그림 3.1-1. 용량별 후보 노심 형태 96

그림 3.1-2. 후보 노심 결정을 위한 노심 형태에 따른 핵연료 장전량 비교 96

그림 3.1-3. 용량에 따른 중성자속 비교 97

그림 3.1-4. TRU 노심으로 전환시 고속중성자속 변화 98

그림 3.1-5. 실증로 수준 최적 출력밀도 달성을 위한 용량별 농축도 98

그림 3.1-6. 원형로 노심 변경 전략 99

그림 3.1-7. 설계변수 해석 결과 101

그림 3.1-8. 우라늄 노심 후보 설계안 101

그림 3.1-9. PGSFR 노심 구성안 105

그림 3.1-10. 초기 노심 설계 과정 흐름도 106

그림 3.1-11. 장전 패턴별 임계도 변화 106

그림 3.1-12. 임계 제어봉 위치 탐색 106

그림 3.1-13. 주기별 첨두 출력 변화 106

그림 3.1-14. 각 주기별 새 핵연료 장전 위치 및 첨두 출력 위치 변화 107

그림 3.1-15. 더미 핵연료 집합체 위치 및 장전 패턴 107

그림 3.1-16. 더미 F.A.에 의한 반응도 억제 107

그림 3.1-17. 주기별 첨두 출력 밀도 변화 108

그림 3.1-18. 내부/외부 노심별 다농축도 핵연료 집합체 적용 위치 108

그림 3.1-19. 주기별 임계도 변화 109

그림 3.1-20. 반경 반향 상대 출력 밀도 변화 109

그림 3.1-21. 농축도 분할 노심의 구성 109

그림 3.1-22. 더미 핵연료 집합체 적용 및 농축도 분할 노심의 핵연료봉 출력 밀도 110

그림 3.1-23. 핵연료 집합체 재배치 순서 110

그림 3.1-24. 재배치 방안의 임계도 변화 110

그림 3.1-25. 핵연료봉 출력 분포 111

그림 3.1-26. 설계안별 최대 피복관 중심 온도 111

그림 3.1-27. 핵연료 성능 해석 연계 자료 생산 흐름도 112

그림 3.1-28. U/LTRU 노심 구성안 115

그림 3.1-29. LTRU 천이 노심 장전 전략 116

그림 3.1-30. U/LTRU 천이 과정 중 임계도 변화 116

그림 3.1-31. 회수율별 TRU/RE 회수량 117

그림 3.1-32. 회수율별 TRU농축도 117

그림 3.1-33. 노심높이별 TRU농축도 117

그림 3.1-34. 배치수/주기길이별 TRU농축도 117

그림 3.1-35. 농축도 분할 노심별 TRU농축도 117

그림 3.1-36. K-CORE 전산코드 시스템 118

그림 3.1-37. 각 주기별 임계도 변화 120

그림 3.1-38. 더미 핵연료집합체 적용 단일 농축도 초기 노심의 각 주기별 재장전 패턴 120

그림 3.1-39. 각 주기별 잉여반응도 변화 121

그림 3.1-40. 핵연료 관리계획 #1의 주기별 장전 패턴 124

그림 3.1-41. 핵연료 관리계획 #1의 각 주기별 임계도 변화 125

그림 3.1-42. 핵연료 관리계획 #2의 주기별 장전 패턴 126

그림 3.1-43. 핵연료 관리계획 #2의 각 주기별 임계도 변화 127

그림 3.1-44. 제어봉집합체 후보 설계안 131

그림 3.1-45. B-10 농축도 변화에 따른 초기/평형주기 노심 주기초/주기말의 제어봉가 133

