A percolation model is proposed to determine the interlinkage fraction of intergranular pores in the restructured and cracked fuel following irradiation at high temperature under steady-state condition. A fuel rod is simulated as a large hexagon which consists of many small hexagonal grains. The fuel rod is divided into four zones having different morphological and thermal properties, of which boundaries are calculated by critical temperatures. Grain size grown during irradiation is calculated using the FASTGRASS code and is used to calculate the number of hexagonal rings in zones. It is assumed that there is a circumferential crack at each zone boundary and radial cracks dividing zones radially. The algorithm for calculation of the pore interlinkage fraction (PIF) includes several steps; checking the site-occupancy, labeling the occupied sites, checking the site's connectivity to the nearest occupied sites, and counting the number of sites in the cluster connected to the free space. The Monte Carlo method is used for checking site-occupancy and the Hoshen-Kopelman method is applied to labeling. The site occupation probability is assumed to be the ratio of the current swelling to the maximum fractional swelling of pores in the grain edge, which is approximately 8.7%. The proposed model provides zone-dependent PIFs as a function of the site occupation probability.
Comparisons of the calculated results with experimental data including the AECL-2230,CBX fuel rod of fractional gas release are done by replacing the PIF function in the FASTGRASS code with the calculated zone-dependent PIFs. Restructuring with cracks is found to affect fission gas release significantly. The calculated fission gas release as a function of linear heat rate shows better fitting to the experimental data than the simple model in the FASTGRASS code. The fission gas release is also sensitive to the maximum fractional volume swelling. The main advantage of this model is to treat the interlinkage phenomena in the grain boundaries more realistically than the single PIF correlation and to take into account grain growth and cracks parametrically.
고온의 정상상태에서 조사(Irradiation)된 후 재조직(Restructuring)과 균열(Crack)이 일어난 핵연료 내에서 결정립 외부 간극의 상호 연결 분율을 결정할 수 있는 퍼콜레이션 모델을 개발하였다. 핵연료봉은 다수의 작은 정육각형 결정립들로 구성된 큰 정육각형으로 모의한다. 핵연료봉은 형상과 열적 특성이 다른 네 개의 영역으로 구분하고 그 경계 위치를 임계온도로부터 계산한다. 조사 중에 성장한 결정립의 크기는 FASTGRASS 코드를 사용하여 계산하며, 이로부터 영역내 정육각형 링의 개수를 계산한다. 간극의 상호 연결 분률 (PIF)을 계산하는 알고리즘에는 다음 여러 단계 - Site의 채워짐 여부 확인, 채워진 Site의 변호 부여, 인접 Site와의 연결 여부 확인, 자유 공간에 연결된 클러스터 (Cluster)에 포함된 Site들의 계수 - 가 포함되어 있다. 몬테카를로 방법을 사용하여 Site의 채워짐 여부를 점검하고 Hoshen-Kopelman 방법으로써 번호를 부여한다. Site가 채워질 확률은 결정립 가장자리에서의 간극의 최대 팽윤율에 대한 현재의 팽윤율의 비로 가정한다. 본 모델은 영역별 PIF를 Site가 채워질 확률의 함수로서 제시한다.
AECL-2230, CBX 핵연료봉 실험 등의 기체 방출 분율 자료에 대하여, FASTGRASS 코드의 PIF 함수를 계산된 영역별 PIF로 대치하여 계산한 결과와 비교하였다. 균열과 재조직은 핵분열 기체 방출에 상당히 영향을 미치는 것으로 나타났다. 선형 열 출력에 대해 계산된 핵분열 기체 방출은 FASTGRASS 코드의 단순 모델보다 실험치를 더 잘 모의하는 것으로 나타났다. 핵분열 기체 방출은 또한 최대 체적팽윤율에 민감하였다. 이 모델의 주요 장점은 결정립계에서의 상호 연결 현상을 단순 PIF 상관식보다 좀더 사실적으로 모의하며 결정립의 성장과 균열을 고려할 수 있다는 점이다.
