개요
원자로압력용기는 가압경수형 원전의 수명을 결정짓는 핵심 구조기기라고 할 수 있다. 특히 국내 최초의 원전인 고리1호기는 원전 산업의 안전성과 경제성이라는 측면에서 기술적/사회적으로 매우 중대한 상징성을 가진다. 고리1호기 원자로용기의 정기적 감시시험결과 노심대 원주방향 용접재의 조사취화 특성이 타 재료에 비해 떨어지는 것으로 평가되었다. 따라서 파괴역학 안전성 평가를 수행하여 수명기간동안 정상/비정상 운전조건에 대하여 안전여유도를 정밀하게 도출해야할 필요성이 생기게 되었다. 본 연구팀에서는 원자로용기재료의 조사취하 안전성을 정밀하게 시험 평가할 수 있는 관련 기술들을 원자력중장기연구개발 과제의 일환으로 개발하였다. 또한 관련 기술개발의 과정은 IAEA CRP 등 국제협력연구를 통해 기술의 선진성 및 신뢰성을 유지할 수 있도록 하였다. 축적된 기술과 경험은 2007년도 국내 최초의 원전인 고리1호기가 30년의 최초 운영허가 기간을 넘어서 미국 등과 같이 계속운전에 돌입할 때에 원자로용기의 건전성 입증에 직접적으로 활용되어, 고리1호기의 계속운전에 결정적인 역할을 할 수 있었다.
원자로용기 건전성 평가 기술
원자로용기의 파괴역학 안전성평가를 위해서는 무엇보다 실제 파괴인성 데이터가 필요하다. 70년대에 설계, 제작된 감시시험편은 최신의 파괴역학 시험에 적합하지 않을 수 있으며, 또한 이미 감시시험(충격시험)이 완료되어 기존의 시편을 소진하였을 수 있다. 따라서 기존의 감시시험편 혹은 이미 사용된 감시시험편을 재가공하여 동일 재료로부터 최신의 파괴역학 시험에 적합한 형태의 시험편을 가공하는 기술이 필요하다. 대표적인 기술은 ASTM E1253의 부러진 충격시험편을 이용한 용접재생 시편 가공방법이다.
고리1호기의 안전성 평가를 위해서는 제3,4,5차 감시시험후 보관된 부러진 충격시험편을 ASTM E1253에 따라 용접재생하여 KJC마스터커브 시험에 필요한 PCVN (precracked Charpy) 시편을 가공하였다. 또한 구형 파괴인성 시험편인 WOL (wedge opening loading) 시편을 일부 재가공하여 J-R 파괴저항성 시험에 사용하였다. 고리1호기 안전성평가에 적용되었던 실제 파괴인성 시편 제작의 개념도는 다음 그림과 같다.
그림 1. 파괴인성 측정용 CT 시편의 제작