그림 3.1-46. B-10 농축도 변화에 따른 불확도 고려(N-1) 제어봉가 134

그림 3.1-47. SFR 원형로 우라늄 천이노심의 임계도 변화(ARO/임계 제어봉 위치) 135

그림 3.1-48. 초기/평형주기 노심의 주기초/주기말 집합체 출력 분포 136

그림 3.1-49. 원자로 동역학 블록 다이어그램 141

그림 3.1-50. 영출력 변환 함수의 보데 다이어그램 143

그림 3.1-51. BOEC 및 EOEC에서 특성 방정식의 근 143

그림 3.1-52. NuSTAB 코드의 계산 흐름도 149

그림 3.1-53. SFR 원형로 반경방향 단면 149

그림 3.1-54. Fundamental-mode 고유함수 153

그림 3.1-55. First harmonic 고유함수 153

그림 3.1-56. D/H 와 고유치분리 154

그림 3.1-57. 원형로 노심 및 중성자 검출기의 위치 156

그림 3.1-58. 과도 상태 시간에 따른 DR 및 출력 준위의 상대 변화 156

그림 3.1-59. 1차 제어봉 인출시 ΔDRᵣ(t)/ΔPᵣ(t)의 변화 158

그림 3.1-60. 2차 제어봉 삽입시 ΔDRᵣ(t)/ΔPᵣ(t)의 변화 158

그림 3.1-61. SFR 원형로 반경 방향 단면 및 제어봉 위치 159

그림 3.1-62. 축방향 계측기 위치 159

그림 3.1-63. 중성자 계측기 공간 가중함수 160

그림 3.1-64. 반경방향으로 10cm 이동 시 계측기 공간 가중함수의 변화 160

그림 3.1-65. 축방향으로 75cm 이동 시 계측기 공간 가중함수의 변화 160

그림 3.1-66. 계측기 개수가 4개일 때 계측기 공간 가중함수의 변화 160

그림 3.1-67. 계측기 반경방향 위치에 따른ΔDRᵣ(t)/ΔPᵣ(t) 161

그림 3.1-68. 계측기 축방향 위치에 따른ΔDRᵣ(t)/ΔPᵣ(t) 161

그림 3.1-69. 계측기 개수와ΔDRᵣ(t)/ΔPᵣ(t) 161

그림 3.1-70. 계측기 별 DR 편차 161

그림 3.1-71. 계측기 45도 회전 시 계측기 별 DR 편차 162

그림 3.1-72. 4개 계측기의 DR 편차 162

그림 3.1-73. BFS-76-1A 반경 방향 노심 배치 164

그림 3.1-74. RCP 상태에서 AWF 165

그림 3.1-75. 제어봉 그룹 1 낙하 시 정규화된 노심 출력 준위 및 계측기 반응 166

그림 3.1-76. 그룹 1에 대한 제어봉가 비교 및 DSCF 166

그림 3.1-77. 그룹 2에 대한 제어봉가 비교 및 DSCF 166

그림 3.1-78. 그룹 3에 대한 제어봉가 비교 및 DSCF 166

그림 3.1-79. SFR원형로 반경방향 단면 및 DRWM 계산시 사용된 제어봉 위치 167

그림 3.1-80. SFR원형로 축방향 단면 및 반경방향 중성자 계측기 위치 167

그림 3.1-81. 제어봉 A(위)와 B(아래)의 노심 출력 및 계측기 신호 변화 168

그림 3.1-82. 제어봉 A(위)와 B(아래)의 각 계측기 신호의 변화 168

그림 3.1-83. 제어봉 A(위)와 B(아래)의 정/동적 제어봉가 비교 169

