사용후핵연료의 장기 건식 건전성 성능과 주요 열화 기구에 관한 고찰

Abstract

최근 국내에서도 원전 부지 내에 건설된 습식저장조의 용량이 곧 포화될 것으로 예상되어 사용후핵연료의 건식저장에 관한 논의가 활발하다. 이 논문에서는 앞으로 다양하게 논의될 저장시스템의 안전성과 함께 장기 건식저장 시 발생하는 사용후핵연료의 특성 및 건전성 변화에 대해 이제까지 국내외에서 연구 보고된 내용들을 면밀히 검토하고 향후 추구해야 할 연구방향을 제시하고자 하였다. 조사 결과 건식저장 기간 동안 진행될 수 있는 여러 피복관 열화기구 중에서 가장 대표적인 기구는 크립 변형과 수소화물에 의한 영향이었으며, 이들이 사용후핵연료 장기 건식저장 시 규제기술기준의 주요 근간을 이루고 있는 것으로 분석되었다. 한편 과거에는 피복관의 크립 변형이 가장 중요한 열화기구로 평가되었으나, 최근의 연구 결과를 통해 수소화물에 의한 영향이 더 심각한 것으로 드러났고 이는 미국의 규제기준과 새로운 온도 범위를 제시하고 있는 일본의 규제기준에서 확인할 수 있었다. 그러나, 아직까지 수소화물에 의한 영향이 발생하는 응력과 온도 조건을 명확히 규명할 수 있는 연구 자료가 충분하지 못하며, 나아가 사용후핵연료의 취급 시 거동에 대한 연구도 지속적으로 수행해야 할 부분으로 드러났다. 따라서 국내 사용후핵연료 특성에 맞는 건식저장조건을 수립하기 위해서는 국내에서도 본격적인 연구를 통해 이들 자료에 대한 충분한 생산과 평가 및 분석이 뒤따라야 할 것으로 판단된다.As the capacity of spent nuclear fuel storage pool at reactor sites becomes saturated in ten years, long term dry storage strategy has been recently discussed as an alternative option in Korea. In this study, we reviewed safety-criteria-related research results on spent nuclear fuel performance and integrity under long-term dry storage and proposed the direction and the scope of future domestic research and development. Creep and hydride effect in relation to the embrittlement are known to be the major degradation mechanisms of the spent fuels during the long term dry storage. However, recent research results showed that hydride reorientation and hydride embrittlement are one of the most critical factors to the spent fuel integrity. Accordingly safety criteria of US and Japan for the storage system are basically founded on those mechanisms. However, in Korea, not only in-pile but out-of-pile experimental data have not been generated to understand fuel cladding degradation and to determine the criteria to ensure the safety. In addition, the transient behavior of the spent fuel during transportation also needs to be thoroughly examined. Therefore, various experimental research and development will be required to establish our own safety criteria for future long-term dry storage of domestic spent fuels.