단단한 암반이 아닌 지반에 건설된 구조물의 지진응답을 정확하게 평가하기 위해서는 지반-구조물 상호작용(SSI)의 영향을 고려하여야 한다. 최근에는 USNRC SRP 3.7.2와 같은 원전설계분야의 규제지침 강화로 인해 SSI 해석의 필요성이 증가되고 있다. 이 연구에서는 대형 3차원 SSI 해석에 KIESSI-3D 프로그램을 사용한 사례를 제시하고 해석시간 및 정확성에 대한 토의를 하였다. 이를 위하여 대형 3차원 구조물 예제에 대한 SSI 해석을 수행하고 해석결과와 해석시간을 ACS/SASSI 프로그램과 비교하였다. 비교결과 KIESSI-3D 프로그램과 ACS/SASSI 프로그램에 의해 구한 구조응답의 전달함수가 거의 동일함을 보여 KIESSI-3D 프로그램의 정확성을 확인할 수 있었다. 아울러 해석시간 측면에서는 다중 쓰레드를 사용한 KIESSI-3D 프로그램(8개 쓰레드)이 단일 쓰레드를 사용한 ACS/SASSI 프로그램 보다 약 30배~2000배 빠른 성능을 보였다.
There were many flaw issues of reactor vessel head penetration in USA fleets. USNRC issued 10CFR50.55a to implement reactor vessel head penetration ultrasonic examination performance demonstration(PD) in US for enhancement of inspection reliability. After September 2009, all US utilities inspected their RVHP with PD qualified system. Korea Hydro and Nuclear Power Company(KHNP) have developed reactor vessel head penetration performance demonstration system for ultrasonic test to apply for pressurized light-water reactor power plants in accordance with 10CFR50.55a since September 2011. RVHP configuration surveying and analysis, code requirement analysis, and performance demonstration specimen design were performed up to this day. Fingerprinting of manufactured specimen, development of test data management program, development of operation procedure, input of flawed data, and development of final report will be performed for the next step. This paper describes the development status of the performance demonstration system for reactor vessel head penetration ultrasonic examination in Korea.
Reactor Vessel Internals(RVIs), which are installed within the reactor pressure vessel and support the fuel assembly, take responsibility for safety of reactor core. In operating Nuclear Power Plants(NPPs), the RVIs have been exposed to severe conditions such as neutron irradiation, high temperature, high pressure, and high velocity of coolant flow and have degraded by materials aging with long-term operation. Therefore, the effective aging management plan and the appropriate regulatory requirements are necessary to maintain the integrity of RVIs. The purpose of this paper is to provide a review guide for Periodic Safety Review(PSR) of RVIs in presurized water reactor. The review guide is developed based on the revised review guides and reports established from IAEA and USNRC, and the analysis results of design characteristics, aging mechanisms, and operating experiences of RVIs in domestic and international NPPs. Consequently, the developed review guide for PSR of RVIs is expected to contribute an overall strategy and standard for the PSR of RVIs.
원자력발전소는 타 산업시설에 비해 화재발생 가능성이 낮으나 방사성물질 누출가능성을 최소화하기 위하여 심층방어와 다중방호 설계를 통한 안전성확보가 매우 중요하다. 이를 위해 국내에서는 화재위험도분석(FHA)과 안전정지능력분석(SSA) 및 화재 확률론적안전성분석(Fire PSA)을 수행하고 있으며, 이 중 화재 PSA는 주요 화재구역 선별, 구역별 화재발생빈도 및 기기손상확률 계산, 화재사고 경위분석 및 화재취약성 파악 등을 분석한다. 본 논문에서는 미국 원자력규제위원회(USNRC)와 전력연구소(EPRI)가 공동 연구개발한 화재 PSA 방법론인 NUREG/CR-6850 기법을 적용하여, 화재 PSA에 필요한 화재점화빈도(Fire Ignition Frequency)를 정량적으로 계산하였다. 정확한 결과값을 도출하기 위해 매크로를 이용한 프로그램인 FIFA(Fire Ignition Frequency Analyzer)를 개발하였으며, 향후 국내 원전 화재 PSA 분석업무에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
Steam jets ejected from a rupture zone of high energy pipes may cause damage to adjacent structures. This event could lead to more serious accidents in nuclear power plants. Therefore, to prevent serious accidents, high energy pipes of nuclear power plants are designed according to the ANSI / ANS 58.2 technical standard. However, the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) has recently pointed out non-conservatism in existing high energy pipe fracture evaluation methods, and required the assessment of the unsteady load of the jet caused by a potential feedback mechanism as well as the impact range of steam jet, the jet impact loads and the blast wave effects at the initial breakage stage. The potential feedback mechanism refers to a phenomenon in which a vortex formed by impingement jets amplifies vortex itself and induces jet vibration in a shear layer. In this study, CFD methodology using the LES turbulence model is established and numerical analysis is carried out to evaluate the dynamic behavior of impingement jets and the potential feedback mechanism during jet impingement. Obtained results have been compared with an empirical correlation and experiment.