그림 3.1-84. 제어봉 A(위)와 B(아래)에 대한 각 계측기에서 구한 동적 제어봉가 169

그림 3.2-1. 평형주기 노심 유량그룹 선정 170

그림 3.2-2. 우라늄 노심 피복재 중심 온도분포(2σ) 171

그림 3.2-3. LTRU노심 피복재 중심 온도분포(2σ) 171

그림 3.2-4. 축방향 핵연료봉 거동 평가 172

그림 3.2-5. 변형량에 대한 최대 온도영향 평가 172

그림 3.2-6. 노심 최 외곽 집합체에서의 설계한계인자평가 173

그림 3.2-7. 개정된 평형 주기 노심 피복재 중심 온도 분포(2σ) 174

그림 3.2-8. 초기 노심 피복재 중심 온도 분포(2σ) 174

그림 3.2-9. 노심 가운데 집합체에서의 최대 피복재 중심 온도 천이(2σ) 174

그림 3.2-10. 단일 집합체 내 출력, 온도 및 누적 손상분율 분포 175

그림 3.2-11. 전 노심에서의 핵연료 봉별 누적손상분율 분포 176

그림 3.2-12. 전 노심 누적손상분율의 분포도 176

그림 3.2-13. 피복재 중심 온도 균일화 방식에서 누적 손상분율 분포(최대값: 4.15) 177

그림 3.2-14. 설계 한계 인자 균일화 방식에서 누적 손상분율 분포(최대값: 0.432) 177

그림 3.2-15. 평형 주기 노심 주기 초 피복관 중심 온도 분포(2σ) 177

그림 3.2-16. U/LTRU 천이 과정에서의 피복관 중심 온도 분포(2σ) 178

그림 3.2-17. LTRU 핵연료 집합체 별 누적손상분율 평가 179

그림 3.2-18. LTRU 핵연료 봉 별 누적손상분율 평가 179

그림 3.2-19. LTRU 핵연료 봉 설계기준 초과 개수 179

그림 3.2-20. 경수로와 기존 고속로에서의 노심 열설계 절차 개략도 180

그림 3.2-21. 원형로 노심 열설계 절차 개략도 181

그림 3.2-22. 집합체 유량에 불확도 적용에 따른 유량 및 최대 피복관 중심온도 변화 182

그림 3.2-23. 전체 노심에서의 최대 피복관 중심 온도 분포 182

그림 3.2-24. 유입실에서의 유동 분포 불확도 영향(2σ) 183

그림 3.2-25. 집합체 입구 온도 불균일도 영향(2σ) 183

그림 3.2-26. 가운데 및 외부 집합체에서의 부수로 유량 불확도 적용에 따른 온도 분포 및 최대 온도에 대한 히스토그램 184

그림 3.2-27. 우라늄 천이 노심 주기별 핵연료 집합체 최대 피복관 중심온도 분포(초기~18주기) 185

그림 3.2-28. 노심 가운데 핵연료집합체 최대 피복관 중심온도 변화 185

그림 3.2-29. 노심 외부 핵연료집합체 최대 피복관 중심온도 변화 185

그림 3.2-30. 우라늄 천이 노심 누적손상분율, 열변형률 및 후프응력 분포 186

그림 3.2-31. 시험집합체 압력강하 측정 187

그림 3.2-32. 시험집합체 마찰계수 187

그림 3.2-33. 부수로 유동분포 시험결과 비교 188

그림 3.2-34. 부수로 혼합특성 시험결과 비교 188

그림 3.2-35. Re 수 변화에 따른 내부 부수로 혼합계수 189

