전노심 수송계산용 다군 핵자료 통합 생산체계 구축

Abstract

전노심 수송계산 코드 nTRACER의 고유 핵자료 라이브러리를 생산하기 위한 첫 단계로 다군 핵자료 통합 생산체계를 구축하였다. 이 생산체계의 핵심은 공명 인자 생산에 필요한 유효 반응단면적을 생산해 주는 초미세 에너지군 감속계산 코드인데 먼저 다군 충돌확률법을 이용하여 감속계산 코드 EXUS를 제작하고, 몬테칼로법을 이용한 감속계산 모듈을 추가하여 충돌확률법이 가지는 형상 제한을 극복하였다. 몬테칼로 감속계산 시에는 상향산란을 고려한 정확한 산란 모델을 구현하였다. 또한 에너지군별 반응단면적 생산 시 사용자 입력에 의해 유입산란을 보전한 수송 보정을 할 수 있도록 B1 해법을 구현하였다. 이 생산체계는 세 단계로 구성했는데 첫 번째 단계에서는 NJOY 코드체계를 사용하여 기본적인 다군 반응단면적 자료를 생산하고, 두 번째 단계에서는 초미세군 감속계산을 통해 공명영역 유효 반응단면적을 생산하며, 마지막 단계에서는 기본 반응단면적 자료와 공명영역 유효 단면적 자료 등을 종합하여 nTRACER 핵자료집 파일을 생산하도록 하였다. 한편 감속계산에서는 연속에너지 몬테칼로 코드인 McCARD를 사용하는 기능도 추가하였다. 또한 핵종 별로 생산한 자료를 종합하여 하나의 최종 파일로 만드는 기능을 구현하였으며 미비한 자료를 다른 라이브러리에서 빌려 쓸 수도 있도록 하였다. 감속계산 코드의 검증을 위해 원통형 연료봉에 대해 EXUS의 충돌확률법 모듈과 몬테칼로법 모듈을 이용해 감속계산을 수행하고, 기존에 사용해오던 RMET21 코드와 비교하여 정확성을 평가하였다. 이 과정에서는 계산된 초미세군 스펙트럼을 이용하여 구한 유효 반응단면적을 McCARD 코드의 계산을 통해 구한 기준값과 비교하여 정확성을 확인하는 단계도 추가하였다. 이렇게 구축한 다군 핵자료 통합생산체계를 이용하여 ENDFB/ VII 핵자료집을 기반으로 중요 핵종에 대해 핵자료를 생산하고 OPR1000 노심의 봉세포, 집합체 문제를 해석하여 생산한 라이브러리의 건전성을 평가하였다. 평가결과는 McCARD 해를 ii 기준으로 할 때 무한증배계수의 오차가 150 pcm 수준으로 나타나 이 핵자료 생산체계가 적절하게 구축되었음을 확인하였다. 한편, McCARD 기반 공명인자 생산 방법을 통해 상향산란 효과가 고려된 공명 인자를 생산하고 이를 연료봉, 집합체 및 노심에 대해 문제에 적용해 기존의 경우보다 약 10% 정도 도플러 효과가 강화되는 것을 검증하였다. 반면, 유입산란 보전 방식으로 수송효과가 보정된 수소의 경우 1 MeV 이상 에너지 영역에서 기존의 유출산란 보정 방식에 비해 2배가 넘게 수송 단면적이 증가됨을 확인하였다. 이렇게 증가된 수소의 수송 단면적이 중성자 누설을 상당히 억제하는 효과가 있음을 B&W 임계 문제, 소형 노심 문제 등을 풀어 입증하였다. 마지막 검증계산으로는 OPR1000 집합체 및 노심에 대한 nTRACER 연소계산을 수행하였다. 집합체 연소계산 결과는 CASMO 코드 해와 비교하여 주기 초에 비슷한 경향을 보임을 확인하였다. 그러나 연소 주기에 따른 무한증배계수 차이가 증가하여, 주기 말에는 약 1000 pcm의 오차를 기록하였으며 이는 연소 진행에 따른 239Pu의 수밀도 차이에서 발생한 것으로 판단하였다. 한편, 노심 연소계산을 통해 결정된 임계붕산농도를 실측값과 비교하여 평가해 본 결과 새로이 생산된 핵자료가 기존 라이브러리에 비해 약 30 ppm이상 더 정확함을 확인하였다.