A Numerical Model for Predicting the Radial Power Profile in CANDU-PHWR Fuel Pellet

CANDU-PHWR 핵연료 소결체의 반경방향 출력분포 수치모형

An accurate and fast running NEDAR model for calculating radial power profile throughout fuel life in both solid and annular pellets for existing and advanced CANDU-PHWR-fuel was developed in this work. This model contains resultant flux depression equations and neutron depression data tables which have been developed for CANDU-PHWR fuel of pellet with the diameter 8.0 to 19.5 mm and enrichment 0.71-6.0 wt % U-235, over a bumup range of 0 to 840 MWh /kgU (35000 MWD/T). In order to obtain the neutron flux distribution in the fuel pellet, the CE-HAMMER physics code was run for a neutron flux spectrum appropriate to a CANDU-PHWR to give predictions of radial power profile for several ranges of fuel design parameters. The results, which were calculated by the CE-HAMMER physics code, were fitted to an equation which is solved in terms of Bessel and exponential functions in order to obtain the parameters, $textsc{k}$, $\beta$ and λ in the resultant equation. The present NEDAR model produce a radial profile which, when normalized to unity at the pellet surface, is slightly higher than the profile of the original ELESIM data table. The predictions of the fission gas release by KAFEPA-NEDAR are in slightly better agreement with the experiments than those of ELESIM. The NEDAR model described in this study has been shown to provide an effective, reliable, and accurate method for determining radial power profiles in CANDU-PHWR fuel rods without incurring a significant increase in computing time.

본 연구에서는 CANDU-PHWR 형 기존 및 개량 핵연료의 원통형 (soild) 및 환상형 소결체에 대하여, 그 핵연료 전 수명 기간동안, 반경방향 출력분포를 정확하고 신속하게 계산하는 NEDAR 모형을 개발하였다. 본 계산모형에는 핵연료소결체의 직경 범위 8.0-19.5 mm, 농축도 범위 0.71-6.0 wt % U-235이고, 계산 가능 연소도범위가 0-840 Mwh/kgU (35000MWD/T)인 한계내에서, 핵연료 반경방향 출력분포결자식 및 열중성자속감소 계산결과자료가 포함되어 있다. CAN-DU-PHWR 형 원자로 중성자속 스펙트럼을 입력자료로 하여, 로물리 전산코드, CE-HAMMER 를 이용하여 핵연료의 각 설계조건 및 소결체의 환별 국부지점에 대하여, 임의로 설정한 기준 연소시점에서 반경 방향 출력 분포를 계산하였다. 이 계산 결과를 토대로 각 환의 평균출력을 구하는 적분법 및 비선형 곡선희귀계산법에 의하여, Bessel 함수와 지수함수의 다항식으로 구성된 반경방향 출력분포 기본 결과식 및 그 계수들이 산출되었다. 본 연구에서 개발된 NEDAR 모형을 이용하여 산출한 반경방향출력분포값을, 핵연료소결체 표면에서의 값을 기본단위로 환산하여 비교하면, 본 의형에 의한 반경방향 출력분포 결과가 기존 ELESIM 전산코드의 결과에 비교하여 약간 높게 나타났다. 소결체의 반경방향의 출력 및 온도분포는 핵분열기체생성물방출과 밀접한 관계가 있으므로, 본 모형을 기존 ELESIM 전산코트의 반경방향 출력분포 계산 모형과 대체한 전산코트, 즉 KAFEPA-NEDAR에 의한 핵분열기체생 생성물방출량 예측치를 기존 ELESIM 전산코드의 예측치와 비교하였다. 여기서 KAFEPA-NEDAR리 예측치가 실험결과 자료에 보다 더 가깝게 접근하였다. 따라서, 본 연구에서 개 발된 NEDAR모형은 과대한 계산시간의 낭비없이 CANDU-PHWR 형 핵연료소결체의 반경방향출력분포를 효율적이고, 신속/정착하게 계산하는 모형임이 입증되었다.