고리2호기 사용후핵연료 저장조 조밀저장대 중성자 흡수체 영향 평가 = Assessment of Neutron Absorber Effects for Densified Spent Fuel Storage Racks in the Kori Unit 2 Spent Fuel Pool

국문 초록 (Abstract)

고리2호기는 2025년 11월 계속운전 허가를 받아 2033년 4월까지 연장운전이 가능하게 되었다. 그러나 약 40년 동안의 운전 결과 고리원자력본부 전 호기의 사용후핵연료저장조(이하 저장조) 포화 시점이 2028년으로 예상된다. 대안으로 부지 내 건식저장시설을 건설중이며 2030년 완공 예정이다. 고리2호기 저장조의 조밀저장대로의 변경하여 저장조 포화로 인한 운영 중단 방지가 필수적이다. 본 연구의 목적은 조밀저장대 적용으로 동일 수조 면적에서 저장용량을 높이되, 임계 안전기준을만족하는 저장대를 설계하는 데 있다.
저장조의 임계도를 평가하기 위해 연속에너지 몬테카를로 코드(MCS)를 사용하였다. 저장조는 신연료·비상연료 등 모든 핵연료를 저장할 수 있는 영역(Region 1)과 최소연소도 기준을 만족하는 연료만 저장가능한 장기 저장 영역(Region 2)으로 구분하였다. 영역 1은 고리2호기 FSAR 기준 최대농축도(5wt%)의 신연료가 저장가능한지 평가하였으며, 영역 2는 사용후핵연료의 초기농축도에 따른 저장 가능 연소도를 평가하여 저장가능 곡선을 제시하였다. 또한 가이드 튜브 내 중성자 흡수봉을 삽입하여 연료 집합체 사이의 간격을 줄이는 방법을 제시하였다.
결론적으로 설계된 조밀저장대는 FSAR 임계도 설계 제한치(keff≤0.95)를 만족하면서 영역 2 저장가능 연소도 범위와 총 저장용량이 증대되었고 2028년 예상 포화와2030년 건식저장시설 가동 사이의 발전소 운영 중단 위험을 방지하는 실질적 대안이 될 수 있음을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In November 2025, Kori Unit 2 received approval for continued operation, extending its operating license until April 2033. However, after nearly 40 years of operation, the spent fuel storage pools of all units at the Kori Nuclear Power Site are projected to reach their storage capacity in 2028. As an alternative, an on-site dry storage facility is under construction, with completion scheduled for 2030. To avoid a plant shutdown due to spent fuel pool capacity limitations during this period, it is essential to replace the existing racks in the Kori Unit 2 pool with high-density storage racks. This study aims to design a dense storage rack that increases storage capacity within the existing pool footprint while satisfying criticality safety criteria.
The criticality of the pool was evaluated using the MCS continuous-energy Monte Carlo code. The pool was divided into Region 1, which can accommodate all fuel types including fresh and emergency fuel, and Region 2, a long-term storage region restricted to fuel assemblies that satisfy a minimum burnup requirement. For Region 1, we evaluated whether fresh fuel with the Kori Unit 2 FSAR maximum enrichment of 5 wt% can be stored. For Region 2, we assessed the allowable burnup as a function of the initial enrichment of spent fuel and derived the corresponding allowable storage burnup curve. In addition, we proposed a method to reduce the spacing between fuel assemblies by inserting neutron absorber rods into the guide tubes.
Consequently, the designed dense rack satisfies the FSAR criticality design limit (keff ≤ 0.95), while increasing both the allowable burnup range in Region 2 and the total storage capacity. These results indicate that the proposed design can serve as a practical option to prevent interruption of plant operation between the projected pool capacity limit in 2028 and the start of dry storage operation in 2030.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목표 1
• 1.2 사용 코드 4
• 1.3 규제기준 5
• 1.4 고리 2호기 일반 사항 7
• 2. 영역 1 설계 및 임계해석 9
• 2.1 영역 1 일반사항 9
• 2.2 영역 1 임계해석 적용 및 가정사항 10
• 2.3 영역 1 저장대 구성 11
• 2.4 영역 1 공칭조건k(CALC)의 임계해석 13
• 2.5 임계해석 방법에 따른 계산 편차(k(BIAS)) 21
• 2.6 영역 1 불확실도 계산 22
• 2.7 영역 1 저장대 임계해석 결과 24
• 3. 영역 2 설계 및 임계해석 25
• 3.1 영역 2 일반사항 25
• 3.2 영역 2 임계해석 적용 및 가정사항 27
• 3.3 사용후핵연료 조성을 위한 연료 연소 28
• 3.4 영역 2 저장대 설계 29
• 3.5 영역 2 핵연료 및 저장대 불확실도 계산 31
• 3.6 영역 2 사용후핵연료 연소 불확실도 계산 33
• 3.7 영역 2 안내관 중성자 흡수체 영향 평가 35
• 3.8 영역 2 공칭조건(k(CALC))의 임계해석 39
• 3.9 영역 2 임계해석 결과 및 저장대 설계 40
• 4. 결론 43
• 참고문헌 44
• Abstract 45
• 감사의 글 46