그림 3.2-36. Re 수 변화에 따른 벽면 부수로 혼합계수 189

그림 3.2-37. 부수로 개략도 189

그림 3.2-38. 축/반경 방향 운동량 방정식을 위한 모델 189

그림 3.2-39. 노심 중심부 핵연료집합체 온도분포(time＝0) 190

그림 3.2-40. 노심 중심부 핵연료집합체에서 LOF 사고 시 온도분포 변화 190

그림 3.2-41. 노심 외부 핵연료집합체 온도분포(time＝0) 191

그림 3.2-42. 노심 외부 핵연료집합체에서 LOF 사고 시 온도분포 변화 191

그림 3.2-43. 노심 외부 핵연료집합체 부수로에서 LOF 사고 시 온도분포 변화 191

그림 3.2-44. 노심 외부 핵연료집합체 부수로에서 LOHS 사고 시 온도분포 변화 191

그림 3.3-1. 원형로 예비 차폐 설계 모델 194

그림 3.3-2. 노 내 중성자속 분포 195

그림 3.3-3. 원자로 용기 중성자속 분포 196

그림 3.3-4. 지지대 상부 격자 반경 위치별 DPA 196

그림 3.3-5. MCNP6 전산코드를 활용한 원형로 차폐 계산 구조 198

그림 3.3-6. 봉형 하부 반사체 길이 변화에 따른 최대 DPA 변화 200

그림 3.3-7. 130 cm 봉형 하부 집합체의 상부지지대 DPA 분포 201

그림 3.3-8. 상부지지대 고속중성자 플루엔스(x1021n/cm2)분포 201

그림 3.3-9. 110 cm 블록형 하부 집합체의 상부지지대 DPA 분포 202

그림 3.3-10. 상부지지대 고속중성자 플루엔스(x1021n/cm2)분포 202

그림 3.3-11. 노심 중심부 제어봉 하단의 상부지지대 고속중성자 플루엔스 202

그림 3.3-12. MCNP 차폐 해석 모델의 반경 방향 노심 구조 203

그림 3.3-13. 최종 선정된 노 내 차폐 구조물 제원 204

그림 3.3-14. 최종 선정된 차폐 모델의 원자로 내 소듐방사화 분포 204

그림 3.3-15. 차폐 계산 모델 및 중성자속 분포 211

그림 3.4-1. 비교 대상 노심 213

그림 3.4-2. DIF3D 10.0/VARIANT 전산코드 기반 핵설계 전산체제 216

그림 3.4-3. 100 MWe 원형로 후보노심 구조 216

그림 3.4-4. 단면적 라이브러리 보정 계산 과정 219

그림 3.4-5. Pu-239 민감도 오차 221

그림 3.4-6. 불확실도 및 단면적 변화량 222

그림 3.4-7. 단면적 보정 전후 유효증배계수 C/E 223

그림 3.4-8. 238U에 대한 Correlation 행렬(보정전 VS 보정후) 224

그림 3.4-9. 238U보정된 핵반응 단면적에 대한 불확실도[이미지참조] 224

그림 3.4-10. MC²-3 계산순서(Benchmark 문제 예시) 225

그림 3.4-11. MC²-3를 구성하는 8개의 major functional modules 226

그림 3.4-12. MT＝50~91 반응의 상세[3.4-9] 229

그림 3.4-13. feed function 계산에서 elastic scattering과 discrete inelastic scattering의 차이 비교 229

