Chapter 5. Conclusions
5.2 Recommendations
In the present study, the coupled code system CUPID/nTER was established for high-fidelity reactor core simulation to address the operational challenges and the validation of the coupled code was progressed. The prediction of critical boron concentration was improved by considering fuel burnup through the implementation of the modified NFI model.
For the further improvement of the established coupled code system, sensitivity analysis against physical models such as gap conductance model and fuel rod material property correlations should be progressed. In addition, to achieve higher accuracy in the prediction of fuel rod behavior, fuel performance code can be included in the coupled code system.
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국문초록
최근 가동 원전 및 노심 설계 단계에서 직면하는 문제들에 대하여 고정밀 해석을 기반으로 안전여유도에 대한 신뢰도 증진을 위한 노력이 진행되고 있다. 특히 원자로 노심의 성능을 제한하는 주요 안전 관련 이슈로는 핵연료봉 주위의 크러드 침적에 의해 발생하는 축방향 출력분 포 이상과 사고 상황 시 피복재의 건전성 등이 있으며 이와 같은 현상 들에 대한 고정밀 해석 수행을 위해 국부 현상을 모사할 수 있는 정밀 한 모델링과 열수력, 노물리, 그리고 핵연료 해석 등을 아우르는 다물리 코드 간의 연계가 요구된다. 이러한 배경을 바탕으로 다양한 기관에서 고정밀 다물리 해석 체계 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며 미국 CASL 프로젝트의 VERA가 대표적이다.
노심 다물리 해석 체계 내에 열수력 해석에는 적용성 및 신뢰도 측 면에서 부수로 코드가 널리 활용되고 있다. 본 연구의 선행 연구에서는 한국원자력연구원에서 개발한 이상유동 열수력 해석 코드 CUPID의 부 수로 해석 능력 확장을 위한 연구가 진행되었으며 그 과정에서 부수로 모델 개선 및 봉다발 실험 대상 검증이 수행되었다. 이어 본 연구에서 는 CUPID 코드의 부수로 해석 성능을 활용하여 가동 원전에서 발생할 수 있는 노심 성능 및 안전 관련 현안에 대한 고정밀 해석을 수행하고
자 하였다. 따라서 본 연구의 목표는 CUPID와 전노심 중성자 수송 코
드 nTER를 활용한 노심 부수로-중성자 수송 연계 체계 수립 및 검증을 수행하는 데 있다.
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CUPID와 nTER는 연계 변수 교환을 통한 외재적인 방법으로 연계되
었다. CUPID는 부수로 단위의 냉각재 온도와 밀도, 핵연료봉 소결체의
중심 및 표면온도, 피복재 온도, 그리고 안내관 온도를 전달하며 nTER 는 봉 단위 출력과 핵연료의 연소도를 제공한다. 연계 변수의 교환은 소켓 통신 기반 서버 프로그램을 매개로 하여 진행되며 서버 프로그램
은 변수 교환 과정에서 격자 보정을 수행하고 nTER의 수렴 여부를 확
인한다. CUPID/nTER 연계 체계는 Picard iteration을 통해 다물리 해석을 수행하며 nTER가 수렴에 도달하면 계산이 종료된다.
CUPID/nTER 연계 체계의 적용 가능성을 시연하기 위해 가동 원전
인 신고리 1호기 (OPR-1000)와 신고리 3호기 (APR-1400)를 대상으로 주
기 초 (BOC) 계산을 수행하였다. 해석 결과 BOC 가동 조건에서의 열수
력 인자 (냉각재 및 핵연료 온도, DNBR)와 출력 분포, 그리고 임계 붕 소 농도를 얻을 수 있었다.
이후 연계 코드의 검증을 위하여 VERA 벤치마크와 BEAVRS 벤치마 크를 대상으로 제 1주기 연소 계산을 수행하였다. 이때 핵연료 연소도 증가에 따른 소결체 열전도도 저하 현상을 고려하기 위해 NFI 모델을
도입하여 CUPID의 핵연료봉 열전도 방정식에 반영하였다. 기존
MATPRO-11 상관식과 NFI 모델을 이용하여 해석한 결과를 비교하였을
때 소결체 중심온도 결과에 상당한 차이가 발생함을 확인하였고 이를 통해 핵연료의 연소도가 연계 해석 결과에 미치는 영향과 핵연료 물성 치 모델 정확도의 중요성을 확인하였다. 또한, W-3 상관식을 이용한
DNBR 계산을 통해 연소 진행에 따른 최대 국부 열속의 감소로 최소