As a means of maintaining inherent safety features of Molten Salt Reactor (MSR) whilst miniaturizing its size concerning LEU-based MSR, a concept of Molten Salt and Metal Reactor (MSMR) is proposed and investigated in this paper. Unlike the conventional MSRs which exploit molten salt as both fuel and coolant, the MSMR utilizes liquid metal of a uranium alloy and molten salt as its fuel and coolant, respectively. The usage of compacted nuclear fuel renders MSMR to achieve criticality even for the ultra-micro reactor size and results in a higher conversion ratio which enhances the possibility of attaining long-life operation without online reprocessing. In addition, the reduction of initial heavy metal mass implies reduced construction cost that enhances the potential for commercialization. The configuration of the reactor core and enrichment of the uranium fuel are both optimized in order to minimize the reactivity swing while maintaining the feasibility of the long-life operation alongside a drum-type control device for managing the excess reactivity during operation. The calculations are conducted with Monte-Carlo Serpent 2 code with ENDF/B-VII.1 library.
본 논문에서는 저농축우라늄을 연료로 사용하는 용융염원자로를 초소형으로 구현하기 위한 수단으로 용융염-금속 원자로(MSMR)의 개념을 제안한다. 핵연료를 용융염에 녹여 연료 및 냉각재로 이용하는 기존 방식의 용융염원자로와는 달리, MSMR은 우라늄 합금의 액체 금속을 연료로 이용하고, 핵연료를 녹이지 않은 용융염을 냉각재로 이용하는 독특한 방식의 원자로이다. 밀집된 핵연료의 형태로 인해 초소형의 크기로도 임계 달성이 가능하고, 이로 인한 높은 연료 전환비로 인해 실시간 재처리 없이 초장수명의 운용을 가능케 한다. 또한, 적은 초기 연료장전량으로 인해 연료비 절감이 가능하고, 더 용이한 상용화 가능성을 기대할 수 있다. 장수명 운용이 가능한 상태를 유지하며 반응도 차이를 줄이기 위한 최적화된 원자로 노심의 규격과 우라늄 연료의 농축도를 제시하였고, 운전 중 반응도를 제어하기 위한 드럼 형태의 반응도 제어 기기를 설계하였다. 중성자 분석은 몬테카를로 기반의 코드인 서펀트 2를 이용하였으며, 라이브러리는 ENDF/B-VII.1를 사용하였다.