Exploring artificial intelligence and machine learning for nuclear safety has witnessed increased interest in recent years. To contribute to this area of research, a machine learning model capable of accurately predicting nuclear power plant response with minimal computational cost is proposed. To develop a robust machine learning model, the Best Estimate Plus Uncertainty (BEPU) approach was used to generate a database to train three models and select the best of the three. The BEPU analysis was performed by coupling Dakota platform with the best estimate thermal hydraulics code RELAP/SCDAPSIM/MOD 3.4. The Code Scaling Applicability and Uncertainty approach was adopted, along with Wilks' theorem to obtain a statistically representative sample that satisfies the USNRC 95/95 rule with 95% probability and 95% confidence level. The generated database was used to train three models based on Recurrent Neural Networks; specifically, Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit, and a hybrid model with Long Short-Term Memory coupled to Convolutional Neural Network. In this paper, the System Engineering approach was utilized to identify requirements, stakeholders, and functional and physical architecture to develop this project and ensure success in verification and validation activities necessary to ensure the efficient development of ML meta-models capable of predicting of the nuclear power plant response.
This study investigated the influence of probabilistic variability in stiffness and nonlinearity of soil on response of nuclear power plant (NPP) structure subjected to seismic loads considering the soil-structure interaction (SSI). Both deterministic and probabilistic methods have been employed to evaluate the dynamic responses of the structure. For the deterministic method, $SRP_{min}$ method given in USNRC SRP 3.7.2(2013) (envelope of responses using three shear modulus profiles of lower bound($G_{LB}$), best estimate($G_{BE}$) and upper bound($G_{UB}$)) and $SRP_{max}$ method (envelope of responses by more than three ground profiles within range of $G_{LB}{\leq}G{\leq}G_{UB}$) have been considered. The probabilistic method uses the Latin Hypercube Sampling (LHS) that can capture probabilistic feature of soil stiffness defined by the median and the standard deviation. These analysis results indicated that 1) number of samples shall be larger than 60 to apply the probabilistic approach in SSI analysis and 2) in-structure response spectra using equivalent linear soil profiles considering the nonlinear behavior of soil medium can be larger than those based on low-strain soil profiles.
