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현재 조사후 핵연료로부터 방출되는 붕괴열의 계산에서 사용되는 방법은 대부분이 수치적분적인 방법을 사용한다. 그 대표적인 예가 ORIGEN2 Computer Code 에서 사용되는 방법이며 이러한 방법은 정확한 값을 구하기 위해서는 많은 계산시간을 요구하며 또한 원자로 냉각 시간이 긴 경우에는 전체시간을 아주 많은 갯수의 시간 간격으로 나누어 계산해야 한다. 따라서 ORIGEN2에서는 가능하면 Secular 또는 천이평형 근사를 함으로써 시간 간격 갯수를 줄이려고 한다. 이러한 단점을 없애기 위해서 본 연구에서는 Fission Products에 대해서는 역붕괴반응이 없다는 가정을 하고 Actinide에 대해서는 정붕괴반응과 역붕괴반응의 ...

현재 조사후 핵연료로부터 방출되는 붕괴열의 계산에서 사용되는 방법은 대부분이 수치적분적인 방법을 사용한다. 그 대표적인 예가 ORIGEN2 Computer Code 에서 사용되는 방법이며 이러한 방법은 정확한 값을 구하기 위해서는 많은 계산시간을 요구하며 또한 원자로 냉각 시간이 긴 경우에는 전체시간을 아주 많은 갯수의 시간 간격으로 나누어 계산해야 한다. 따라서 ORIGEN2에서는 가능하면 Secular 또는 천이평형 근사를 함으로써 시간 간격 갯수를 줄이려고 한다. 이러한 단점을 없애기 위해서 본 연구에서는 Fission Products에 대해서는 역붕괴반응이 없다는 가정을 하고 Actinide에 대해서는 정붕괴반응과 역붕괴반응의 붕괴사슬에서 궤환사슬이 없다는 가정하에서 각 핵종들 간의 해석적 관계식을 이용해서 임의의 시간에서 핵 붕괴열을 계산하는 방법을 개발했다. 해석적 관계식은 각 핵종마다 독립적으로 붕괴사슬로서 표시되기 때문에 그 계산시간은 핵종수에 거의 선형적으로 비례한다고 할 수 있다. 계산시간을 더욱 줄이기 위해서 어떤 원자로에 대해서 단한번 붕괴사슬을 구하고 따로 저장해 둔다. 그런후 문제에 따라 다시 불러 해석적 관계식만 쉽게 계산하여 붕괴열을 계산한다. KIGEN이라는 컴퓨터 프로그램에 이 방법을 전산화 하였다. 이 방법을 대표적인 가압 경수로에 적용하고 그 결과를 ORIGEN2 결과와 비교해 보았는데 아주 잘 일치함을 알았다. Fission Products에 대해서는 냉각시간 $10^7$ 년까지 상대오차가 0.5\%정도 였으며, Actinides에 대해서는 냉각 시간 $10^4$ 년까지는 상대오차가 1\%정도 였으나 그후 부터는 급격히 증가함을 보였다. 그 이유는 현 상태의 KIGEN은 일부의 역($\alpha$)붕괴반응, 정($\beta^-$)붕괴 반응을 붕괴사슬에 포함하지 않았기 때문이며 이 제약은 앞으로 개선할 계획이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of the methods that are currently used in decay heat calculation are based on numerical integration methods. These methods require computer times in providing accurate result. A typical example is the ORIGEN2 computer code. In numerical integration methods, we need to divide entire cooling time...

Most of the methods that are currently used in decay heat calculation are based on numerical integration methods. These methods require computer times in providing accurate result. A typical example is the ORIGEN2 computer code. In numerical integration methods, we need to divide entire cooling times into small time steps to get accurate solutions. Thus, for long cooling times we need to have many time stepss. In particular, ORIGEN2 uses secular or transent equilibrium approximation whenever possible to reduce the number of time steps. To eliminate these shortcomings, in this study we find the decay heat at any time of interest after shutdown by evaluating analytic relations that are derived based on the assumption of no backward decay reactions in the case of fission products and on the assumption of no cyclic (feedback) chains in the mixture of forward ($\beta$ -) reactions and backward($\alpha$) reactions in the case of actinides. The analytic relations are obtained for each nuclide in terms of decaychainpatsh. Thus the computer time to evaluate the analytic relations are approximately linearly proportional to the number of the nuclides. To reduce further the computer time, the decay-chain-paths are constructed only once for a chosen reactor model and stored in an external file. This file is called in and evaluated easily be the analytic relations to obtain decay heat for different cases. This method has been computerized in a program called KIGEN. The method was applied to the decay heat calculation of a typical pressurized water reactor and its resuts were compared with those of ORIGEN2. The agreement between the two results is excellent. For fission products the relative errors are less than 0.5\% until cooling times of $10^7$ years. For actinides they are less than 1\% for cooling times of $10^4$ years, but thereafter they increase rather rapidly due to the fact that the current version of KIGEN considers only part of backward ($\alpha$) decay reactions and forward ($\beta^-$) reactions. This will be improved in a future study.

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