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2008. 04. 10

국내건설원전의 원자로 감시시험 관리 및 개선 방향

국내건설원전의 원자로 감시시험 관리 및 개선 방향

유 완*, 박성호*, 차요섭**, 정윤걸**

* 한국전력기술㈜

** 두산중공업

1

목목 차차

1. 중성자 조사취화조사취화 기구기구 및및 감시시험의감시시험의 목적목적

2. 가동중가동중 OPR1000 OPR1000 및및 건설원전건설원전 원자로원자로 용기용기 감시시험감시시험 개요개요

3. 원자로원자로 용기용기 감시시험감시시험 개선개선 내용내용

4. 결론결론

2

1. 1. 중성자중성자 조사취화조사취화 기구기구 및및 감시시험의감시시험의

목적목적

3

중성자 조사취화 기구중성자중성자 조사취화조사취화 기구기구

중성자 조사 취화 기구

CRPs/ MNPs (Cu/ Mn-Ni rich precipitates)

SMF (Stable matrix features)

UMD (Unstable matrix defects)

중성자조사량

Cu/Ni 함량

중성자조사 온도

그림: G.R Odette et. al., JOM, 53(2001) pp.18-22에서 발췌

관련 파라메터

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원자로용기 감시시험 목적원자로용기원자로용기 감시시험감시시험 목적목적

압력용기 노심영역재료의중성자조사량과 취화량 측정

원자로용기 건전성 확보

중성자조사량에 따른 원자로용기재료인성 예측 및 건전성 평가

누적 중성자 조사량

시험편이 받는 최고 온도

무연성천이온도 변화

최대흡수에너지 변화

압력-온도 한계 곡선

가압열충격평가

최대흡수에너지(USE) 평가

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2. 2. 가동중가동중 OPR1000 OPR1000 및및 건설원전건설원전 원자로원자로 용기용기감시시험감시시험 개요개요

1) 1) 가동중가동중 OPR1000: OPR1000: 영광영광 3,4,5,6 3,4,5,6 및및 울진울진 3,4,5,63,4,5,6

2) 2) 건설원전건설원전: OPR1000 plus (: OPR1000 plus (신고리신고리 1,2 1,2 및및 신월성신월성 1,2)1,2)

APR1400 (APR1400 (신고리신고리 3,4 3,4 및및 신울진신울진 3,4)3,4)

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감시시편함 집합체(고정대) 설치 형상감시시편함감시시편함 집합체집합체((고정대고정대) ) 설치설치 형상형상

감시시편함집합체(고정대)

입구노즐

출구노즐

노심대

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감시시편함 집합체 형상감시시편함감시시편함 집합체집합체 형상형상

8

고시 2005-03 및 10 CFR 50 App. H고시고시 20052005--03 03 및및 10 CFR 50 App. H10 CFR 50 App. H

시편함의 재삽입 가능성 고려NA시편함고정대 설계

시험편 종류/ 개수/ 형상/

치수/ 채취위치

여분 시험편 (2회 이상)

인출보관 (1.5*EOL 조사량)

용기벽 부착시 구조적영구

부착물 취급 (Sec. III 및 XI)

NA (ASTM E 185-82)

대상 재료 (실사용 단조재,

선량감시자/ 온도감시자)

시험재

기술적 타당성 요구구체적 요건 제시

인출시기

용기벽 내면, 노심영역 근처

물리적 한계 내 가능한 동일노심영역 부착

가능한 선배율이 1-3 감시시험편 위치

ASTM E 185-82NA적용기술기준

App. H고시 2005-03요건

9

감시시험편 위치감시시험편감시시험편 위치위치

영광 2: 2.9~3.7

울진 2: 3.0~3.5

OPR1000 및 건설원전선배율: 1.5 이하

영광 3: 1.34

URD 선배율 요건:

1.2와 1.5의 범위

용기벽 부착시 구조적영구

부착물 취급 (ASME Sec. III 및 XI)

용기벽 내면, 노심영역 근처

물리적 한계 내 가능한 동일노심영역 부착,

가능한 선배율이 1-3 감시시험편 위치

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

(CSB)

10

감시시편함 인출시기감시시편함감시시편함 인출시기인출시기

인출보관 (1.5*EOL 조사량)

기술적 타당성 요구

(ASTM E 185-82)

구체적 요건 제시인출시기

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

EFPY (Cal. Year)EFPY (Cal. Year)EFPY (Cal. Year)

14.37 (18)StandbyStandby6

13.14 (16.4)StandbyStandby5

10.64 (13.3)EOL, 58 (60)Standby4

6.94 (8.7)32 (34.4)26 (30)3

3.09 (3.9)15 (16.1)15 (17.2)2

0.92 (1.1)6 (6.4)6 (6.9)1

영광 2 3)APR1400 2)OPR1000 1)

Note: Capacity factors; 1) = 0.87, 2) = 0.93, 3) = 0.80

14차 핵 주기 말인출 후 보관

OPR1000 및 건설원전은 중성자 과다 조사의 문제 없음.

