절히 혼합한 다양한 모델의 노드를 구성하여 사용한다. 예로서 여러 개의 체적을 지로로 연결하는 파이프(Pipe) 노드, 한 개의 체적에 여러 개의 지로를 연결한 분기(Branch) 노드 등이 대표적인 예이다. 아래 그림은 원자력발전소 안전해석을 위한 전산코드(예로서 RELAP5 계통분석코드의 경우)의 해석노드 구성 과정을 예시하고 있다.
트립 및 제어기능의 모의
발전소의 작동논리 회로를 모의하기 위하여 계산변수들의 값을 처리하는 트립모델이 설정되어야 한다. 이 모델에는 압력이나 온도 등의 변수로서 처리하는 논리적 트립과 트립수치로만 구성하는 변수적 트립이 있다. 또한 발전소의 압력, 온도, 수위 등의 각종 제어기능을 모의하기 위하여 계산된 변수들의 값을 이용하여 다른 형태의 값을 구해내는 기본적인 제어모델들이 있다. 여기에는 상수, 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 지수, 표준함수, 미분, 적분 등을 포함한다.
참고문헌
이 자료의 최초 작성 : 김 효정(GINIS) kimhhoj@gmail.com, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr
[[분류:>안전해석 전산코드]]