Modified Neutran Source Multiplication 방법에 의한 AGN-201K 원자로 미임계도 측정

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 이미 2006년도 경희대학교에서 AGN-201에 대하여 적용 평가가 수행된 바 있고 일본의 훗카이도 대학에서 제안한 개선된 중성자 선원 증배 (Modified Neutron Source Multiplication Method, MNSM)방법을 AGN-201K 원자로에 적용하여 다양한 실험 조건에 대해 검증하였다. MNSM방법은 외부 중성자 선원으로부터 생성되는 기본모드와 마찬가지로 고차 모드를 포함하는 중성자 검출기로부터 기본모드를 추출하는 것과 기본 모드와 중성자 중요도 영역에 반응도 삽입으로 인해 야기되는 교란을 위한 공간 보정과정으로 구성되어 있다.
MNSM방법 적용을 위해서는 중성자 계수율 결정을 위한 원자로 실험과 함께 중성자속 계산을 위한 전산코드 체계가 구축되어야 한다. 2006년도 경희대학교에서 PARTISN 코드와 외부 핵자료 라이브러리인 ZZ-KASHIL199N을 타당성을 검증한 바 있다. 따라서 본 논문에서는 선정된 PARTISN 코드와 ZZ-KASHIL199N을 사용해서 다양한 실험에 대한 MNSM방법 적용 검증을 수행하였다. 또한 전산코드로 계산된 방대한 중성자속을 벡터로 계산하여 보정인자를 구해야만 하는데 FORTRAN77언어를 이용하여 보정인자를 계산하는 계산 모듈 개발을 하였다.
원자로 실험은 선원의 위치와 계측기의 위치를 변경하여 총 6 종류의 다른 조건에서 수행되었다. 먼저 평가의 기준이 되는 실험으로 선원이 노심 중앙에 위치하고 계측기는 계측효율이 좋은 위치를 선정하여 AGN-201K원자로의 빔 출구에 위치시켜서 측정하였다. 두 번째와 세 번째 실험은 선원의 위치를 노심과 반사체의 경계면으로 변경하고 실험을 수행하였다. 네 번째와 다섯 번째 실험에서는 선원을 노심의 중앙에 위치하고 계측기의 위치만 변경하여 실험을 수행하였다. 여섯 번째 실험도 마찬가지로 계측기의 위치만 변경하였는데 계측기를 원자로 외부에 위치시켰다. 측정된 결과를 살펴보면 여섯 번째 실험은 오차가 너무 커서 미임계도 평가에서 제외시키고 나머지 다섯 가지 실험으로 미임계도 평가를 수행하였다.
MNSM 방법의 보정인자는 추출 보정인자, 중성자 중요도 영역 보정인자와 공간분포 보정인자로 나눌 수가 있다. 보정인자 평가를 통해 더 큰 미임계 상태일수록 추출보정인자는 약 6%까지 커지는 것으로 확인되었다. 하지만 공간보정인자는 약 0.1~0.2% 정도로 영향이 적었고 중성자 중요도 영역 보정인자는 미미하지만 약 4.5%까지 꾸준히 변화하는 것을 확인하였다. 따라서 추출보정이 전체적인 보정효과에 크게 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
다양한 실험에 대한 미임계 평가를 위해 크게 두 분류로 나누어 평가를 수행하였다. 먼저 선원의 위치를 변경했을 때 MNSM방법이 NSM방법보다 약 3%정도 오차가 적은 것이 확인되었다. 하지만 계측기의 위치를 변경했을 때 MNSM방법과 NSM방법은 차이가 없는 것을 확인하였다.
또한 보정인자들의 보정효과에 대한 평가를 위해 NSM방법과 MNSM방법의 적분제어봉가를 평가하였다. 이 결과 선원 위치가 변할 때는 보정효과가 있는 것으로 확인되었고 계측기의 위치가 변경에 대해서는 보정효과가 없는 것으로 확인되었다. 이는 선원 위치 변경되면 고정 선원 중성자속의 영향으로 기본모드 추출에 의한 보정효과가 크다는 것을 의미한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, Modified Neutron Source Multiplication method(MNSM) which was verified by the various experiments in AGN-201K reactor, Kyung Hee University. This method was tested by computational simulation by Toon, Kyung Hee University in 2006. MNSM apply two kinds correction on the experimental results, one is concerning the extraction of the fundamental mode from higher modes which comes from an external neutron source perturbation, and the other is concerning the spatial corrections for perturbations induced by a reactivity addition.
