기장연구로 신연료 운반용기 설계승인을 위한 화재시험평가

Fire Test Evaluation for Design Approval of Fresh Fuel Shipping Package for Gijang Research Reactor

기장연구로의 가동을 위해 필요한 핵분열성물질인 신연료를 원자력연구원에서 기장연구로까지 안전하게 운반하기 위한 신연료 운반용기는 over-pack, canister 및 내부 구조물로 구성되어 있다. 국내⋅외 운반용기 관련법규에 따르면 신연료 운반용기는 IP-2(F)형 운반용기로 분류된다. IP-2(F)형 운반용기는 운반사고조건인 800 ℃ 이상의 화염 속에서 30분 이상 견딜 수 있는 능력을 갖추어야 한다. 따라서, 신연료 운반용기가 800℃ 화재조건에서 건전성을 유지하는지 여부를 평가하기 위해 인허가 기관의 입회하에 화재시험을 수행하였다. 화재시험에 사용된 시험모델은 기장연구로 신연료 운반용기와 동일한 원형모델로서 화재시험에 앞서 정상운반조건인 1.2 m 낙하시험, 운반사고조건인 9 m 낙하시험 및 1 m 파열시험을 수행한 시험모델이다. 화재시험에서 시험모델의 온도를 측정하기 위해 over-pack 외부표면의 상부⋅중앙부⋅하부에 각 3개씩 9개, over-pack뚜껑에 2개를 부착하였으며, canister 내부표면의 상부⋅중앙부⋅하부에 각 3개씩 9개의 열전대를 부착하였다. 화재시험을 수행한 30분 동안의 평균 화염온도는 816 °C로 측정되었다. 화재시험에서 over-pack 외부표면의 최고온도는 화재시험을 시작한 시점에서 약 23분 경과한 후 809 °C로 측정되었으며, 뚜껑에서의 최고온도는 약 27분이 경과한 후 887 °C로 측정되었다. Canister 내부표면의 최고온도는 약 6시간이 경과한 후 135° 방향의 하부에서 330 °C로 측정되었으며, 45°방향에서 최고온도는 상부에서 257 °C로 측정되었고, 225° 방향에서 최고온도는 하부에서 257 °C로 측정되었다. 화재시험에서 측정된 canister 내부표면의 최고온도인 330 °C는 구조재인 스테인리스강의 구조 강도가 변화하지 않는 단기 노출 시의 허용온도인 538 °C보다 낮은 온도이다. 운반사고조건에서 기장연구로 신연료의 허용온도는 570 °C 이다. Canister 내부의 basket에 적재되는 신연료의 온도는 canister 내부표면에서 측정된 최고온도인 330 °C보다 낮을 것이다. 따라서, 800 °C 이상의 화염 속에서 30분 이상 동안 노출시키는 화재조건에서 운반용기 및 신연료의 열 적 건전성은 유지되는 것으로 판단된다.