냉각수가 단상으로 유지된다. 머선129?!

원자로 냉각수 단상 유지: 핵공학 종합 분석 | 2026 Fusion Tech Blog

서론: 단상 유지의 본질

원자로 냉각수가 정상 상태에서 단상으로 유지되는 것은 순수 액체 상태를 의미하며, 증기 기포 형성을 철저히 방지한다. 가압경수로에서 고압 환경이 비등점을 상승시켜 노심 고온에서도 안정성을 확보한다.

[image:1] PWR 냉각계통 단상 흐름 다이어그램

                    핵심 원리: 시스템 압력 15.5 MPa로 비등점 345℃ 초과, 노심 출구 320℃ 유지. 2상화 방지가 안전성의 관문.

                

노심 입구 275℃에서 출구 320℃로 가열되며, 단상 대류 열전달이 지배적이다. Dittus-Boelter 상관식을 통해 Nusselt 수를 계산, 난류 흐름에서 높은 효율을 보인다.

운영 파라미터	표준값	단위	역할
압력	15.5	MPa	비등 방지
ΔT (노심)	45	℃	가열 범위
유속	5	m/s	강제 순환
Reynolds 수	>10⁵	-	난류 보장

[image:2] 단상 vs 2상 열전달 곡선 그래프

DNB 비율(DNBR > 1.3)로 한계를 평가하며, 펌프 트립 시 자연 순환으로 단상 유지. 비정상 시 ECCS 투입이 필수적이다.

                    위험 요인: 압력 저하 → 비핵비등(DNB) → 2상화 → 냉각 불능. 안전 마진 설계가 핵심.

                

SMR 및 융합로 적용으로 연구 확대 중이다.

RELAP5, TRACE 코드로 시스템 분석, ROCOM 시험으로 CFD 검증. 오차율 2~4% 수준의 높은 신뢰도.

분석 코드	주요 기능	정확도	적용 사례
RELAP5	열수력 시스템	±3%	LOCA 시뮬
TRACE	다상 모델	±4%	NURETH
CFD (Fluent)	노심 상세	±2%	혼합 흐름

초임계 수냉각로(SCWR)와 토카막 융합 냉각에서 단상 MHD 모델링 강조. AI 모니터링으로 실시간 최적화 전망.

[image:3] 미래 SMR 단상 냉각 개념도

헬륨 냉각(HTGR) 대비 경제성 우위 지속.

[1] Pressurized water reactor. Wikipedia. Accessed 2026.

[2] Boiling in Nuclear Reactor. nuclear-power.com. 2020.

[3] Module 11: Single Phase Heat Transfer. NRC.gov. 2012.

[4] KR20180111334A: 원자로 예열 및 냉각 시스템. Google Patents. 2018.

[5] KAERI/TR-676: 비정상상태 원자로 냉각재. OSTI.gov. 1996.

[6] ROCOM 혼합시험 설비. KoreaScience. 2012.

[7] 원자로 차폐체 자연순환냉각. KoreaScience. 2012.

[8] LOCA 모사 핵연료 피복관. KNS. 2020.

[9] 사용자 핵공학 연구: MCNP 시뮬레이션. 2026.