[보고서]장수명 방사성 핵종 핵변환용 하이브리드 원자로 개념 설계

장수명 방사성 핵종 핵변환용 하이브리드 원자로 개념 설계
Conceptual Design of Fusion-Fission Hybrid Reactor for Long-Lived High Level Radioisotopes Transmutation 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	경희대학교 Kyung Hee University
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2014-05
과제시작연도	2013
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
과제관리전문기관	한국연구재단 National Research Foundation of Korea
등록번호	TRKO201400028247
과제고유번호	1345202539
사업명	대학중심핵융합기초연구및인력양성지원사업
DB 구축일자	2014-11-22
키워드	핵융합.블랭킷.폐기물 연소로.연소계산.성능 평가.개념설계.Fusion.Blanket.Transmutation Reactor.Depletion.Performan ce Evaluation.Conceptual Design.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201400028247

초록 ▼

1) 기초 자료 수집 및 분석
- 핵융합 하이브리드 원자로의 다양한 설계안 특성을 비교 평가했음
2) 핵설계 평가모델 개발
- 선행연구에서 완성한 핵설계 방법론을 연소 계산이 가능하도록 MCNPX 2.6.0 사용함
_ MONTEBURNS와 MCNPX 코드 검증을 통해 TBR 계산에서 Li-7의 cross-section이 고려되지 않아 MONTEBURNS는 부적합한 계산 코드임을 검증했음
3) Hybrid Reactor의 개념설계
- KSTAR 토카막을 토대로 Fusion Tokamak 모델의 정립함
- TRU fission core와 FP zone으로 구성된 블랭킷의 핵설계를 함
4) Hybrid Reactor의 설계 성능 평가 및 설계 최적화
- TBR, Energy Multiplication Factor, WTR of MA, WTR of FP 등의 성능 평가지수의 계산 방법을 확립하고 계산함
- 최적 설계를 위한 변수 해석을 연료 종류, 냉각재, 반사체 물질에 대해 수행하였으며 TRU-N 연료, LiPb 냉각재, TiC와 흑연이 결합된 반사체 물질을 사용했을 때 Hyb-WT의 성능이 최적화 됨을 확인
5) 기타 설계안과의 비교 평가
- SABR의 성능과 비교 평가 수행하여 Hyb-WT의 성능이 더 우수함을 확인

Abstract ▼

IV. Research Results
The performance analysis of Hyb-WT with MCNPX and MONTEBURNS1 shows that MONTEBURNS1 may not be a better tool for analyzing hybrid reactor designs, especially for tritium breeding calculations.
There is no significant difference between ENDF/B-VII and JEFF312 calculated performance parameters of Hyb-WT. JENDL32 shows significant difference from ENDF/B-VII for FP transmutation and keff value estimation.
The higher WTR of the TID core reflects economical use of fusion neutrons for TRU transmutation, making the proposed reactor a better design than other hybrid reactors.
Strategy of multi reflector materials gives the best TRU and FP transmutation performance and also enhanced TBR with reduced neutron wall loading and it is a better choice for Hyb-WT reflector.
LiPb appears to be the better coolant option because of efficient and optimized TRU and FP transmutation performance of Hyb-WT with LiPb coolant.
TRU-Mo and TRU-N observed to be a better fuel choice for TRU transmutation.

목차 Contents

표 지 ... 1
제 출 문 ... 2
보고서 요약서 ... 3
요 약 문 ... 4
S U M M A R Y ... 6
C O N T E N T S ... 8
목 차 ... 9
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 11
제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 11
제 2 절 연구개발의 목표 및 성과계획 ... 13
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 15
제 1 절 국내의 기술개발 현황 ... 15
제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 15
제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 27
제1절 Fusion-Fission Hybrid의 예비 조사 연구 ... 27
제2절 Hybrid Reactor for W aste Transmutation의 개념 설계 ... 46
제3절 계산 체계의 타당성 평가 ... 61
제4절 Hyb-W T의 특수 설계안의 특징 ... 76
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 100
제 5 장 연구개발 결과의 활용계획 ... 103
제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술 정보 ... 104
제 7 장 참고 문헌 ... 105
끝페이지 ... 109

표/그림 (89)

