원자로압력용기 가압열충격 재평가를 위한 확률론적 파괴해석

Abstract

가압경수로형 원자력발전소에서 원자로압력용기는 1차계통 압력경계의 일부로서 핵연료 및 원자로내부구조물을 지지하고 냉각수의 유로를 제공하는 1차 냉각수계통의 주요 구성기기로 원자력 발전소 내 계통, 구조물 및 기기 중 안전성 측면에서 가장 중요한 기능을 담당한다. 이러한 원자로압력용기는 다양한 경년열화 영향을 받고 있으나 가동 중 노심에서 발생되는 고속 중성자에 장기간 노출되어 재료의 연성 및 인성이 감소하는 조사취화 현상이 가장 큰 문제로 알려져 있다. 조사취화로 인한 영향은 운전제한 곡선의 변화나 상부에너지 감소 그리고 가압열충격 등 3가지가 대표적이나 본 연구에서는 중성자 조사로 인해 재료의 파괴인성이 현저하게 감소된 원자로압력용기에서 심한 열충격과 압력이 가해지는 가압열충격 사건시 원자로압력용기의 건전성을 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 가압열충격 평가는 가압열충격 심사기준 온도를 계산하는 10CFR50.61의 방법과 여기서 제시된 기준을 만족하지 못하는 경우에 수행하는 Reg. Guide 1.154에 따른 확률론적 파괴역학 해석 수행방법이 있다. 이러한 두 가지 방법은 모두 보수적이라는 인식이 확산되어 재평가 연구가 국내외에서 이루어진 바 있다. 따라서 본 연구에서도 확률론적 파괴역학을 토대로 기존 파손확률 평가의 보수성 정도를 확인하기 위해 응력확대계수 결정에 영향을 주는 결함형상과 결함위치, 잔류응력의 존재여부 그리고 파괴인성치와 관련된 Master 곡선의 적용을 통한 파손확률을 평가하였다. 주요 변수별로 파손확률을 평가한 결과 잔류응력을 고려하는 경우 파손확률이 가장 크게 변했으며 Master 곡선을 적용하는 경우 가장 낮은 파손확률 값을 보였다. 그리고 결함형상에 따른 파손확률의 변화는 크지 않았으나 결함의 위치 즉 표면에 있는 경우 보다 내재된 결함의 경우 파손확률이 크게 낮아지는 것을 확인하였다.