사용후핵연료 건식저장 캐니스터 CISCC 손상기구 및 열화 사례 연구

Abstract

사용후핵연료 건식저장방식은 사용후핵연료의 재처리 또는 영구처분하기 전의 중간저장 단계로, 사용후핵연료 특성상 중장기적으로 운영되기 때문에 해외 건식저장방식의 경험 사례를 참고하여 반영할 필요가 있다. 본 논문에서는 건식저장방식에서 대표적 열화현상 중 하나인 염화물 응력부식균열(CISCC)의 발생기구 및 해외사례에 대해서 분석하였고, 환경적영향과 CISCC 발생 요인에 따른 캐니스터 제작시 고려사항에 대하여 고찰하여 보았다. NRC에서 수행한 실험사례를 통해 재료 및 환경적 측면에서 CISCC 발생요인에 대하여 분석하였고, 국내 원자력발전소 고리 1호기 부지에서 건식저장을 운영한다는 가정하에 환경적 영향을 크게 절대습도와 바람의 특성으로 구분하여 고찰하였다. 캐니스터 표면에서의 상대습도는 표면의 온도와 외부 공기의 함수량에 의해 결정된다. 본 논문에서는 공기 함수량을 결정하는 절대습도를 분석하여 CISCC 가 발생할 수 있는 시기에 대하여 평가하였고, 대기 중 조해성을 가지고 있는 비래염분이 부지의 바람 특성에 따라 캐니스터 표면에 미치는 환경적 영향에 대하여 고찰하였다. 이러한 재료와 환경적 영향 평가를 통해 고리 1호기 부지에서 건식저장 운영시 CISCC 발생 가능성을 고찰하여 보았고, 건식저장의 안전성 확보를 위하여 설계시 고려해야할 사항에 대하여 논의하여 보았다. 이를 통해 국내에서 사용후핵연료 건식저장에 대한 관리정책 수립에 도움이 되고, 안전성을 확보하여 건식저장을 운영할 수 있을 것으로 기대한다. |Spent fuel dry Storage is an intermediate step before reprocessing or permanent disposal of spent nuclear fuel. And it is necessary to review the experience of dry storage overseas by referring to potential degradation cases.

In this paper, we analysed the causes of Chloride Induced Stress Corrosion Cracking(CISCC) which is one of the representative degradation phenomena in the dry storage through its mechanisms, overseas cases and considered environmental effects. Also considerations for mitigating methods according to CISCC occurrence factors were reviewed.

CISCC occurrence factors were analysed regarding to materials and environmental aspects through experimental conducted by NRC. Under the assumption that dry storage could be operated at the Kori Unit 1 site in Korea, the environmental impact was considered in largely two aspects of absolute humidity and wind characteristics.

The relative humidity at the canister surface is determined by its surface temperature and the water content in the ambient air.

In this paper, the season when CISCC could occur was evaluated by comparing the absolute humidity that determines the air water content in the air. And the environmental effect of airborne chlorides, which has potential for deliquescence in the atmosphere, deposited on the surface of the canister according to the wind characteristics of the site was considered.

Through this assessment, the possibility of CISCC occurring during dry storage operation at the Kori Unit site 1 was examined and matters should be considered when designing for the canister were discussed. Through this, it is expected that it will help establish management policies for dry storage of spent nuclear fuel in Korea and operate dry storage safely.