국내 원자력 전문가들은 세계적 수준의 원자로 설계기술에 더해 아틀라스에 의해 확보된 안전기술 능력이 세계 원전시장에서 우리나라의 경쟁력을 강화하는 초석이 될 것으로 평가하고 있다.
● 원자력 안전 연구의 핵심=구 소련의 체르노빌 원전 사고에서 알 수 있듯 이 방사성 물질을 사용하는 원자력발전소는 단 한 번의 사고로도 막대한 인적·물적 피해를 유발한다. 이 점에서 원전 운용에 있어 안전성 문제는 무엇보다 중요한 사안임에 틀림없다.
하지만 원전에서 대형 사고를 직접 일으켜보고 안전성을 입증하는 것은 불가능하다. 때문에 미국 등 주요 원자력 선진국들은 지난 1970년대부터 자국의 실정에 맞는 열수력 종합효과 실험시설을 구축해 다양한 모의실험을 수행해 오고 있다.
아틀라스의 가치와 중요성이 바로 여기에 있다. 한국원자력연구원이 지난 2002년부터 4년간 215억원을 들여 개발 완료한 아틀라스는 새로운 원전을 설계하고 안전성을 평가하기 위한 컴퓨터 코드의 성능을 종합적으로 평가·검증하는 데 필수적인 열수력 종합효과 실험을 수행한다. 여기서 열수력은 고온, 고압으로 가동되는 원자로의 냉각성능을 결정짓는 냉각재의 움직임과 열 전달 현상을 말한다.
쉽게 말해 아틀라스는 냉각재 상실, 증기관 파손 등 원전 설계에 있어 핵심적으로 고려되는 대부분의 사고를 실제 상황과 동일하게 모의실험하여 원자로의 성능과 안전성을 확인하는 장비라 보면 된다.
백원필 한국원자력연구원 열수력 안전연구부장은 "열수력 실험시설은 전 세계적으로 미국, 일본, 독일, 러시아 등에서 가동 중인 10여기에 불과하다"며 "아틀라스의 사전 실험을 통해 축적된 데이터는 안전성 검증은 물론 비상대응 체계나 사고 대응기술 개발 의 기초자료가 된다"고 설명했다.
● 방사능 누출 우려 없어=아틀라스는 한국표준형 원전 OPR1000과 신고리 3, 4호기의 신형경수로 APR1400을 포함한 국내 대다수 원전의 원자로 계통과 안전계통 등을 세밀하게 축소하여 제작됐다. 일반 원전에 사용된 것과 동일한 구조의 냉각장치와 2대의 증기발생기도 채용돼 있다.
이를 바탕으로 아틀라스는 APR1400과 비교해 높이가 2분의 1, 체적은 288분의 1에 불과하지만 실물과 동일한 최대 185기압, 370℃의 조건을 재현한다. 또한 총 1,260여개의 계측 포인트를 장착, 한층 정밀한 계측이 가능하다.
특히 아틀라스의 원자로는 방사성 물질이 아닌 전기 가열장치를 이용, 약 2㎿급 열출력을 낸다. 우라늄 핵연료 대신 전기를 이용해서 압력과 온도를 끌어올리는 방식이므로 방사선 누출 사고의 우려가 전혀 없다는 얘기다.
이러한 능력을 바탕으로 아틀라스는 APR1400과 관련한 냉각재 상실 사고 등 다양한 실험을 수행, 인허가와 관련한 현안문제들을 해결하고 원자로계통의 안전성을 입증해내기도 했다. APR1400이 국내 최초의 상용 원전 수출의 주인공이 되며 아랍에미리트(UAE)에 수출될 수 있었던 근간에는 이처럼 아틀라스가 있었던 것이다.
현재 아틀라스는 오는 2014년 준공을 목표로 곧 건설될 신고리 3,4호기에 대한 실험을 수행하고 있는 상태다. 백 부장은 "아틀라스는 실험범위와 활용성 측면에서 세계 최고 수준의 성능을 갖춘 대한민국 원자력 안전기술 자립의 상징"이라며 "국내 원전의 국제적 위상을 획기적으로 제고함으로써 원전 수출에 이바지할 수 있을 것"이라고 강조했다.
● 국내표준문제 평가 1단계 종료 = 원자력연구원은 최근 아틀라스를 이용해 지난 2008년부터 수행해온 국내표준문제(DSP) 평가 1단계를 성공리에 완료했다.
DSP 평가는 원전의 안전에 관한 중요 현상에 대해 서로 다른 컴퓨터 코드 (프로그램)로 계산한 결과를 아틀라스의 실험 데이터와 비교하는 국내 협력 프로그램이다. 아틀라스 코드에 사용된 열수력 모델의 불확실도를 평가하고 개선 방향을 도출하는 것이 최종 목적.
이번 1단계 평가에서는 APR1400 에 도입된 새로운 설계 개념인 DVI(원자로 용기 직접주입) 노즐의 100% 파 단 사고가 집중적으로 검증됐다. 그 과정에서 방대한 열수력 종합효과 실험 데이터를 국내 원자력 산·학·연에 개방해 원자력 안전해석 기술 확대와 관련 인력 양성에 상당한 기여를 했다는 평가다.
원자력연구원은 1단계 성과를 토대로 APR1400 소형 냉각재 상실 사고에 대한 DSP 2단계를 추진할 계획이다. 또 연구원에서 개발한 MARS 컴퓨터 코드의 규제검증코드화를 진행 중이며 APR1400 이후 국내 원자력 발전을 책임질 APR+와 중소형 원자로 스마트의 개발 지원에도 적극 나선다는 방침이다.
백원 필 부장은 "원자력연구원은 아틀라스의 우수성을 인정받아 지난 2008년부터 해외 10개국과 공동으로 경제협력개발기구(OECD)의 국제표준 문제 연구를 수행하고 있다"며 "아틀라스의 성공적 운용을 기반으로 안전 해석 코드와 같은 핵심 미자립 기술 개발을 가속화할 계획"이라고 말했다.
대덕=구본혁기자 nbgkoo@sed.co.kr
아틀라스 주요 계통 구성도
아틀라스는 신형 경수로 APR1400과 한국표준형원전 OPR1000을 구성하는 계통과 기기들이 축소돼 실제와 똑같은 배열로 설치돼 있다.
① 증기관: 터빈으로 수증기를 보내는 배관. 때문에 아틀라스는 증기관 파열사고도 모의 실험할 수 있다.
② 냉각재 펌프 : 원자로의 냉각재를 공급하는 펌프. 펌프 고장으로 정상적 냉각재 공급이 이뤄지지 않는 사고의 실험이 가능하다.
③ 원자로: 핵분열에 의해 에너지를 발생시키는 핵심 장치. 아틀라스의 원자로는 방사능이 없는 전기 가열봉을 사용한다.
④ 가압기: 원자로 계통의 압력을 조절한다.
⑤ 안전주입 탱크: 비상 냉각수 저장탱크. 냉각재 상실사고 등으로 냉각수가 유실되면 자동으로 비상 냉각수를 공급, 원자로를 냉각시킨다.
⑥ 증기발생기: 원자로의 열을 이용해 터빈 구동에 필요한 증기를 생산하는 장치. 아틀라스는 증기발생기 열전달 튜브의 파손 사고를 모의할 수 있다.
⑦ 냉각재 배관: 냉각수가 원자로와 증기발생기 사이를 순환하기 위한 통로. 배관이 파열돼 냉각재가 외부로 유출되는 냉각재 상실사고는 원전 설계에서 가장 중요하게 고려된다.
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