NET 논문 소개
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● 제목 : Development and validation of multiphysics PWR core simulator KANT
● 저자 : 오태석, 정윤석, Husam Khalefih, 김용희
● 원문 : NET Volume 55, pp. 2230-2245, 2023
- □ 가압경수로의 설계 및 분석을 위하여서는 노심을 분석할 수 있는 다물리(multiphysics) 전산 프로그램이 필수적입니다. 본 연구에서의 노심 분석 코드라 함은 핵연료 집합체 단위의 수송계산(transport calculation)을 통하여 얻어지는 다군 단면적(multigroup cross-section)을 활용한 확산이론(diffusion theory)에 기반한 전노심 계산을 수행할 수 있는 프로그램을 지칭합니다 (그림1 참조).
- □ 노심 분석 코드가 필수적으로 가져야하는 기능으로는 원자로의 정상상태(steady-state)에서의 증배계수(multiplication factor) 및 출력분포 계산, 과도상태(transient)에서의 출력변화 및 분포 계산, 그리고 연소(depletion)에 따른 증배계수 및 출력분포 변화 계산들이 있습니다. 상기의 계산들을 수행할 때 필요시 열적궤환효과(thermal-hydraulics feedback)가 고려될 수 있어야 합니다.
- □ 실제 원자로의 분석을 위하여서는 2단계 방법론(two-step analysis)이라 일컬어지는 수송계산(transport calculation)을 통하여 얻어지는 핵연료 집합체 단위의 정보들을 처리 및 이를 토대로 전노심 계산을 수행할 수 있어야 하며, 이를 위하여 등가이론(generalized equivalence theory)에 기반한 불연속인자(discontinuity factor)등이 활용할 수 있어야 합니다.
- □ 본 연구진은 상기의 기능을 모두 포함하는 원자로 분석을 위한 다물리(multiphysics) 노달(nodal) 코드 KANT를 개발하였으며, 여러 벤치마크(benchmark) 문제들을 풀어 계산의 정확성을 확인하고자 하였습니다.
- □ 본 연구에서 개발된 KANT 코드는 중성자 확산방정식(neutron diffusion equation)을 효율적으로 풀기 위하여 격자단위의 가속(CMFD; coarse mesh finite difference)이 적용된 NEM (Nodal Expansion Method) 방법론을 채택하였으며, 열적궤환효과를 모델하기 위하여 집합체 단위의 축방향 열수력 계산을 수행할 수 있습니다.
- □ 또한, 효과적인 2단계 방법론의 적용을 위하여 등가이론 기반의 불연속인자를 적용하였으며, 봉 단위(pin-wise) 출력분포를 재구성할 수 있는 기능을 포함합니다.
- □ KANT 코드로부터 얻어지는 계산결과들을 검증하고자 다양한 벤치마크들을 풀었으며, 보고된 기준해(reference) 및 다른 코드들의 결과들과 비교하여 그 정확성을 입증하였습니다 (그림2 참조)
- □ 본 연구에서는 원자로 분석을 위한 다물리 노달 코드 KANT를 개발하였으며, 다양한 벤치마크들을 통하여 계산의 정확성을 검증하였습니다.
- □ 향후 KANT 코드는 혁신적인 설계가 포함된 가압경수로의 분석 및 부하추종운전(load follow operation)을 포함한 원자로의 운전시나리오 분석등의 연구를 수행하는데 활용될 것으로 기대됩니다 (그림3 참조).