그림 3.4-14. MC²-3 압축해제 후 폴더 및 파일들 233

그림 3.4-15. Makefile에서 컴파일 옵션 추가 233

그림 3.4-16. 소스코드 컴파일 진행화면 234

그림 3.4-17. 감마 라이브러리 설치 진행화면 234

그림 3.4-18. 중성자 라이브러리 설치 진행화면 235

그림 3.4-19. 코드와 같이 제공되는 reference output 파일들 236

그림 3.4-20. 3.run_benchmark.sh 파일 수정 237

그림 3.4-21. 3.run_benchmark.sh 실행화면 237

그림 3.4-22. 4.compare_output.sh 실행화면 238

그림 3.4-23. 제공된 reference output파일과 비교결과 239

그림 3.4-24. 제공된 reference output파일과 비교결과(계속) 240

그림 3.4-25. DIF3D-VARIANT 전산코드 해석 알고리즘 243

그림 3.4-26. 밴치마크 테스트 문제 31의 중성자속 및 수반중성자속 분포 245

그림 3.4-27. 밴치마크 테스트 문제 34-6의 중성자속 및 수반중성자속 분포 246

그림 3.4-28. REBUS-3 영역별 핵종 수밀도 반복계산 흐름도 248

그림 3.4-29. REBUS-3 주요 서브루틴 계산 흐름도 249

그림 3.5-1. 단순화한 핵연료봉 응력해석의 흐름도 253

그림 3.5-2. Plenum/Fuel 비 및 희석밀도에 따른 피복관 변형율의 영향 256

그림 3.5-3. Plenum/Fuel 비에 따른 설계수명 및 연소도 atm% 제한치의 영향 257

그림 3.5-4. 피복관 중심 온도에 따른 후프 응력 261

그림 3.5-5. 피복관 중심 온도에 따른 CDF 261

그림 3.5-6. 피복관 중심 온도에 따른 열변형율 261

그림 3.5-7. MACSIS 핵연료봉의 기하학적 형태 265

그림 3.5-8. 반사체 후보재료의 EFPD에 따른 반응도 268

그림 3.5-9. 150℃에서 연소에 따른 반사체의 조사 성장 269

그림 3.5-10. 150MWe 원형로 노심 구성도 270

그림 3.5-11. 유량그룹2의 연료봉의 가동일수에 따른 열변형율 영향 272

그림 3.5-12. 유량그룹2의 연료봉의 가동일수에 따른 후프응력 영향 272

그림 3.5-13. 유량그룹2 의 연료봉의 가동일수에 따른 CDF 영향 272

그림 3.5-14. 불확실도를 고려한 HT9 피복관 크리프 파손 강도 274

그림 3.5-15. 연소도에 따른 연료의 연신율 277

그림 3.5-16. 연소도에 따른 핵분열 기체 방출율 277

그림 3.5-17. U-19Pu-10Zr-5MA-5RE 연료에 대한 금속 조직 278

그림 3.5-18. 온도 1100K에서의 연소도에 따른 헬륨 방출 280

그림 3.5-19. 연소도에 따른 plenum 내부 압력 280

그림 3.5-20. 온도 662.7℃에서, 유효 전출력 일수에 따른 제어봉 피복관의 ACCI손상 280

그림 3.5-21. 연소도에 따른 피복관의 후프응력 280

그림 3.5-22. 연소도에 따른 피복관의 파단시간 281

그림 3.5-23. 연소도에 따른 제어봉의 누적손상분율 282

그림 3.5-24. 온도에 따른 ACCI의 성장 284

그림 3.5-25. 온도 545℃에서, EFPY에 따른 차폐체 피복관의 손상 285

그림 3.5-26. 각 온도에서, EFPY에 따른 차폐체 피복관의 손상 286

그림 3.6-1. BFS-76-1A 노물리 실험 평가 전략 287

그림 3.6-2. 1-D 균질화 모델 289

그림 3.6-3. CAN 균질화 모델 289

그림 3.6-4. 제어봉가 및 소듐기화반응도가 측정을 위한 노심 모델 292

그림 3.6-5. 일차제어봉의 단일 제어봉가 293

그림 3.6-6. 일차제어봉 간섭효과 294

그림 3.6-7. 단일 알루미늄봉가 294

그림 3.6-8. 이차제어봉가 295

그림 3.6-9. BFS-109-2 노심 구조 296

그림 3.6-10. BFS-109-2A 노심 구조 297

그림 3.6-11. 수정된 BFS-76-1A 초기 임계도 모델 및 C/E 299

그림 3.6-12. 대상 노심과 예비 Mock-up 모델의 구성 301

그림 3.6-13. 예비 Mock-up 실험 모델에서 반경 팽창 반응도가 실험 방법 301

그림 3.6-14. 누설 반응도 분포 302

그림 3.6-15. 포획 반응도 분포 302

그림 3.6-16. 핵분열 반응도 분포 302

그림 3.6-17. Jacobian법 개요 303

그림 3.6-18. BFS-73-1 노물리 실험 개요 304

그림 3.6-19. 유닛 셀 계산에서 균질화 방법별 포획반응기여도 분포 305

그림 3.6-20. U-235 반경 방향 핵분열 반응 분포 306

그림 3.6-21. U-238 반경 방향 핵분열 반응 분포 306

그림 3.6-22. U-238 축 방향 핵분열 반응 분포 306

그림 3.6-23. U-235 축 방향 핵분열 반응 분포 306

그림 3.6-24. 개정 모델의 반경 방향 구조 308

