원자력발전소 이동형 불활성기체 제거장치의 개발 및 경제성 평가에 관한 연구

Abstract

지속적인 에너지 수요 증가와 자원 수급 불안, 지구 온난화로 인한 친환경 에너지원 필요에 따라 원자력의 효용성이 날이 갈수록 증가하고 있다. 하지만 원자력의 경제성과 친환경성에도 불구하고 방사능 누출 및 피폭에 대한 막연한 두려움 등으로 인해 원자력은 여전히 어두운 이미지를 가지고 있다. 게다가 후쿠시마 원전 사고로 인하여 원자력 발전의 안전성과 방사능 누출에 관한 국민의 관심은 최고조에 이르고 있다. 따라서 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 이미지와 안전성을 부각시키기 위해 방사성 물질의 방출 및 피폭을 최소화할 필요가 있다. 원자력 에너지는 우라늄이 중성자와 반응하여 핵분열되는 과정에서 발생된다. 핵분열 과정의 부산물로 생기는 핵분열생성물(Fission Product)은 대부분 방사성이며 기체, 액체, 고체 상태로 핵연료봉 안에 안전하게 존재하여 외부로 누출되지 않는다. 그러나 핵연료봉에 손상이 있을 경우 핵분열생성물은 원자로냉각재로 누출되고 원자로냉각재는 높은 방사능을 띄게 된다. 원자력 발전소 운영 시 필수적으로 발생되는 주요 방사선원(Source Term)으로 기체방사선원이 있으며, 기체방사선원은 1차계통 종사자의 방사선 피폭량에 상당부분(약 60 %정도) 영향을 미치고 있다. 기체 핵분열생성물 중 생성량이 많은 것으로는 대표적으로 I, Xe, Kr 등을 들 수 있다. 이 중 Iodine은 갑상선에 흡착되기가 쉬우므로 원전에서는 주로 Iodine의 관리에 관심을 가져왔다. 다행히 Iodine은 활성탄에 잘 흡착되기 때문에 제거가 어렵지 않고 격납건물 저체적배출팬이나 이동형 옥소, 미립자 제거장치로 제거가 가능하다. 하지만 Xe과 Kr의 경우 불활성으로 제거하기가 힘들다. 불활성기체는 사용후연료 재처리공장에서 많이 발생되지만, 원전에서는 발생량이 적으므로 유량을 조절하며 외부로 배기시킨다. 영광 4호기 11주기 운전 중 발생한 연료결함에 의해 원자로냉각재의 기체 방사능 농도가 이전 주기 대비 약 18배 가량 증가하였다. 종사자 피폭 저감과 과도상태 예방을 위하여 원자로냉각재의 방사능 준위를 낮출 필요가 있다. 원자로냉각재 정화 운전 및 탈기 운전을 수행하였으나 기존 설비로는 불활성기체를 충분히 제거할 수 없어 11차 계획예방정비(Overhaul) 기간 동안 10차 계획예방정비 대비 약 20%의 종사자 피폭 증가와 약 6일 간의 공정지연이 예상되었다. 이 문제의 해결책으로 이동형 불활성기체 제거장치 도입이 고려되었다. 그러나 불활성기체는 물리/화학적으로 안정한 상태이므로 다른 물질과 잘 반응하지 않아 제거가 어렵다. 이에 불활성기체 흡착률을 높이기 위해 저온 흡착 원리를 이용하여 많은 용량을 짧은 시간 내에 처리할 수 있으며, 소형으로 제작가능한 이동형 불활성기체 제거 장치를 개발하였다. 이 장치를 이용하여 원자로냉각재계통의 주요 설비 개방 시 불활성기체를 효과적으로 제거할 수 있었으며, 격납건물 내 작업환경을 연료결함이 없었을 때와 같은 수준으로 관리할 수 있었다. 본 연구에서는 이동형 불활성기체 제거장치의 성능 시험과 실증 시험을 통하여 장치의 경제성을 평가하고자 한다.|The necessity of nuclear power has been increased owing to growing increase in energy demand, resource supply insecurity and global warming. Although nuclear power is both economical and clean, some people still feel uneasy about radiation exposure and release of radioactive material. So the radiation exposure and release of radioactive material should be reasonably minimized. Fission products occurring as a byproduct of the fission process are mostly radioactive. Fission products are kept in fuel rod and not released. But if fuel rod is defected, fission product are released to reactor coolant and it becomes highly radioactive. Gaseous radioactive isotopes have a majority of radiation exposure to workers. Younggwang #4 fuel rod defects in 11th cycle make the concentration of radioactive gas of reactor coolant about 18 times higher than 10th cycle. The radioactivity level of reactor coolant should be decreased for dose reduction and prevention of transient. Gas stripping of reactor coolant was performed at normal operation. But it couldn't prevent the spread of an noble gas on opening reactor coolant system in overhaul. So approximately 20% increase in dose and 6 day delay in 11th overhaul than the 10th are predicted. To solve this problem, development of portable noble gas removal system was considered. However noble gas is difficult to remove because of its physical/chemical stability. To increase noble gas absorption rate low temperature adsorption principle was used. So the equipment could be made in small size and handle more capacity within a short time. Using this equipment, when opening the reactor coolant system a release of noble gas could be prevented effectively. In addition, the work environment in containment could be managed at the same level as no fuel defected. In this study, performance examination and economical evaluation of portable noble gas removal system was performed.