부산대학교 도서관

현재 원자력 연구원에서 개발 중인 PGSFR의 노심을 연구하였다. 주 연구 내용은 PGSFR의 대안적인 이용방안에 대한 연구로써 기존의 핵변환용 노심에서 경제성 있는 장주기 노심으로 전환의 타당성에 대한 연구를 수행하였다. 연구 목적에 따라 설계 변경의 목표는 기존의 높은 중성자속을 유지하면서 긴 주기길이를 갖고 충분한 안전성이 보장이 되는 원자로를 설계 하는 것으로 정하였다. 이를 위해 세부적인 설계 제한으로는 최소 10년 이상의 주기 길이를 만족하고 장전되는 새 연료의 Fissile Enrichment가 20 wt.% 이하, Peak LPD는 피복재 용융 제한치 450 W/cm 이하, 고유 안전성을 보장하기 위해 반응도 계수들은 큰 음의 값이 갖도록, 주기길이 증가를 위해 Average Conversion Ratio는 1 값에 가깝도록, 기존 노심에서 적용 할 수 있는 설계 변경 방안이 되도록 노심의 기하학적 구조는 변경 하지 않고 집합체 내부의 설계만을 변경 등을 정하여 제한적인 설계변경 조건 아래 장주기 노심으로 전환의 타당성을 노심의 성능 및 안전성 측면을 분석하여 연구를 수행하였다. 설계 변경에 앞서 기존의 PGSFR의 설계 제원과 성능을 여러 가지 소형 장주기 노심들과 비교 분석하였고 대안적인 연료 옵션들에 대해 조사 하였다. 이를 바탕으로 기존의 Flux level 감소 없이 장주기 노심으로 전환하기 위해서 낮은 농축도의 연료의 필요성을 확인 하였고 이에 따라 낮아지는 k-eff 값을 보상하기 위해 노심에 공급되는 연료 양을 증가 시켰다. 사용된 집합체 설계 변경 방안은 집합체 내부의 연료봉의 직경을 증가시켜 장전되는 연료의 양을 증가 시켰다. 모든 연료가 동일한 농축도인 연료가 장전되는 노심에서 여러 문제점이 나타나 이러한 문제를 해결하기 위해 농축도 분리 노심 설계를 도입하였고 효과적으로 문제점들을 보완 할 수 있었다. 본 연구에서 설계한 장주기 최적화 노심의 총 주기 길이 11년으로 설계 목표를 만족 하면서 평균 전화율은 0.995로 거의 1에 가깝게 평가 되었다. 연소 반응도 가는 730 pcm으로 상당히 낮게 평가 되었다. 주기 길이 동안 가장 높은 Peaking Factor를 보였던 주기 초 Peaking 값으로 LPD를 계산 했을 때 332.47 w/cm로 Peak LPD 안전 제한치인 450 w/cm와 충분한 마진을 갖는 것으로 평가되었다. 공급되는 연료 양의 증가하였지만 긴 주기 길이 때문에 평균 방출연소도는 138.34 MWd/kg 으로 높은 값으로 평가 되었다. 또한 집합체 별 방출연소도 분포를 살펴보면 출력 쏠림 구역이 외부에서 내부로 이동하면서 고르게 연소되는 것을 확인 할 수 있었다. 반응도 계수의 경우 전환 효과 때문에 주기말로 갈수록 악화 되는 것으로 평가 되었다. 또한 소듐 밀도 계수의 경우 냉각재 밀도 감소의 영향으로 발생한 중성자 스펙트럼 경화 효과로 Pu-239에서 핵분열 당 발생되는 중성자의 수는 크게 증가 하게 된다. 이 효과가 중성자 누설에 따른 음의 반응도 효과 보다 크기 때문에 모든 주기 길이 동안 냉각재 반응도 계수는 양의 값으로 평가 되었다. 예비안전성분석 결과 양의 소듐 밀도 계수에도 불구하고 나머지 계수들의 높은 음의 값으로 평가 되어 모든 사고 시나리오(ULOF, ULOHS, UTOP)에서 안전 제한치를 만족 하는 것으로 평가 되었다. 또한 정지여유도 평가에서 모든 주기에서 충분한 정지여유도를 갖는 것으로 평가 되었다.