Designed on the basis of defense-in-depth concept, liquid metal cooled fast reactor, such as KALIMER-600 (Korea Advanced Liquid Metal Reactor) is unlikely to undergo the HCDA (hypothetical core disruptive accident). Because of its inherent safety features, most of the incidents of abnormal operation end with reactor trip and no further progression. Under a postulated, very low probable core meltdown scenario without reactor trip, however, there exists a possibility of re-criticality and vessel melting and the status of debris generated plays an important role. For this reason, the analysis on the ability of post-accident heat removal (PAHR) should be preceded.
As a part of this, single phase flow coolability analysis of the particulate debris bed formed at the top of core catcher has been performed to achieve in-vessel fuel retention. The analysis is based on the Ergun equation and Macdonald’s work that describe the phenomena of flow through a porous media with Hardee and Nilson’s study of temperature relationship of the debris beds. The forming process of particulate debris bed is described and single phase cooling model with numerical results are presented. The analysis was conducted in the condition of three cases, inner and inner+middle and whole core meltdown case.
It was proved that the inner and inner+middle core meltdown case could be cooled down with single phase flow. The whole core meltdown case will need some other management. Also, parameter sensitivity test was done.
심층 방어 개념을 기본으로 설계된 KALIMER-600과 같은 액체금속로는 전노심피해를 야기하는 HCDA (Hypothetical Core Disruptive Accident)를 겪을 확률이 매우 낮다. 그리고 그 자체가 가지는 고유안전성 때문에 대부분의 이상운전이나 초기사고 발생 시 조기 종료 되고 더 진행되지 않는다. 하지만 안전성능 평가를 위해 발생 확률이 극히 낮은 노심 용융사고를 고려하여야 하고 이 경우 재임계 가능성과 원자로 용기 자체가 녹을 수도 있다. 그러므로 이러한 사고 발생 시, 노심용융물은 원자로 용기 내에 제한되어야 하고 사고후 열제거 능력을 입증하는 것이 중요하다. 즉, 파편입자층의 냉각 성능을 알아보아야 한다.
이러한 연구의 일환으로 노심파편입자층의 단상유동냉각 가능성을 알아보았다. Ergun 방정식을 Macdonald가 수정한 것을 기본으로 하여 다공성 매질에 대한 해석을 하였다. 파편입자층이 어떻게 생성되는 지와 단상유동 냉각가능성에 대한 수치적인 해석을 수행하였다. 내부, 내부+중간, 전체 노심 용융 사고, 세 가지 케이스로 나누어서 해석을 수행하였고 그 결과 KALIMER-600의 경우 내부와 내부+중간 노심 용융시 단상유동 냉각이 가능하다는 것을 알았다. 전체 노심 용융이 발생할 경우 단상유동 만으로는 냉각이 불가능하고 다른 조치가 필요하다는 결론에 도달했다.
다공성 매질을 설명하는 3가지 변수에 대해서 민감도 분석도 같이 수행되었는데 그 결과, 파편의 크기가 클수록, 표면이 매끈할수록, 그리고 공극률이 0.8일 때 가장 좋은 냉각성능을 보여주었다. 그리고 파편입자의 크기가 냉각성능에 가장 큰 영향을 미친다는 사실을 확인했다.
