Mechanical and Thermal Analysis of Oxide Fuel Rods

가압수형 인자로에 사용되는 이산화우라 핵연료통의 역학적 열적설계 및 성능 분석을 위한 종합적 전산 코드가 개발되었다. PROD 1.0으로 명명된 이 코드에는 연료소자에서 반경 방향으로의 출력 침체, 연료소자의 균열, 고밀화 및 팽창, 핵분열기체의 방출, 피복관의 크립, 냉각수에 의한 열전달 및 부식층의 형성 둥의 제반 현상이 고려되었다. 이 FROD 1.0 코드로써 이차원적 온도 분포, 변형도, 응력 및 피복관 내압 등이 연소시간의 함수로서 적절한 전산 시간이내에 산출된다. 이 코드는 또한 종류가 다른 열중성자로에 쓰이는 산화 연료에도 응용필 수 있다. FROD 1.0의 응용으로서 원자로의 정상가동 상태와 미국 원자력학회 분류의 제 2상태에 해당하는 두 가지의 출력 경로에 더하여, 고리 원자력 발전소 1호기의 초기 노심에 장전된 핵연료봉의 연소특성을 예측하였다. 예측결과는 최종 안전 심사 보고서에 기술된 핵연료봉 설계기준과 비교되었으며 둘 사치의 차이점이 논의되었다.

An integral computer code has been developed for a mechanical and thermal design and performance analysis of an oxide fuel rod in a pressurized water reactor. The code designated as FROD 1.0 takes into account the phenomena of radial power depression within the pellet, cracking, densification and swelling of the pellet, fission gas release, clad creep, pellet-clad contact, heat transfer to coolant and buildup of corrosion layers on the clad surface. The FROD 1.0 code yields two-dimensional temperature distributions, dimensional changes, stresses, and internal pressure of a fuel rod as a function of irradiation time within a reasonable computation time. The code may also be used for the analyses of oxide fuel rods in other thermal reactors. As an application of FROD 1.0 the behavior of fuel rod loaded in the first core of Go-ri Nuclear Power Plant Unit 1 is predicted for the two power histories corresponding to steady state operation and Codition II of the ANS Classification. The results are compared with the design criteria described in the Final Safety Analysis Report and a discrepancy between these two values is discussed herein.