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Study on oxidation model at high temperature under DEC using SPACE = SPACE코드를 이용한 설계확장조건에서의 고온산화모델 연구
서명 / 저자 Study on oxidation model at high temperature under DEC using SPACE = SPACE코드를 이용한 설계확장조건에서의 고온산화모델 연구 / Dong-Kyu Lee.
저자명 Lee, Dong-Kyu ; 이동규
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Zircaloy cladding oxidation is an important phenomenon for both design basis accident and severe accident, because it results in cladding embrittlement and rapid fuel temperature escalation. For this reason during the last decade, many experts have been conducting experiments to identify the oxidation phenomena that occur under design basis accident and to develop mathematical analysis models. However, since the study on design extension conditions is relatively insufficient, it is essential to develop and validate a mathematical and physical model simulating the oxidation of the cladding material at high temperatures. In this study, the QUENCH-05 and -06 experiments were utilized to develop the best-fitted oxidation model and to validate the SPACE code modified with it under the design extension condition. It is found out that the cladding temperature and oxidation thickness predicted by the Cathcart-Pawel oxidation model at low temperature (T < 1853 K) and Urbanic-Heidrick at high temperature (T > 1853 K) were in excellent agreement with the data of the QUENCH experiments. For LOCA without SI (Safety Injection) accidents, which should be considered in design extension condition, we performed the evaluation of the operator action time to prevent core melting for the APR1400 plant using SPACE. For the LBLOCA and SBLOCA without SI accident, we performed sensitivity analysis for the operator action time in terms of the number of SIT, the recovery number of the SIP, and the break sizes for the SBLOCA. Also, with the extended acceptance criteria, we evaluated the available operator action time margin and the power margin. It is confirmed that the power can be enabled to uprate about 12% through best-estimate calculations.

지르칼로이 피복재의 산화는 설계기준사고 및 중대사고 발생 시 피복재의 취성을 촉진시키고, 급격한 온도 상승을 야기시키므로 핵연료 손상 메커니즘의 관점에서 매우 중요한 현상이다. 따라서, 지난 수십 년간 많은 전문가들은 실험을 통해, 설계기준사고 하에서 일어나는 산화 현상을 규명하고 수학적인 해석 모델을 개발하기 위한 연구를 진행해 왔다. 하지만 새로운 사고 분류인 설계확장조건에 대한 연구는 상대적으로 부족하기 때문에 고온에서 피복재 산화를 잘 모사하는 수학적 모델의 개발 및 검증이 수행될 필요가 있다. 본 연구에서는 설계기준을 초과하는 설계확장조건에서 산화 현상을 잘 모사하는 모델을 제안하기 위해 SPACE 코드를 사용하여 QUENCH 실험에 대한 검증을 수행하였고, 1853K 이하에서는 Cathcart-Pawel 모델을 1853K 이상에서는 Urbanic-Heidrick 모델을 적용한 산화모델이 실험 결과를 가장 잘 모의하는 것으로 확인되었다. 또한 제안된 산화 모델을 사용하여 설계확장조건에서 고려되어야 하는 사고 중 하나인 LOCA without SI 사고가 발생했을 때, 중대사고로의 확산을 방지하기 위한 운전원 조치 시간에 대한 평가를 APR1400 발전소에 대해 수행하였다. 그리고 LBLOCA without SI 사고에 대해서는 SIT의 작동 개수, SIP의 복구 개수에 따른 운전원 조치시간에 대한 민감도 계산을, SBLOCA without SI 사고에 대해서는 파단 크기에 따른 운전원 조치시간에 대한 민감도 계산을 수행하였다. 또한 확장된 허용기준을 가정하였을 때 얻을 수 있는 운전원 조치시간 여유도와, 증가시킬 수 있는 출력 여유도에 대한 평가도 수행하였다. QUENCH 실험 검증을 통해 제안된 산화모델을 사용하여 중대사고로의 방지를 위한 최적의 운전원 조치시간을 계산할 수 있었고, 확장된 허용기준을 적용하였을 때, 12% 정도의 출력 여유도를 확보할 수 있음을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MNQE 18003
형태사항 vi, 106 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이동규
지도교수의 영문표기 : Hee Cheon No
지도교수의 한글표기 : 노희천
Appendix: A, SPACE Input deck for QUENCH-06
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 원자력및양자공학과,
서지주기 References : p. 87-88
주제 Zircaloy
oxidation
Design Extension Condition(DEC)
LOCA without SI
SPACE
지르칼로이
산화 반응
설계확장조건
LOCA without SI
SPACE
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