그림 3.6-25. 개정 모델의 실험봉 구성 309

그림 3.6-26. 개정 모델의 유닛셀 구성 309

그림 3.6-27. MCNP6 모델의 축방향 구조 310

그림 3.6-28. KAERI측 MCNP 모델에 기반한 내부 노심 중심부 중성자 스펙트럼 비교 311

그림 3.6-29. 일차 제어봉가의 누설반응도가 비교 313

그림 3.6-30. 일차 제어봉가의 포획반응도가 비교 313

그림 3.6-31. 일차 제어봉가의 핵분열반응도가 비교 314

그림 3.6-32. 이차 제어봉가의 누설반응도가 분포 314

그림 3.6-33. 이차 제어봉가의 포획반응도가 비교 315

그림 3.6-34. 이차 제어봉가의 핵분열반응도가 분포 315

그림 3.6-35. 소듐기화반응도가의 누설반응도가 분포 317

그림 3.6-36. 소듐기화반응도가의 포획반응도가 분포 318

그림 3.6-37. 소듐기화반응도가의 핵분열반응도가 분포 318

그림 3.6-38. 내부 노심 축방향 팽창반응도가의 누설반응도가 분포 321

그림 3.6-39. 내부 노심 축방향 팽창반응도가의 포획반응도가 분포 322

그림 3.6-40. 내부 노심 축방향 팽창반응도가의 핵분열반응도가 분포 322

그림 3.6-41. 외부 노심 축방향 팽창반응도가의 누설반응도가 분포 323

그림 3.6-42. 외부 노심 축방향 팽창반응도가의 포획반응도가 분포 323

그림 3.6-43. 외부 노심 축방향 팽창반응도가의 핵분열반응도가 분포 324

그림 3.6-44. 전노심 축방향 팽창반응도가의 누설반응도가 분포 324

그림 3.6-45. 전노심 축방향 팽창반응도가의 포획반응도가 분포 325

그림 3.6-46. 전노심 축방향 팽창반응도가의 핵분열반응도가 분포 325

그림 3.6-47. 수정된 제어봉 유닛셀 326

그림 3.6-48. As-built MCNP 모델의 단일 제어봉가 및 오차 329

그림 3.6-49. As-built MCNP 모델의 제어군 제어봉가 및 오차 330

그림 3.6-50. As-built MCNP 모델의 반경 방향 U-235 핵분열반응율분포 및 오차 331

그림 3.6-51. As-built MCNP 모델의 반경 방향 U-238 핵분열반응율분포 및 오차 332

그림 3.6-52. As-built MCNP 모델의 반경 방향 Pu-239 핵분열반응율분포 및 오차 332

그림 3.6-53. As-built MCNP 모델의 반경 방향 Np-237 핵분열반응율분포 및 오차 333

그림 3.6-54. As-built MCNP 모델의 축 방향 U-235 핵분열반응율분포 및 오차 334

그림 3.6-55. As-built MCNP 모델의 축 방향 U-238 핵분열반응율분포 및 오차 334

그림 3.6-56. As-built MCNP 모델의 축 방향 Pu-239 핵분열반응율분포 및 오차 335

그림 3.6-57. As-built MCNP 모델의 축 방향 Np-237 핵분열반응율분포 및 오차 335

그림 3.6-58. As-built 모델의 축 방향 B-10 흡수반응율분포 및 오차(1-9-9L) 336

그림 3.6-59. As-built 모델의 축 방향 B-10 흡수반응율분포 및 오차(5-3-2L) 337

그림 3.6-60. MC²-3/DIF3D 전산체제 338

그림 3.6-61. DIF3D 모델의 단일 제어봉가 및 오차 340

그림 3.6-62. DIF3D 모델의 제어군 제어봉가 및 오차 341

그림 3.6-63. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 반경 방향 U-235 핵분열반응율분포 342

그림 3.6-64. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 반경 방향 U-238 핵분열반응율분포 343

그림 3.6-65. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 반경 방향 Pu-239 핵분열반응율분포 343

그림 3.6-66. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 반경 방향 Np-237 핵분열반응율분포 344

그림 3.6-67. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 U-235 핵분열반응율분포 345

그림 3.6-68. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 U-238 핵분열반응율분포 345

그림 3.6-69. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 Pu-239 핵분열반응율분포 346

그림 3.6-70. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 Np-237 핵분열반응율분포 346

그림 3.6-71. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 B-10 흡수반응율분포(1-9-9L) 348

그림 3.6-72. DIF3D 모델과 As-built MCNP 모델의 축 방향 B-10 흡수반응율분포(5-3-2L) 348