LEU+ 핵연료를 이용한 OPR1000 24개월 장주기 설계 가능성 연구 = OPR1000 24-month cycle Loading pattern Design and Economic Evaluation

국문 초록 (Abstract)

대한민국 정부는 차세대 원자력을 12대 국가전략기술에 포함하고, 초격차 기술 확보를 목 표로 핵심 소재/부품의 국산화를 추진하고 있다. 그중, 차세대 핵연료[1] 개발(LEU+)은 현행 3~5% 농축도에서 최대 10% 까지 농축도를 높이는 기술로서 기존 원전에만 아니라, 소형 모듈 원자로(SMR) 및 첨단 원자로 설계의 핵심이 되는 기술이다. LEU+ 핵연료를 기존 원자 력발전소에 활용하게 되면, 원전 운전 주기 연장을 통해, 경제성을 극대화할 수 있으며, 사 용후핵연료 발생량을 대폭 감소할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 LEU+ 핵연료를 이용하여 한국 표준형 원전(OPR1000)의 기존 18개월에서 24개월 주기로의 노 심 설계로 확장이 가능한지 살펴보고, 장주기 노심에 효율적인 가연성흡수체 Erbium과 기존 가연성흡수체인 Gadolinium의 효과를 비교검토 하고자 한다.
한빛3호기의 1~2주기 핵설계보고서를 바탕으로 3주기부터 10주기까지는 GUARDIAN 연료를 장전하여 평형 노심을 설계하고, 11주기부터는 우라늄 농축도를 4.65%에서 5.95%로 상향한 신연료를 69다발씩 장전하였다. 13주기에는 LEU+ 핵연료로 전 노심이 장전되었으며, 14주기까지 24개월 장주기 노심을 설계하였다.
결론적으로 5.95% 농축도로 상향한 LEU+ 핵연료를 이용하여 24개월 장주기 노심 설계가 가능함을 확인하였고, Erbium을 사용한 노심과 Gadolinium을 사용한 노심을 비교한 결과, 단 기적 관점으로는 Gadolinum이 장기적인 관점으로는 Erbium이 장주기 노심에 적합할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Korean government is promoting the localization of core materials/parts with the aim of including next-generation nuclear power in the 12 major national strategic technologies and securing super-gap technologies. Among them, the next-generation nuclear fuel development (LEU+) is a technology that increases the concentration from the current 3-5% concentration to up to 10% and is the core technology not only in existing nuclear power plants but also in small module reactors (SMR) and advanced reactor design. If LEU+ nuclear fuel is used in existing nuclear power plants, it is expected that economic feasibility can be maximized by extending the operation cycle of nuclear power plants and the amount of spent nuclear fuel generated can be significantly reduced.
In this study, we examined whether it is possible to expand the core design of the Korean Standard Nuclear Power (OPR1000) from 18 months to 24 months using LEU+ nuclear fuel, and compared and reviewed the effects of Erbium, a combustible absorber that is efficient for long-term core, and Gadolinium, an existing combustible absorber.
Based on the 1st to 2nd cycle nuclear design report of Hanbit Unit 3, the equilibrium core was designed by loading GUARDIAN fuel from cycle 3 to cycle 10, and from cycle 11, 69 bundles of new fuel were loaded, raising the uranium concentration from 4.65% to 5.95%. In the 13th cycle, the core was loaded with LEU+ nuclear fuel, and the long-term core was designed for 24 months up to the 14th cycle.
In conclusion, it was confirmed that a 24-month long-cycle core design is possible using LEU+ nuclear fuel, which has been raised to 5.95%. Gadolinium, which can be shared with the existing core, is suitable from a short-term perspective, but from a long-term perspective, it is judged that Erbium is even more suitable.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목표 1
• 1.2 사용 코드 2
• 1.3 노심 특성 3
• 1.4 요구사항 4
• 2. 노심 장전모형 설계 5
• 2.1 STREAM/RAST-K 코드 검증 5
• 2.2 1 ~ 2주기 노심 장전모형 설계 6
• 2.3 3 ~10주기 노심 장전모형 설계 8
• 2.4 24개월 장주기 노심 장전모형 설계 11
• 2.4.1 가연성흡수체 Erbium 농축도 탐색 11
• 2.4.2 24개월 장주기 노심 장전모형 탐색(가연성흡수체 : Gd) 18
• 2.4.3 24개월 장주기 노심 장전모형 탐색(가연성흡수체 : Er) 21
• 3. 종합 비교평가 24
• 3.1 24개월 장주기 노심 장점모형 설계 결과 24
• 3.2 출력첨두계수(Fxy) 비교 25
• 3.3 Core Average Burnup 비교 26
• 3.4 주기연소도 비교 27
• 3.5 유효전출력일 비교 28
• 3.6 최대 연료봉 연소도 비교 29
• 4. 결론 30
• 참고문헌 32
• 부록 34
• Abstract 40