In other to calculate correction factors, reactor analysis code system should be set up for the calculation of neutron fluxes and adjoint fluxes. In 2006, PARTISN code and multi-group cross-section library, ZZ-KASHIL199N was established abd validated by the comparison with MCNP. In this study, calculation modues for correction factors was invented by using the FORTRAN77 language to handle massive data of flux output from PARTISN code.
In order to test the correction factor effectiveness, various reactor condition was tested by six kinds of experimental conditions. As a reference experiment, a neutron source multiplication method was done under the condition of source at the core center and detector at the reflector zone in beam port. The second and third experiments were done with different source position. The forth through sixth experiments were done changing the detector position with source point at the center.
Corrction factor of MNSM method can be divided as extraction correction factor, neutron importance field correction factor and spacial distribution correction factor. By evaluation of correction factors, more subcritical state was confirmed the extraction correction factor was increased up 6%. But spacial correction factor had small effect in the range of 0.1~0.2% and neutron importance distribution correction factor was continuously increased until 4.5%. Thereforer it was found that correction factors are effective in this reactor.
The effctiveness of correction was tested for different perturbations, one from different source locations and the other from different detector location. It was studied that MNSM can reduce error by about 3% compared with NSM method did not have any effects when the detector position was changed.
In addition, integral reactiveity of MNSM method was studied with NSM method for confirming the correction effects. In case of source position change only there was a correction effects. In case of source position change only there was a correction effect. This means that correction effect of extraction fundamental mode by fixed source flux following the position of source is not negligible because reactor is very sensitive to the external source.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목표 4
• 1.3 국내·외 연구 현황 5
• 1.3.1 미국의 연구 현황 5
• 1.3.2 일본의 연구 현황 7
• 1.3.3 한국의 연구 현황 8
• 제 2 장 개선된 중성자 선원 증배 방법의 이론 10
• 2.1 전통적인 중성자 선원 증배 방법 11
• 2.2 개선된 중성자 선원 증배 방법 13
• 2.2.1 MNSM 방법의 이론식 13
• 2.2.2 기본모드 추출 과정 15
• 2.2.3 미임계도와 중성자 증배 19
• 2.2.4 보정인자 계산 과정 22
• 제 3 장 전산시스템 및 평가대상의 특징 26
• 3.1 전산시스템 26
• 3.2 평가 대상의 특징 29
• 3.2.1 미임계도 평가대상 29
• 3.2.2 AGN-201K 원자로의 특징 30
• 3.2.3 AGN-201K 원자로의 코드 묘사 34
• 3.2.4 PARTISN 코드 계산의 결과 36
• 3.2.5 보정인자 계산 모듈 개발 41
• 제 4 장 원자로 실험절차와 실험방법 42
• 4.1 원자로 실험절차 43
• 4.2 원자로 실험 결과 49
• 제 5 장 다양한 실험에 의한 NSM과 MNSM방법론의 평가 56
• 5.1 미임계도 평가를 위한 자료 56
• 5.2 다양한 실험에서의 MNSM 방법을 이용한 미임계도 평가 59
• 5.2.1 미임계도 평가 절차 59
• 5.2.2 개선된 중성자 선원 증배 방법에 필요한 보정인자 61
• 5.2.3 개선된 중성자 선원 증배 방법을 적용한 미임계도 평가 66
• 제 6 장 결론 71
• 참고문헌 73
• ABSTRACT 75
• 감사의 글 77
• 부록 A. 중성자속 계산을 위한 PARTISN 코드 입력문 79
• 부록 B. 중성자속 계산을 위한 PARTISN 코드 출력문 130
• 부록 C. PARTISN 코드 중성자속 출력자료인 edtogx 135
• 부록 D. 보정인자 계산 모듈의 입력문 136