원자로 압력용기는 원자력발전소의 일차 압력경계를 구성하는 핵심 부품으로 이의 건전성은 원전의 안전성과 수명관리에 결정적인 영향을 미친다. 탄소강으로 구성된 압력용기는 노심에 근접하게 위치하여 운전중 계속되는 고속중성자 조사로 인하여 인성이 감소한다. 운전중 비상노심 냉각수가 주입되어 압력용기가 급격하게 냉각되면서 압력이 높게 유지되거나 재가압이 되는 가압열충격 현상이 발생하는 경우 조사취화된 압력용기가 적절한 안전여유를 가지지 못할 수도 있다. USNRC에서는 이에 대한 종합적인 연구결과를 바탕으로 가압열충격 규정을 제정하여 가압열충격 기준온도(RT$_{PTS}$)의 계산 방법과 심사기준온도를 제시하였다. 가압열충격 심사기준온도의 결정근거가 기술되어 있는 SECY 82-465에 의하면 축방향 용접부에 대한 위험도를 평가하여 270℉를 심사기준온도로 정하고 원주방향 용접부에 대해서는 30℉를 더하여 300℉를 심사기준온도로 제시하였다. 이 연구에서는 이렇게 제정된 원주방향 용접부에 대한 심사기준온도의 적정성을 평가하기 위하여 균열방향에 따른 가압열충격 위험도를 VISA-II 코드로 평가하였다. 우선 가압열충격 기준온도 제정 시 사용된 방법과 결과들을 검토하고 NRC의 계산결과를 재현하였다. 이를 바탕으로 원주방향 용접부에 대한 위험도를 평가한 결과 균열방향의 차이를 고려하기 위해 적용된 기술적 여유도인 30℉는 과도한 보수성을 내포하고 있음을 알 수 있었다. 원주방향 용접부가 축방향 용접부와 동일한 수준의 가압열충격 위험도를 가지기 위한 심사기준온도 차이는 50℉ 이상인 것으로 평가되었다.을 수 있었다.ngineering because this field has large uncertainties on predicting the effect of earthquake on structures. This paper is based on the presented paper at the Bertero Symposium held in January 31an4 February 1 at Berkeley, California, USA which was entitled "Needs to Evaluate Real Seismic Performance of Buildings-Lessons from 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake-". The lessons for buildings from the damage due to the Hyogoken-Nambu Earthquake are necessity to develop more rational seismic design codes based upon a performance-based design concept, and to evaluate seismic performance of existing buildings. In my keynote lecture at the Korean Association for Computational Structural Engineering, the history of seismic design and use of structural analysis in Japan, the lessons for buildings from
Since, in case of high energy piping, steam jets ejected from the rupture zone may cause damage to nearby structure, it is necessary to design it into consideration of nuclear power plant design. For the existing nuclear power plants, the ANSI / ANS 58.2 technical standard for high-energy pipe rupture was used. However, the US Nuclear Regulatory Commission (USNRC) and academia recently have pointed out the non-conservativeness of existing high energy pipe fracture evaluation methods. Therefore, it is necessary to develop a highly reliable evaluation methodology to evaluate the behavior of steam jet ejected during high energy pipe rupture and the effect of steam jet on peripheral devices and structures. In this study, we develop a method for analyzing the impact load of a jet by high energy pipe rupture, and plan to carry out an experiment to verify the evaluation methodology. In this paper, the basic data required for the design of the jet impact load experiment equipment under construction, 1) the load change according to the jet distance, 2) the load change according to the jet collision angle, 3) the load variation according to structure diameter, and 4) the load variation depending on the jet impact position, are numerically obtained using the developed steam jet analysis technique.
미국원자력규제위원회에서는 최근 안전해석에 최적전산코드의 사용을 허용하는 개정된 비상노심냉각계통 평가 규정을 제시하였다. 당 규정에서는 계통해석에 최적전산코드를 사용할 경우 불확실성 평가를 수행할 것을 요구하고 있다. 본 논문에서는 이러한 비상노심냉각계통의 규제요건을 만족하는 실제적인 최적평가방법론을 개발하여 대형냉각재상실사고에 적용하였다. 최적평가전산코드로는 RELAP5/MOD3.1을 개선한 RELAP5/MOD3/KAERI를 사용하였으며, 코드의 불확실성은 수개의 분리효과 및 총체효과 실험에 대한 평가를 수행함으로써 정량화 하였다. 적용대상 발전소로는 고리 3 & 4호기를 선정하였다. 민감도 분석을 통하여 응답방정식을 구성하였으며 각 응답방정식에 대하여 무작위 추출방식, Monte Carlo 방식으로 확률밀도함수를 구하였다. 최종 불확실성은 95%의 신뢰도로 정량화 하였으며 대형냉각재 상실사고시의 안전여유도에 대하여 논의하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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