This study examines boric acid solubility in six different mixture solutions simulating plant conditions over a temperature range of 60~140℃. For preparing experiment, screening process and scaling analysis was performed. We selected five key additives reflecting the physical and chemical priority: tri-sodium phosphate (TSP), NUKON, calcium silicate, sodium aluminum silicate ( $NaAlSi_3O_8$ ), and calcium phosphate ( $Ca_3(PO_4)_2$ ). The masses of the additives were scaled for the experiment. The scaled-down plant condition refers to Kori-1. KAIST high pressure and high temperature experiment facility was made for the experiment. Test solutions were heated and mixed to produce homogeneous solution and cooled to observe precipitation. Snow-like white precipitates were found mostly at interfaces between liquid and steam in the early of cooling phase in the interior structure of the facility. TSP (14g) in the solution showed a slightly increased solubility of boric acid under 80℃, but had little effect at 80-140℃. Also, it turned out that other additives slightly decreased the boric acid solubility. We suggested a physical model to predict boric acid solubility considering the effect of additives. The model includes two empirical constants which estimate activity coefficient as a function of temperature. We suggested two empirical models: best-estimation and conservative models.
냉각재 상실 사고 후 붕산의 노심에서의 석출은 비상노심냉각수 계통의 유로를 막거나 연료봉 표면에서 석출되어 노심의 원활한 냉각을 방해하는 안전문제를 야기시킬 수 있다. 붕산은 원자로 내에서 1차계통의 냉각수에 용해시켜 노심의 반응도를 조절하는데 사용하고 있다. 냉각수 관 파단 시 발생하는 각종 데브리들은 원자로 하부에 위치하는 집수조에 모이게 되고 집수조에는 각종 데브리 이외에 냉각수의 pH를 조절하는 살수첨가제를 비롯 각종 화학물들이 다양하게 존재한다. 집수조 내에 존재하는 다양한 화학물들에 의해 붕산 용해도는 그 영향을 받는다. 본 연구에서는 이와 같이 다양한 화학물들이 붕산의 용해도에 미치는 영향을 평가하고 이를 예측할 수 있는 모델을 제시하였다. 집수조에 존재하는 물질 중 그 물리적, 화학적 중요도를 평가하여 5가지 첨가물을 선정하여 붕산의 용해도에 미치는 영향을 60-140℃의 영역에서 평가하였다. 동일한 양의 붕산이 용해되어 있는 용액을 냉각하여 붕산이 처음 석출 되는 시점을 붕산의 용해도 한계로 정의하였다. 대부분의 물질들은 순수 붕산 용액의 용해도에 비해 약 0.2-3.0℃ 높은 온도에서 석출되었다. 위의 실험을 바탕으로 붕산의 용해도를 예측할 수 있는 물리적 모델이 제시되었다. 모델은 활동도 계수를 포함하며 온도에 따른 활동도 계수 변화를 반영하여 보다 정확한 예측을 가능하게 하였다. 모델에 포함된 실험 상수들은 실험량 전체를 고려하여 피팅한 값과 가장 보수적인 관점에서 붕산의 석출을 예측하는 값 두 가지를 제시하였다. 본 연구는 고리 1호기의 환경을 바탕으로 실험실 규모에 맞게 스케일링 하여 사용하였다. 본 연구에 추가로 고리 1호기 뿐만 아니라 다른 발전소의 조건을 고려한 조건들을 반영하거나, 집수조에 존재하는 다른 물질에 대하여서도 검증해 볼 것을 추천한다.
