기장연구로 신연료 운반용기 설계승인을 위한 화재시험평가

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

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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.