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시험재-감시시험편시험재시험재--감시시험편감시시험편

시험편 종류/ 개수/ 형상/ 치수/ 채취위치 NA (ASTM E 185-82)시험재

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

---9선택-SRM

--------15121212HAZ

44-4333315121212weld

44-433331512 1212횡

44-433331512-12길이모재

영광2

OPR 1000

App.H

고시영광

2OPR 1000

App.H

고시영광

2OPR1000

App. H

고시

파괴인성시험편인장시험편충격시험편

OPR1000의 시험편 종류/개수/형상/ 치수/ 채취위치는 고시 및 기술기준을 만족

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시험재-선량감시자시험재시험재--선량감시자선량감시자

NA (ASTM E 185-82)충분한 수의 선량감시자시험재

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

1개

1개

1개

1개

3개

3개

3개

3개

3개

U

U (Cd)*1개U (Cd)U (Cd)

1개

3개

3개

3개

3개

3개

Fe (Cd)

Np (Cd)*Np (Cd)

Al-Co (Cd)Al-Co (Cd)Al-Co (Cd)

Al-CoAl-CoAl-Co

Cu (Cd)CuCu (Cd)

Ni (Cd)NiNi (Cd)

Nb

FeFeFe

Ti (Cd)Ti

Ex-vessel영광 2건설원전

*: Nb foil로 대체 가능

가장 최근에 설치한 Ex-vessel 감시자 내용과 유사

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시험재-온도감시자시험재시험재--온도감시자온도감시자

NA (ASTM E 185-82)대상 재료 (온도감시자)시험재

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

영광 2APR1400OPR1000

304 ℃

310 ℃

266 ℃

280 ℃

304 ℃

310 ℃

280 ℃

292 ℃

304 ℃

310 ℃

온도감시자

325 ℃323.9 ℃327.3 ℃고온관

292 ℃290.6 ℃295.8 ℃저온관

운전온도 혹은 온도온도감시자

WEC 보다 더 많은 수의 온도감시자 삽입

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감시시편함 재삽입감시시편함감시시편함 재삽입재삽입

시편함의 재삽입 가능성 고려NA시편함고정대 설계

10 CFR 50, App. H고시 2005-03요건

6.94 (8.7)32 (34.4)26 (30)3

EFPY (Cal. Year)EFPY (Cal. Year)EFPY (Cal. Year)

14.37 (18)Standby59.1 (68) [76.9 (88.4)]*6

13.14 (16.4)74.4 (80) [96.72 (104)]*

45.5 (52)[59.1 (68)]*5

10.64 (13.3)EOL, 58 (60) [75.5 (87)]*

EOL, 35 (40) [45.5 (52)]*4

영광 2 3)APR1400 2)OPR1000 1)

Note: Capacity factors; 1) = 0.87, 2) = 0.93, 3) = 0.80 *: 선배율 = 1.3

OPR1000 및 건설원전은 감시편함 재삽입의 필요성이 크지 않음.

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3. 3. 원자로원자로 용기용기 감시시험감시시험 개선내용개선내용

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선량감시자 (문제점)선량감시자선량감시자 ((문제점문제점))

Bare-UFoil

Cd-UFoil

hole

U-감시자

Bare: U-감지기 사라짐 (산화 혹은 용융)

Cd-shield: Cd sheild에 검은색 분말 (U 산화물) 흔적

Cd-shield 감시자

감지기가 Cd shield와 합착 (bonding) 발생

Nb 감시자

높은 불순물 (Ta) 농도로 분석 어려움93mNb 핵종과 182Ta 핵종 간 간섭발생

Cd-Cu

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Shielded Capsule Bare Capsule

개선 후

개선 전

선량감시자 개선선량감시자선량감시자 개선개선

Hole 제거

V tube (Cdshield와감지기간격리)

U 산화물감지기

불순물 제한

5 ppm Ta (ASTM E 1297)

1 ppm Co

40 ppm 235U 산화물

신고리12 이후

100 ppm Ta100 ppm TaNb

1 ppm Co10 ppm CoCu

40 ppm 235U500 ppm 235U238U

E 844KSNP 허용 불순물감지기 재료

문제점 원천적 제거

18

감시시편함 재삽입 지원Tool 개발감시시편함감시시편함 재삽입재삽입 지원지원Tool Tool 개발개발

CSB holesA B

문제점: CSB hole을 통해15 m 이상 깊이에 놓인시편함고정대에 감시시편함을 설치해야 하므로작업이 어려움.

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파괴인성시험편 증가 (APR1400)파괴인성시험편파괴인성시험편 증가증가 (APR1400)(APR1400)

--9선택-SRM

----1512-12HAZ

44 (+9)8415121512weld

44 (+9)8415121512횡

441) (+9)2)-41512-12길이모재

영광2

APR1400E185-02

고시영광

2건설발전소

E185-02

고시

파괴인성시험편충격시험편

1): 1/2 C(T) 2): Pre-cracked Charpy specimen

파괴인성 시험편 증가

추후 필요 시 충격 시험편을 12 15 개로 증가

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4. 4. 결결 론론

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결 론결결 론론

1. 국내 건설원전의 감시시험을 감시시험편 위치, 인출시기, 시험재 및재삽입의 관점에서 볼 때, 국내 건설원전의 감시시험은 국내외 법령및 기술기준을 모두 만족하고 있음.

2. 국내 건설원전의 경우 재삽입의 필요성이 타 원전에 비해 현저히낮은 것으로 분석되므로 수명기간 혹은 수명연장시 재삽입 작업은거의 요청되지 않을 것으로 판단됨.

3. 신규 건설원전에서는 표준원전에서 문제가 되었던 중성자 감시자의형상변경 및 불순물을 제한하여 문제점을 원천적으로 제거하도록개선함.

4. APR1400에서는 기존의 C(T) 시험편에 추가하여 Pre-cracked Charpy 시험편을 추가하여 증가하고 있는 파괴인성시험편의중요도를 반영함.

5. 감시시편함의 재삽입을 위한 tool을 제안함.