본 연구는 원자로 용기 헤드(RVH) 해체에 있어 작업자 방사선 피폭선량과 해체 비용을 정량적으로 평가함으로써 방사선 방호를 위한 최적화된 폐기(해체) 전략을 수립하고자 한다. 코리 원전 1호기 RVH의 실제 형상에 기반한 3차원 모델을 개발하였으며, 해체 시나리오들을 DEMplus 시뮬레이션 도구를 사용하여 분석하였다. 이때 세정(제염), 절단 방법, 해체 시기, 원격 절단 적용 등의 요인을 고려하였다. 대조 시나리오로서 교체 후 10년 시점에 수작업 절단을 수행한 경우, 개인선량은 45.38 mSv로서 작업자 내부 한도인 연간 20 mSv를 초과하였다. 수작업 절단을 원격 로봇 절단으로 대체하면 집단선량이 약 95.9% 감소하였고, 개인선량은 1.66 mSv로 줄어들었다. 해체를 각각 15년 또는 20년까지 지연하면 방사성 붕괴에 따른 추가 선량 저감이 나타났으나, 장기 보관 비용을 고려했을 때 경제적 이득은 제한적이었다. 제염 절차 강화를 통해 절단 방법에 따라 효과가 상이함이 확인되었다. 본 연구는 다양한 시나리오에서 선량, 비용 및 작업 시간을 종합적으로 평가함으로써 최적화된 실행 전략을 제시하며, 향후 RVH 해체 프로젝트에서 방사선 방호와 의사결정을 지원하기 위한 실무적 참고 데이터를 제공한다.

플라즈마 아크 절단(PAC)에서 노즐을 빠져나오는 가스 유동의 특성은 절단 품질에 유의미한 영향을 미친다. PAC에서의 고압 제트는 절단 대상 금속에 충돌할 때 복잡한 충격파 구조를 형성한다. 본 연구에서는 실제 PAC 작업물로부터 유도된 다양한 형상의 케르프(kerf) 내부에서의 유동 거동을 평가하였다. 케르프 내 절단 전면(cutting front)의 형상은 절단 속도의 변화에 따라 달라진다. 절단 속도가 높으면 절단 전면이 곡면화되어 원치 않는 가스 유동 거동을 유발하고 절단 성능에 부정적인 영향을 준다. 본 연구에서는 PAC 공정 중 곡면 절단 전면이 가스 유동 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 계산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 시뮬레이션 모델을 사용하였다. 수치 시뮬레이션에서 얻은 가스 유동 패턴을 슐리렌(Schlieren) 실험 결과와 정성적으로 비교하였다. 분석 결과, 절단 전면의 곡률은 유동 속도를 크게 감소시키는 비스듬한 충격파(oblique shockwave) 구조를 유발하는 것으로 나타났다. 특히 곡면 절단 전면 전반에 걸친 약한 충격 구조는 유동 속도를 점진적으로 감소시켰다. 임계 유동 속도는 절단 전면의 곡률이 매우 큰 케르프에서 구현되었으며, 그 이후에는 재료의 수직 관통(vertical penetration)이 불가능하였다. 전단응력(shear stress) 선은 케르프 벽의 성층 무늬(striation) 패턴과 일치하여 수치 해석 결과를 검증하였다.