피동 안전계통 및 자연순환

피동 안전계통은 전원이 끊기고 펌프가 멈춘 뒤에도 작동해야 하는 계통입니다. 움직이는 부품이 적을수록 고장 날 데가 적지만, 그만큼 구동력이 약해 '얼마나 뺄 수 있는가'를 정확히 알아야 합니다.

먼저 자연순환입니다. 고출력 원자로에서 노심이 녹아내렸을 때 용기 바깥을 물로 식히는 외부 원자로 용기 냉각을 대상으로, 시스템 코드(MARS-KS)로 계통 전체를 풀고 CFD 로 보조해 자연순환 유량을 추정했습니다(Nuclear Engineering and Technology, 2022). 계통 코드만으로는 형상이 만드는 국부 저항을 담기 어렵기 때문입니다.

다음은 움직이는 부품 없이 방향을 만드는 일입니다. 와류형 피동 유체 다이오드는 한쪽으로는 잘 흐르고 반대쪽으로는 잘 흐르지 않는 형상인데, 그 형상을 위상 최적화로 설계했습니다(2019). 밸브 쪽도 봅니다. 소형모듈원자로 피동안전밸브가 열릴 때의 과도 거동을 CFD 로 풀고 같은 문제를 시스템 코드로 풀 수 있는지 따졌으며(2025), 비상감압밸브에 걸리는 하중도 해석했습니다(NTHAS-13, 2024).

세 번째는 히트파이프입니다. 상변화로 열을 나르므로 펌프가 필요 없지만, 알칼리 금속 히트파이프는 시동할 때 작동유체가 얼어 있다는 문제가 있습니다. 그 구간을 전도 기반 모형으로 풀었습니다(Applied Thermal Engineering, 2025). 연료집합체에 증기 챔버를 넣어 열을 고르게 펴는 방식도 기존 유로 설계와 비교했고(2025), 수송할 수 있는 히트파이프로 고온 잠열을 저장해 마이크로원자로에 붙이는 구성은 특허 출원했습니다(2022). 미국 아이다호 국립연구소에서 수행한 마이크로원자로 비핵 실험 설비 작업도 이 줄기에 닿아 있습니다(Nuclear Technology, 2023).