표 Dimensions and material composititions of the blanket
표 Neutronic parameters of the blanket
표 Neutronic parameters for the case with initial pure 239Pu
표 Main Parameters of Some Tokamak Devices in China
표 Main parameters of the FEB core
표 The optimized core parameters of sperical tokamak volumetric neutron source
표 Geometrical design of FTWR.
표 FTWR design parameters.
표 Major performance parameters of FTWR.
표 Geometrical design of DWT blanket module
표 Major performance parameters of DWT blanket.
표 SABR (subcritical actinide burner reactor) Blanket configuration.
표 Geometrical design of fuel pin and the fuel assembly of SABR.
표 Schematic of inner (a) and outer (b) blanket with ordering and dimensions of different zones of blanket.
표 Material compositions of materials in different zones of fusion blanket.
표 a
표 Average Mass Densities of material zones in blanket.
표 Atomic number density of nuclides in different material zones of blanket.
표 a
표 a
표 a
표 Fuel cycle and the strategy of TRU and FP waste transmutation in Hyb-WT.
표 Geometric design modeled in MCNPX and material composition of Hyb-WT.
표 Geometrical dimensions of fuel rod, assembly and core.
표 Geometric design of the TRU core, fuel assembly, and fuel pin.
표 Geometric design of the FP zone and FP loading.
표 Variation in keff and fusion power over the burn cycle.
표 Neutron spectrum in TRU and FP zone.
표 TRUs considered in performance evaluation of Hyb-WT.
표 Depletion of loaded TRU over irradiation cycle.
표 Production of TRUs other than initially loaded inventory over irradiation cycle.
표 Production of fission products over the irradiation cycle.
표 Depletion of loaded fission products in FP zone over irradiation cycle.
표 TRU mass transmutation over the burn cycle.
표 FP mass transmutation over the burn cycle.
표 Ingestion and Inhalation toxicity variation of short lived (SL), moderate lived (ML) and long lived (LL) TRU isotopes over the irradiation cycle.
표 The net ingestion and inhalation toxicity (including Zr93) variation of FPs over the irradiation cycle for 30 cm and 50 cm FP zones.
표 The net ingestion and inhalation toxicity (excluding Zr93) variation of FPs over the irradiation cycle for 30 cm and 50 cm FP zones.
표 a
표 Thermal hydraulic properties of Li17Pb83 coolant and temperature distribution in fuel pin.
표 Average temperature distribution in fuel pin.
표 Flow chart of MONTEBURNS
표 Comparison of blanket performance parameters calculated with MONTEBURN and MCNPX.
표 TRU and FP mass burned for different time step sizes of MCNPX burn card.
표 keff at end of cycle for different time step sizes of MCNPX burn card.
표 Comparison of keff calculated with MCNPX and MONTEBURNS for Hyb-WT.
표 %Difference between MCNPX and MONTEBURNS calculated depletion of FP and TRU mass for Hyb-WT.
표 %Difference between MCNPX and MONTEBURNS calculated toxicity of FP and TRU mass for Hyb-WT.
표 Tritium breeding calculated by MCNPX and MONTEBURNS over the irradiation cycle for Hyb-WT.
표 Contents of the ENDF/B-VII.0 library, with ENDF/B-VI.8 shown for comparison [32].
표 The difference (pcm) of JEFF312 and JENDL32 criticality calculation from ENDF/B-VII for Hyb-WT.
표 The percentage difference of calculated TRU and FP mass transmutation and FP production in TRU core (FP(TRU)).
표 The percentage difference of calculated toxicity from JEFF312 and JENDL32 compared with ENDF/B-VII
표 Major neutronic parameters of Hyb-WT predicted by ENDF/B-VII, JEFF312 and JENDL32 library.
표 Geometrical dimensions and fuel composition of heterogeneous and homogenous core designs.
표 Heterogeneous and homogenous core and assembly models of Hyb-WT.
표 Difference between keff of homogenous and heterogeneous core models over the burn cycle.
표 TRU transmutation performance of Hyb-WT with homogenous and heterogeneous core model.
표 Homogenization effect on assembly and core calculations in MCNPX.
표 Geometric comparison of Hyb-WT with (a) TID and (b) pin-type core designs
표 Design parameters of the pin-type and TID cores.
표 a
표 Variations in waste transmutation ratio and burn rate of TRUs over the irradiation cycle for the TID and pin-type core designs of Hyb-WT
표 Neutron spectra in the TRU core and FP zone.
표 Transmuted mass of the moderate- and long-lived TRUs and produced mass of the short-lived TRUs over the burn cycle for the pin-type and TID core designs of Hyb-WT.
표 Transmuted mass of the different TRU inventory isotopes of the pin-type and TID core designs at EOC.
표 Neutronic and performance parameters of Hyb-WT with the pin-type and TID core designs.
표 Toxicity variations of SL-, ML-, and LL-TRUs over the burn cycle for the pin-type and TID core designs of Hyb-WT.
표 Surrounding reflector of Hyb-WT design.
표 Performance parameters of Hyb-WT with different reflector materials.
표 Radial flux profiles of thermal, intermediate, fast and fusion neutrons at the center of TRU core of Hyb-WT.
표 Geometrical design of Hyb-WT.
표 Change in keff value at BOC and EOC with the change of reflector thickness.
표 Variation of TBR and tritium mass production with the change of reflector thickness.
표 Variation in mass transmutation of long lived (LL) and moderate lived (ML) TRU with reflector thickness.
표 Variation in total TRU and FP mass transmutation with reflector thickness.
표 Variation of support ratio (SR) of TRU and FP with reflector thickness.
표 Thermal and physical properties of some renowned coolants used for fusion reactor.
표 Variation in pressure drop (viscosity and MHD) of Li and FLIBE with pipe diameter.
표 TRU core design parameters for the LiPb and Li coolant options.
표 neutron spectrum in TRU core of Hyb-WT for Li and LiPb coolant options.
표 TRU transmutation performance of Hyb-WT for LiPb and Li coolant options
표 TRU transmutation performance of Hyb-WT for LiPb and Li coolant options.
표 a) Detailed geometrical design of HTBM and b) modeled in MCNPX.
표 Performance parameters of HTBM for different fuel types and TiC reflector case with LiPb and Li coolant.
표 Neutron balance table of HTBM for different fuel types and coolants
표 Neutron spectrum for different fuel types with a) LiPb and b) Li coolant in HTBM.
표 Neutron spectrum in HTBM with TRU-N fuel for Li and LiPb coolants with and without TiC reflector.
표 Average distribution of fission and capture reactions in different fuel types after absorption of neutron in TRU nuclides

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