다단계 핵연료 재처리 공정에서의 핵종농도 동특성 해석을 위한 정상상태모델 개발
Development of a Steady State Model for Analyzing the Nuclide Concentration Dynamics in Multi-Fule-Reprocess-Units
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 吳世基
- 발행년도 2004
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
기존의 경/중수형발전로를 대체 또는 보완할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 원자력에너지시스템 개발의 일환으로 토륨핵주기에 기초한 용융염원자로(Molten Salt Reactor)의 일종인 AMBIDEXTER(Advanced Molten-salt Break-even Inherently-safe Dual-missioning EXperimetal and TEst Reactor)원자력에너지시스템 개념의 구현 가능성 및 개발타당성을 실증함을 목표로 연구가 진행되고 있다. AMBIDEXTER 원자로는 원자로시설과 핵주기시설이 결합된 폐쇄핵연료주기로서 방사성물질의 생성, 소멸, 변환, 분리반응이 함께 고려되는 연속공정으로 구성되어있다. 따라서 기기 성능간의 연계성이 매우 높기 때문에 각 기기를 순환하는 방사성 핵종의 성분분포 시간변화율의 상호 종속성이 크므로, 각 구성 기기에서의 단위체적 당 물질수지균형을 기술하는 시간종속핵종농도보존방정식을 하나의 연립미분방정식계로 간략화하여 선형방정식계로 변환하여 방사성 핵종의 성분분포를 예측할 수 있는 전산코드(MULTISAMS)를 개발하였다. MULTISAMS에서는 원자로-열교환기-화학반응기로 구성된 계통 모델의 기기 내 핵종의 생성×소멸반응으로 방사성붕괴, 핵분열분율, 중성자포획, 구조물흡착, 기포내포획 및 재처리화학공정으로 구별하였다. 연결배관은 내부에서 일어나는 반응을 무시하고, 기기 간 연속경계조건으로서의 기능만을 고려하므로 각 기기에서 유입 및 유출되는 유량을 계산할 수 있으며 특정 핵종을 외부에서 장전할 수 있도록 외부공급율을 별도의 항으로 첨가하였다. 선형방정식계의 계수행렬 원소값을 구하기 위해 방사화생성물, 핵분열생성물, 악티나이드로 분류된 총 1006종의 방사성동위원소를 취급하는데, 이들 핵종의 핵적 물성자료는 3종의 핵자료 라이브러리로 제공된다. 먼저 붕괴상수 라이브러리는 각 핵종의 반감기, 붕괴모드, 회수가능 열에너지, 자연존재비, 방사성독성 자료를 포함하고, 핵반응단면적 라이브러리는 (n,g), (n,2n), (n,3n), (n,a), (n,p), (n,fission)와 각 핵분열생성물질의 생성분율상수를, 광자데이터 라이브러리는 핵분열생성물질과 악티나이드의 붕괴 당 방출되는 광자의 에너지를 18군으로 세분하여 제공한다. 기타 열역학적 물성 라이브러리는 필요에 따라 대상 핵종군에 동일한 상수값을 코드에 직접 입력하여 사용하였다. 재처리화학공정은 각 원소의 화학적, 핵적 특성에 따라 불활성기체류, 불활성금속류, 반불활성 금속류, 희토류, 할로겐류, 악티나이드, Pa로 분류하여 고유한 제거율을 적용하므로 반응기의 용량을 모델에 포함하였다. MULTISAMS를 이용하여 열출력 250MW 용융염원자로인 AMBIDEXTER의 주요기기에서의 불활성기체류에 대한 핵종농도를 계산하여 단일 기기 모델을 가정하는 ORIGEN2 계산과 비교적 잘 일치하나 다른 원소군에서는 매우 다른 경향을 보인다. 이는 MULTISAMS가 기기별 모델을 포함하나 ORIGEN은 시스템을 한점으로 다루고 있기 때문인 것으로 판단된다.
more초록/요약
There is a study in progress to materialize and prove the possibility of developing the new nuclear energy system, the AMBIDEXTER (Advanced Molten-salt Break-even Inherently-safe Dual-missioning EXperimetal and TEst Reactor) concept, one of the molten salt reactors based on the thorium nuclear cycle, as a replacement or a compliment of the existing light/heavy water reactors. AMBIDEXTER is a closed nuclear fuel cycle that combines a nuclear reactor and a fuel cycle systems and consists of generation, decay, transmutation process units continuously operated. Since the processing units are connected to run as a single system, the time change rates of radionuclide densities in each equipment is strongly subordinated to each other. Therefore, the time development nuclide concentration equations that model the material balance per each unit volume of the each equipment were approximated to a linear differential a linear equation system. The MULTISAMS code was developed to solve the equation system. In the MULTISAMS, the systematic model that consists of the nuclear reactor the heat exchanger-the includes reactions of the radioactive decay, nuclear fission, neutron capture, structure adsorption, capturing inside a bubble, and chemical reprocessing resident time in the piping system was ignored so as to assume no reactions during transportation. So it can calculate the inflows and outflows of the each equipment and the special nuclide load rates from outside. The total of 1006 types of radioisotope classified into radioactivation deposits, nuclear fission deposits, actinide are used to get a elements ofcoefficient matrix of the linear differential equation system. the nuclear properties of nuclides are provided as a 3 sets of nuclear data libraries. First of all, the decay constant library includes a half-period of each nuclide, decay mode, heat energy that can be recovered, natural count and radioactive virulence and the cross section library provides (n,g), (n,2n), (n,3n), (n,a), (n,p), (n,fission) and the yield fractions fission products for each fissiles, and the photon data library provides photon energy divided into 18 parts of the nuclear fission formation material and the actinide release. The chemical reprocessing units were classified into n groups of the noble gas, noble metal, part noble metal, rare earth element, halogen, actinide, and Pa. Appropriate removal rates for each group were chosen with regard for their chemical and nuclear characteristics. The MULTISAMS calculation of steady state nuclide concentrations for reasonably agreed noble gas in the reactor core of the 250MWth AMBIDEXTER, with that of ORIGEN2 within 10% differences. The predictions by two codes are quite different. The reason anticipated at this moment is that the MULTISAMS code handle the system equipment separately while the ORIGEN2 not.
more목차
목차
제 1 장. 서론 = 1
제 1 절. 에너지시장 동향 및 전망 = 1
제 2 절. 전력산업 구조개편과 문제점 = 4
제 3 절. 원자력의 현황 및 문제점 = 7
제 2 장. 본론 = 10
제 1 절. AMBIDEXTER 핵주기 공정 개요 = 10
제 2 절. SAMS이론 = 13
제 1 항 ORIGEN2 코드의 한계 = 13
제 2 항 정상상태 물질균형 모델 = 14
제 3 절. MULTISAMS 이론 = 19
제 1 항 지배방정식 및 가정조건 = 19
제 2 항 수치해석방법 및 알고리즘 = 22
제 3 항 MULTISAMS 라이브러리 조직 = 25
제 4 항 기타 고려사항 = 29
제 4 절. 검증 시뮬레이션 = 30
제 1 항 원자로-열교환기-화학반응기 모델 = 30
제 2 항 기기별 평형 핵종 농도 및 방사능 강도 = 35
제 3 항 ORIGEN2/SAMS/MULTISAMS 비교분석 = 41
제 3 장. 결론 = 46
참고문헌 = 48
부록 = 50
Abstract = 88
