가상 원자로로 나아가다: 핵 디지털 트윈의 탄생

본 백서에서는 디지털 트윈 기술로 핵 에너지 성장 및 채택을 지원하는 방법의 예시를 소개합니다. 원자력 산업이 마주한 과제와 원자력 엔지니어링 커뮤니티가 가상 원자로 모델과 디지털 트윈을 사용해 이 문제를 해결하는 방법에 대해 알아봅니다.

미래 핵 원자로

현재 사용 중인 노후 원자로는 인구가 밀집된 중심부에서 멀리 떨어진 외곽 지역에 거대 시설로 자리하고 있습니다.

꼭 이런 그림일 필요는 없습니다. 가까운 미래에 원자로는 이동 가능한 모듈식 안전 청정 에너지원으로 여겨질 것입니다. 외곽 지역에 동떨어져 자리하는 대신, 도시에서 몇 백 킬로미터 떨어진, 원자력 에너지에 대한 수요가 가장 많은 지역 인근에 편리하게 자리하게 될 것입니다.

그러나 디지털 트윈 기술을 전폭적으로 활용하지 않고서는 차세대 원자로 설계가 라이선싱과 커미셔닝 단계를 무사히 통과하기란 역부족입니다.

핵 디지털 트윈

본 백서에서는 다른 산업에 성공적으로 배포돼 온 디지털 트윈 기술을, 까다로운 검증 요구사항과 정확한 물리적 특성 표현, 불확실성 수치화를 필요로 하는 고유한 특성을 갖춘 원자력 산업에 활용할 수 있는 방법을 소개합니다.

디지털 트윈 (또는 가상 원자로) 방법을 채택해 새로운 원자력 기술의 설계 사이클을 절반으로 줄이고, 라이선싱 지원에 필요한 테스트 비용을 상당 부분 절감할 수 있는 가능성에 대해 역설합니다.

핵 물리 시뮬레이션

또한 X-energy, Kairos Power 및 TerraPower에서 제안한 것과 같은 4세대 원자로 설계에 Simcenter 디지털 트윈 기술이 어떻게 적용되는지 살펴보고, 다음과 같은 복잡한 물리의 전산 유체 역학 시뮬레이션에 대해 구체적으로 알아봅니다.

• 페블 베드 원자로의 온도 예측
• 용융 염 및 금속과 같은 새로운 냉각제의 흐름 및 열 전달
• 열 경계층 이동
• 연료 번들의 흐름 및 열 유도 진동