During the subcritical operation of the PWRs, the potential reactivity increase is monitored by using the source-range excore detector signals. In the modern low-leakage core with many control rods inserted, the relationship between the detector count rate and the reactivity is usually quite non-linear and it is important to make sure the excore detector signal correctly indicates the core reactivity in a timely manner. Currently, the reactivity change during a subcritical startup operation of PWRs is determined by the so-called ICRR (In-verse Count Rate Ratio) curve. For the ICRR curve to be reliable, the excore detector count rate should be correctly related with the multiplication of the secondary neutron source in a highly subcritical core. This work is concerned with optimization of the position of the secondary neutron source in terms of the ICRR curve.
The response of the ex-core detector greatly depends on the position of the secondary neutron source in two ways. First, the multiplication of the source is higher, the detector signal can be generally higher and the detector count rate may reflect the whole core characteristics. Secondly, a source located near excore detec-tor will lead to a high detector count rate. However, the detector count rate may just reflect the local charac-teristics of the core. In this sense, the optimal secondary source position is determined by taking into account the magnitude of the source multiplication in the core. As an efficient way to determine the source multiplica-tion, the homogeneous adjoint flux is chosen in this study, which can be obtained by solving the conventional homogeneous reactor adjoint equations. The KENO-VI code is used to solve the multi-group homogeneous adjoint equation. For a given secondary source position, the excore detector signal is also simulated by using the MAVRIC code. The new method is applied to two Korean OPR1000 cores using a Sb-Be secondary neu-tron source. For the adjoint flux analysis, the multi-group KENO-VI calculations are done for a detailed 3D core model. Also, the whole core 3D modeling is used to simulate signal of an excore detector of the OPR1000. It has been demonstrated that a single KENO-VI adjoint calculation can determine the optimal source position. In addition, the ICRR curve is also evaluated for several selected positions of the secondary source and confirmed that position with a high adjoint flux will lead to a more reliable ICRR curve.
국내 OPR1000 가압경수로 원전의 경우 중성자누설이 적도록 경제성을 고려한 노심설계(저누출장전모형)가 수행되고 있으며, 노심 및 사용후핵연료 저장조의 효율적인 방사선 관리를 위해 2차 중성자 선원을 제거하였다. 그로 인하여 노심의 중성자 증배를 관측하는 역할을 하는 노외계측기의 민감도는 현저히 떨어지게 되었으며, 특히 낮은 온도, 제어봉이 모두 삽입된 노심조건에서 붕소희석 발생시 민감도가 현저하게 떨어진 노외계측기로 인하여 붕소희석 차단을 위한 운전원 조치 경보가 지연 발생됨으로써 붕소희석이 발생하여도 운전원이 인지하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 미국 웨스팅하우스사는 원자력안전서신(NSAL-04-2)을 통해 국내 OPR1000 원전을 포함한 CE형 원전들이 붕소희석경보시스템(BDAS)의 경보설정치 결정시 미임계 조건에서 중성자의 선형 증배를 가정함으로써 붕소희석경보 설정치가 비보수적으로 결정되고 있음을 경고하였다. 한편 노외계측기의 민감도는 2차 중성자 선원 삽입 위치에 따라 영향을 받는다. 따라서 떨어진 노외계측기의 민감도를 향샹시키기 위해서는 2차 중성자 선원 재삽입과 함께 적절한 위치 선정이 필요하다.
최적 2차 중성자 선원 삽입 위치를 결정하기 위하여 수반해 개념을 도입하였다. 물리적인 의미의 수반해는 노심내 특정 위치, 에너지, 각도에서의 중성자 중요도를 나타내므로 수반해가 가장 높은 위치에서 가장 높은 계측기 반응도를 가진다고 가정하였다. 수반중성자속 계산을 위해 KENO-VI 코드를 사용하였으며, 2차 선원 삽입이 가능한 안내관 위치에 2차선원을 모두 삽입한 후 수반중성자속을 계산하였다. 수반해 분석결과 기존 2차선원 위치에 현 OPR1000 노심의 경우 최적에 가까운 성능을 제공하는 것을 알 수 있었다. 한편, PSCEA 제어봉이 삽입되는 위치의 수반해는 기존 선원 위치보다 훨씬 높은 수반해를 제공함을 발견하였는데, 이는 경우에 따라서 2차선원의 최적위치는 현재보다 훨씬 노심안쪽으로 이동할 수도 있음을 의미한다..
수반해 관점에서 도출된 후보 2차선원 위치에 대해서 노외계측기 신호강도를 평가하였으며, 최적수반해가 반드시 최고 계측기 신호를 제동하지 않음을 확인하였다. 한편, 2차선원의 최적위치는 궁극적으로 계측기 신호의 비로 정의되는 ICRR 관점에서 결정되어야 하기 때문에 본질적으로 계측기신호의 크기만을 고려하여 최적위치를 결정하는 것은 옳지 않다. 본 연구에서 도출된 수반해 관점 최적 선원위치 후보들을 대상으로 실제 ICRR 정보를 평가하였으며, 높은 수반해를 제공하는 2차선원 위치에서 보다 바람직한 ICRR 정보가 얻어질 수 있음을 확인하였다. 즉, 기동운전중 붕소회석사고를 고려할 때, 높은 수반해를 가지는 위치일수록 붕소희석 경보시점이 빨라지게 되어 붕소희석 차단을 위한 운전원 조치시간이 길어질 수 있음을 보였다. 따라서 붕소희석에 따른 ICRR 거동 관점에서 높은 수반해를 가지는 위치가 2차선원 삽입을 위한 최적위치로 도출이 가능하다.
