한마당테마) 원자력안전기술관 > 파스칼(PASCAL)

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연구개발 배경
국내 원자력 산업계는 APR1400을 성공적으로 개발한 후 수출전략형 신형 원전인 APR+의 개발에 착수하였음. APR+에는 수출 경쟁력과 원전의 안전성을 향상시키기 위해 국내 고유 기술로 개발한 신개념 안전 계통을 도입하였으며, 피동보조급수계통 (PAFS)이 가장 대표적임.
APR+에 적용된 피동보조급수계통은 기존 능동 보조급수계통을 안전 대체하는 안전계통으로서, 가압경수로의 증기발생기에 세계 최초로 적용된 안전계통임. 따라서 피동보조급수게통의 운전 성능과 냉각 성능을 검증하는 것은 APR+에 피동보조급수계통을 설치하기 위한 필수 선결 요건임. 피동보조급수계통의 운전 및 냉각 성능을 다각적으로 검증하기 위하여 개별효과 실험장치인 PASCAL을 구축하게 되었음.

성과물의 우수성
PASCAL은 APR+의 피동보조급수계통의 핵심 부품인 피동응축열교환기와 피동응축냉각탱크를 축소 모의한 실험장치임. 피동보조급수계통의 냉각 원리인 응축과 중력에 의한 자연대류를 원형과 동일하게 모의하기 위하여 높이비는 APR+의 피동보조급수게통과 동일하게 설계, 제작하였음. 피동응축열교환기는 240개의 원형 중 1개를 동일한 재질과 규격을 갖도록 제작하였으며, 피동응축냉각탱크는 냉각재 풀의 자연순환 현상을 모의할 수 있도록 제작하였음. 실험 중 응축 열전달량과 자연순환 유량을 정량적으로 측정하기 위해 계측기를 주요 부분에 장착하였음.

성과내용
배관 내부에 흐르는 뜨거운 증기는 배관 외부의 비교적 찬 물에 의해 물로 변하는 응축 현상을 겪게됨. 수평형 피동응축열교환기 내부에서 응축되어 물로 변하는 수증기는 높이 차이에 의한 자연 대류 현상에 의해 아래로 내려가면서 순환함. 피동응축열교환기 외부의 찬 물은 내부의 뜨거운 증기에 의해 데워져서 뜨거운 물은 위로 올라가고 차가운 물은 아래로 내려오는 자연순환을 이루게 됨.

기대효과
PASCAL은 APR+의 피동보조급수계통의 운전 성능과 냉각 성능을 검증하기 위한 실험장치임. PASCAL 실험을 통하여 APR+의 피동보조급수게통의 성능의 우수성을 입증할 수 있다면 APR+의 인허가 취득과 수출에 결정적인 기여를 하게 됨. 특히, 후쿠시마 원전 사고와 같이 외부전원이 모두 상실되는 사고에 대해서도 추가적인 전원의 공급 없이 원자로를 안전한 상태로 냉각시킬 수 있음을 입증하게 되어 대국민 원자력 수용성 증진에도 많은 기여를 할 것으로 판단됨.

에피소드
PASCAL의 피동응축냉각탱크는 폭이 좁고 높이는 높은 사각 철 구조물임. 원통형 용기와 비교하여 사각 탱크는 내부에 물이 채워지면 수압에 의해 팽창할 수 있음. 제작 과정에서 피동응축냉각탱크의 전후면이 수압에 의해 팽창하여 H-beam을 이중으로 덧붙여서 보강하였음.